模拟增温对青藏高原高寒草甸根系生物量的影响

在青藏高原高寒草甸布设模拟增温实验样地,采用土钻法于2012—2013年植被生长季获取5个土层的根系生物量,探讨增温处理下根系生物量在生长季不同月份、不同土壤深度的变化趋势及其与相应土层土壤水分、温度的关系。结果表明:(1)根系生物量在2012年随月份呈增加趋势,其中7—9月较大,其平均值在对照、增温处理下分别为3810.88 g/m~2和4468.08 g/m~2;在2013年随月份呈减小趋势,其中5—6月较大,其平均值在对照、增温处理下分别为4175.39 g/m~2和4141.6 g/m~2。增温处理下的总根系生物量高出对照处理293.97 g/m~2,而各月份总根系生物量在处理间的差值均未达到显著水平。表明在增温处理下根系生物量略有增加,但在生长季不同月份其增加的程度不同,致使年际间的增幅出现差异。(2)根系生物量主要分布在0—10 cm深度,所占百分比为50.61%。在增温处理下,0—10 cm深度的根系生物量减少,减幅为8.38%;10—50 cm深度的根系生物量增加,增幅为2.1%。相对于对照处理,增温处理下0—30 cm深度的根系生物量向深层增加,30—50 cm深度的根系生物量增加趋势略有减缓。可见,在增温处理下根系生物量的增幅趋向于土壤深层。(3)根系生物量与土壤水分呈极显著的递减关系,在增温处理下线性关系减弱;与土壤温度呈极显著的递增关系,在增温处理下线性关系增强。表明土壤水分、温度都可极显著影响根系生物量,但在增温处理下土壤温度对根系生物量的影响较土壤水分更为敏感而迅速。     

藏北高寒草甸根系生物量与碳氮分布格局及关联特征

根系生物量的分布格局及其与土壤环境因子的关系对草地保护与退化草地恢复研究有重要意义。以藏北当雄县的高寒草甸为研究对象,在三个海拔上（4300、4500、4700 m）对2011年0-50 cm的群落根系生物量、根碳氮含量、土壤碳含量（SOC、DOC、MBC）、氮含量（DTN、MBN、TN）、碳氮比（MBC/MBN、SOC/TN）、pH、电导率进行了测定,以期探讨藏北高寒草甸根系生物量与碳氮的分布格局及其关联特征。结果表明：（1）土壤中所测量的各种形式的碳氮含量均随着土壤深度的增大呈下降趋势,0-50 cm的DOC和SOC都随海拔的升高呈上升趋势。（2）随土壤深度的增加,根系生物量呈指数下降。随海拔的增加,根系生物量越集中分布于上层土壤,下层土壤根系生物量分布越少且变化趋于平缓。（3）根系生物量与所测的碳氮指标、电导率呈正相关关系,与pH呈负相关关系。根系氮库是影响根系生物量分布格局的主要因素,而pH值、电导率及土壤碳氮指标是影响根系生物量分布格局的重要因素。     

不同演替状态下高寒草甸土壤物理性质与植物根系的相互关系

采用空间代时间的方法,以高寒嵩草草甸不同退化演替状态土壤物理性质(土壤机械阻力、温度、湿度)为变量,探讨高寒草甸不同退化阶段土壤物理性质同植物根系生长特质的相互关系。结果表明:高寒嵩草草甸根系分布具有明显的"V"型垂直构型特征;高寒嵩草草甸根系以细根为主,直径<0.5 mm的根系占全剖面根系总长的90.8%—93.6%。土壤紧实度和土壤湿度与植物根系直径细化具有显著的正相关关系(P<0.05);土壤温度与根系细化之间具有显著的负相关关系(P<0.05),且其对高寒嵩草草甸根系生长特性形成的贡献率最高,说明高寒嵩草草甸植物根系生长构型特征的主控因子为温度。高寒嵩草草甸根系细化及表聚现象与土壤物理性质之间具有一定程度的互馈效应。低温、高紧实度和较高的土壤湿度有助于形成高密度和细根构型的草毡表层,这种土壤根系构型也是高寒草甸植物群落为适应放牧干扰及恶劣环境的应激性改变。该发现对明晰草地退化演替过程中生态系统构件对外界干扰改变的响应和适应过程及为制定合理有效的退化高寒草甸恢复措施提了供理论依据。     

退化梯度上滇西北高寒草甸植物地上形态及生物量变化特征

受气候暖干化和旅游干扰等因素影响,滇西北高寒草甸出现了明显的退化趋势。为探究滇西北高寒草甸退化过程中植物地上形态和生产力的变化规律,在香格里拉市依据游径宽度确定了3个草甸退化梯度:一级退化(R1),二级退化(R2)和对照(CK),并于2018年7月进行野外调查,获取禾本科、莎草科和杂类草3个功能群植物的株高、开展度、叶长、叶宽、叶片长宽比等地上形态指标及植株地上生物量数据,构建各功能群植物生存状态指数(Vegetation living state, VLS)。结果表明:1)禾本科植物的植株高度、植株开展度、叶片长度和叶片长宽比随退化程度增加而减小。莎草科植物的植株高度、叶片长度和叶片长宽比随退化程度增加而减小。杂类草植物的所有的地上形态指标均随退化程度增加而减小;2)随退化程度增加,3个功能群植物的地上生物量均显著下降(P<0.05);3)随退化程度增加,禾本科、莎草科和杂类草植物的VLS均减小。退化梯度上3个功能群植物的VLS排序也发生了变化:CK样地中植物VLS的排序为杂类草>莎草科>禾本科;R1和R2样地中,莎草科植物的VLS显著高于禾本科和杂类草,但禾本科和...     

高寒矮嵩草草甸不同退化演替阶段植物地上部氮磷元素比较

本研究旨在比较高寒草甸草地不同退化演替阶段下植物地上部氮磷元素含量、吸收速率以及单位面积累计重量.结果表明:植物生长季内 5～9月 ,3个样地植物地上部N、P含量都是在生长初期最高,随植物生长季节的推移以及地上生物量的增加,其含量逐渐稀释直到生长季节结束,全氮含量范围为36.90～14.90g/kg,全磷的含量范围是2.22～1.06g/kg.不同退化演替阶段由于植物组成的不同,其N、P含量有明显的差异,P的含量中度退化样地最高 1.91% ,重度退化样地最低 1.51% ;N的含量则恰恰相反,重度退化样地最高 26.40% ,中度退化样地最低 18.60% ;原生植被样地介于两者之间,其生长季P的平均含量为1.63%,N的平均含量为20.80%.植物N、P的吸收速率和单位面积累计重量都是随退化程度的加剧而降低,即原生植被样地>中度退化样地>重度退化样地,并且植物营养元素吸收速率与地上生物量生长速率呈正相关关系.     

高寒草甸退化对土壤昆虫多样性的影响

土壤昆虫是陆地生态系统的重要组成部分,在物质循环和能量转化过程中起着重要的作用。为了查明高寒草甸生态系统退化对土壤昆虫群落的影响,于2011年的4、5、7和10月份别对青藏东缘的若尔盖高寒草甸的沼泽草甸、草原草甸、中度退化草甸和重度退化草甸的土壤昆虫群落进行了调查。共捕获土壤昆虫4172只,隶属于8目35科,共46类。优势类群有尖眼蕈蚊科幼虫(Sciaridae larvae)、摇蚊科幼虫(Chironomidae larvae)和象甲科幼虫(Curculionidae larvae),其中尖眼蕈蚊科幼虫为各退化阶段的共同优势类群。重度退化草甸的土壤昆虫密度和多样性指数均显著低于其它退化阶段(P0.01)。各退化阶段间的Sorenson相似性和Morisita-Horn相似性指数变化趋势表明退化对土壤昆虫的类群组和优势类群的个体数量影响较大。而土壤昆虫的群落密度和多样性指数的季节动态在不同退化阶段间也存在差异。此外,高寒草甸的退化还可影响昆虫群落优势类群的时空分布,但不同类群间存在差异。相关分析结果表明土壤昆虫多样性与土壤p H值呈显著负相关(P0.01),与地下生物量和磷含量呈显著正相关(P0.01),而密度仅与p H值呈显著负相关(P0.01)。研究结果表明高寒草甸退化可通过改变植物群落及土壤等环境因子影响土壤昆虫群落组成和多样性的空间分布和季节动态。     

高寒草甸退化对祁连山土壤微生物生物量和氮矿化速率的影响

为深入了解高寒草甸退化对草原生态系统中土壤微生物碳氮量、土壤氮矿化及土壤微生物相关酶的变化特征,以祁连山东缘4个不同退化程度(未退化、轻度退化、中度退化和极度退化)的高寒草甸为研究对象,采集了深度为0—10 cm的土壤样品,并对不同退化程度高寒草甸中植物因子、土壤理化性质、土壤氨化速率、土壤硝化速率、土壤净氮矿化速率以及转化氮素的相关酶和微生物进行了相关研究。结果表明:(1)随退化程度的加剧,高寒草甸土壤中氨化速率和净氮矿化速率逐渐降低,硝化速率逐渐升高;(2)高寒草甸的退化降低了有关氮素转化相关酶,如土壤蛋白酶、脲酶、亮氨酸氨基肽酶的活性,而β-乙酰葡糖胺糖苷酶的活性呈先下降后上升趋势,且在极度退化草地活性最高;(3)随退化程度的加剧,高寒草甸土壤中微生物生物量碳和氮的含量逐渐降低,同时土壤基础呼吸、土壤微生物熵和代谢熵的指数也呈下降趋势。RDA分析表明,高寒草甸中氨化速率和净氮矿化速率与微生物生物量碳、微生物生物量氮、土壤基础呼吸、植物高度、植被盖度、地上生物量、蛋白酶、脲酶以及亮氨酸氨基肽酶呈显著正相关,而硝化速率则表现为负相关性。因此,高寒草甸退化对土壤微生物特性以及氮素转化和...     

青藏高原东部高寒灌丛生物量分配对模拟增温的响应

植物生物量分配特征的变化反映了不同环境条件下植物的适应策略,全球气候变暖正在改变青藏高原高寒生态系统植被动态和生物量分配格局。然而,到目前为止,有关青藏高原高寒灌丛生物量分配特征对气候变暖的响应研究较少。为了探究气候变暖对高寒灌丛生物量分配的影响,以青藏高原东部典型的窄叶鲜卑花高寒灌丛为研究对象,分析了高寒灌丛灌木层、草本层和群落水平生物量分配特征对开顶式生长室（OTC）模拟增温的响应。研究结果表明：整个生长季节,模拟增温使空气温度和表层土壤温度分别升高0.6℃和1.2℃,使表层土壤水分含量下降2.7%。模拟增温使草本层和群落地上生物量显著增加57.8%和7.2%,使灌木层、草本层和群落根系生物量显著增加42.5%、105.6%和45.6%。然而,模拟增温没有显著影响灌木层地上生物量。同时,模拟增温使灌木层、草本层和群落总生物量显著增加25.6%、85.7%和28.4%,使灌木层、草本层和群落根冠比显著增加33.2%、30.4%和36.0%。由此可见,模拟增温在促进高寒灌丛生物量生产的同时将显著提高向地下根系部分的分配比例。Pearson相关分析表明,高寒灌丛生物量分配与空气温度、土壤温度和土壤硝态氮含量呈显著正相关关系;多元线性回归分析结果也表明,空气温度、土壤温度和土壤硝态氮含量解释了高寒灌丛生物量分配变异的50.8%以上。这些结果表明,青藏高原东部高寒灌丛植被能够通过调节生物量分配模式应对未来气候变暖。     

塔克拉玛干沙漠腹地梭梭幼苗根系分布特征对不同灌溉量的响应

在塔克拉玛干沙漠腹地,采用分层分段挖掘法对不同灌溉量条件下(每株每次灌水35、24.5和14 kg)梭梭(Haloxylon ammodendron)幼苗根系的分布特征进行了研究。结果表明: 1)随着灌溉量的减少,梭梭幼苗根系生物量的分布格局有向深层发展的趋势,在不同灌溉量条件下地下垂直各层生物量与土壤垂直深度呈显著的负对数关系;2)各灌溉量梭梭幼苗的最大水平根长为垂直根长的2倍,但不同灌溉量根系生物量的水平分布趋势一致;3)吸收根生物量的垂直分布与土壤含水量的垂直变化基本一致,均呈“单峰型”曲线,但灌溉量不同,吸收根生物量峰值在土壤中出现的位置也不同,随着灌溉量的减少,吸收根集中分布区有向深层发展的趋势;4)根长、根表面积和根体积随着土壤深度的增加均呈“单峰型”曲线,灌溉量愈小,根长、根表面积和根体积的峰值愈位于土壤的深层;5)根冠比和垂直根深与株高之比随着灌溉量的减少而呈增加的趋势。     

若尔盖高寒草甸退化对中小型土壤动物群落的影响

土壤动物是陆地生态系统物质循环和能量流动的中心环节,也是生态系统演化的重要驱动因子。为了查明青藏东缘若尔盖高寒草甸生态系统退化过程对中小型土壤动物群落的影响,2008年7、10两月分别对若尔盖高寒草甸沼泽草甸、草原草甸和沙化草甸三个不同退化阶段的中小型土壤动物群落进行了调查。共分离到中小型土壤动物9450个,隶属于4门5纲12目70科104类;优势类群为线虫（Nematode）,个体数占85.79%;蜱螨目（Arachnida）、弹尾目（Collembola）、寡毛纲（Oligochaeta）和昆虫纲（Insect）依次占8.73%、3.24%、1.32%和0.88%。群落密度、类群数、Margalef丰富度指数和密度-类群指数均在7、10两月份均随高寒草甸的退化而显著降低（p<0.01或p<0.05）,10月份的差异更明显。Shannon-wiener多样性指数、Pielou均匀性指数和Simpson优势度指数无显著变化（p>0.05）。各主要类群个体数在群落中所占的比例呈波动性变化,但沙化可使蜱螨目的数量相对提高,而弹尾目相对下降。随退化程度的加重,三个退化阶段的Sorenson群落相似性逐渐降低,而Morisita-Horn相似性的变化则不同,说明高寒草甸的退化对中小型土壤动物群落物种组成的影响较大,对群落优势类群数量的影响较小。10月份的群落密度、多样性和群落相似性均高于7月份,表明群落结构组成受季节的影响;但是各退化阶段的Sorenson和Morisita-Horn季节相似性比较说明,季节变化对沙化草甸种类组成的影响大于草原草甸,对草原草甸群落优势类群数量的影响大于沙化草甸。个体密度和类群数的表聚性程度也随退化加重而降低。以上研究结果表明,高寒草甸的退化能够降低土壤动物群落的组成种类和结构复杂性,将会影响其生态服务功能。     

高寒草原不同植物群落地上-地下生物量碳分布格局

高寒草原具有独特的自然生境和生物资源,对高寒草原开展系统研究对于减缓气候变化与草原恢复具有重要实践意义。以往研究主要针对高寒草原生物量碳开展整体评估,缺乏对不同群落类型间的定量比较。本文分析了高寒草原10种主要典型植物群落地上-地下生物量碳分布格局以及对总生物量碳的贡献差异。结果表明:高寒草原面积为167.33×10⁶hm²,总生物量碳为1.53 Pg(1 Pg=10¹⁵g),其中地上生物量碳0.19 Pg,地下生物量碳1.34 Pg;紫花针茅、青藏苔草和紫花针茅-小蒿草群落面积大,生物量碳密度高,为高寒草原贡献了69.3%的生物量碳。高寒草原平均生物量碳密度为690.80 g C·m^-2,其中紫花针茅群落(196.14 g C·m^-2)和蔷薇群落(177.93 g C·m^-2)具有最高的地上生物量碳密度(AGC);蔷薇(1491.18 g C·m^-2)和紫花针茅-小蒿草群落(1306.51 g C·m^-2)则具...     

Large altitudinal increase in tree root/shoot ratio in tropical mountain forests of Ecuador

Tropical rain forests decrease in tree height and aboveground biomass (AGB) with increasing elevation. The causes of this phenomenon remain insufficiently understood despite a number of explanations proposed including direct or indirect effects of low temperature on carbon acquisition and carbon investment, adverse soil conditions and impaired nutrient supply. For analysing altitudinal patterns of aboveground/belowground carbon partitioning, we measured fine (<2 mm in diameter) and coarse root (2–5 mm) biomass and necromass and leaf area index (LAI), and estimated AGB from stand structural parameters in five tropical mountain rain forests at 1050, 1540, 1890, 2380 and 3060 m along an altitudinal transect in the South Ecuadorian Andes. Average tree height and AGB were reduced to less than 50% between 1050 and 3060 m, LAI decreased from 5.1 to 2.9. The leaf area reduction must have resulted in a lowered canopy carbon gain and thus may partly explain the reduced tree growth in the high-elevation stands. In contrast, both fine and coarse root biomass significantly increased with elevation across this transect. The ratio of root biomass (fine and coarse) to AGB increased more than ten-fold from 0.04 at 1050 m to 0.43 at 3060 m. Under the assumption that fine root biomass does reflect root productivity, our data indicate a marked belowground shift in C allocation with increasing elevation. Possible explanations for this allocation shift are discussed including reduced N supply due to low temperatures, water logging or adverse soil chemical conditions. We conclude that the fine root system and its activity may hold the key for understanding the impressive reduction in tree size along tropical mountain slopes in Ecuador. Analyses of fine root turnover and longevity in relation to environmental factors along altitudinal transects in tropical mountains are urgently needed.     

巴郎山高山及亚高山草甸花卉植物生物量海拔梯度格局

采用野外调查方法,研究卧龙巴郎山高山及亚高山草甸不同海拔梯度下花卉植物生物量的变化格局,并进行土壤因子分析,结果表明:花卉植物地上生物量随海拔的升高呈单峰曲线变化,在3500 m处达到峰值,花-果、茎、叶生物量的变化趋势与地上生物量一致;地下生物量随海拔的升高呈U型曲线变化.随海拔的升高,土壤酸性增强,水解氮和全钾含量显著升高,土壤有机质、全氮和有效磷的含量显著降低,花卉植物地上生物量随土壤pH值及全氮、速效钾含量的升高显著增大;地下生物量随土壤有机质、有效磷含量的升高显著增大,随全钾、水解氮含量的升高显著减小.     

Changes in individual plant traits and biomass allocation in alpine meadow with elevation variation on the Qinghai-Tibetan Plateau

Plant traits and individual plant biomass allocation of 57 perennial herbaceous species, belonging to three common functional groups (forbs, grasses and sedges) at subalpine (3700 m ASL), alpine (4300 m ASL) and subnival (⩾5000 m ASL) sites were examined to test the hypothesis that at high altitudes, plants reduce the proportion of aboveground parts and allocate more biomass to belowground parts, especially storage organs, as altitude increases, so as to geminate and resist environmental stress. However, results indicate that some divergence in biomass allocation exists among organs. With increasing altitude, the mean fractions of total biomass allocated to aboveground parts decreased. The mean fractions of total biomass allocation to storage organs at the subalpine site (7%±2% S.E.) were distinct from those at the alpine (23%±6%) and subnival (21%±6%) sites, while the proportions of green leaves at all altitudes remained almost constant. At 4300 m and 5000 m, the mean fractions of flower stems decreased by 45% and 41%, respectively, while fine roots increased by 86% and 102%, respectively. Specific leaf areas and leaf areas of forbs and grasses deceased with rising elevation, while sedges showed opposite trends. For all three functional groups, leaf area ratio and leaf area root mass ratio decreased, while fine root biomass increased at higher altitudes. Biomass allocation patterns of alpine plants were characterized by a reduction in aboveground reproductive organs and enlargement of fine roots, while the proportion of leaves remained stable. It was beneficial for high altitude plants to compensate carbon gain and nutrient uptake under low temperature and limited nutrients by stabilizing biomass investment to photosynthetic structures and increasing the absorption surface area of fine roots. In contrast to forbs and grasses that had high mycorrhizal infection, sedges had higher single leaf area and more root fraction, especially fine roots.     

Allometry, root/shoot ratio and root architecture in understory saplings of deciduous dicotyledonous trees in central Japan

Plant allometry that is related to plant architecture and biomass allocation strongly influences a plants ability to grow in shaded forest understory. Some allometric traits can change with plant size. The present study compared crown and trunk allometries, root/shoot biomass allometry, and root architecture among understory saplings (0.25--5m height, except for two trees > 5 < 7 m) of seven deciduous dicotyledonous species in central Japan. Associations of the crown and trunk allometries with several plant morphological attributes were analyzed. Branch morphology (plagiotropyvs orthotropy) and life size were correlated with sapling crown and trunk allometries. Both large leaves and orthotropic branches were associated with a narrow small crown and slender trunk. The root/shoot ratio decreased rapidly with increasing plant height for saplings shorter than about 1.5 m. Less shade-tolerant species tended to have smaller root/shoot ratios for saplings taller than 1.5 m. With an increase in plant height, the branch/trunk biomass ratio decreased for saplings with plagiotropic branches but increased for saplings with orthotropic branches. Four subcanopy species (Acer distylum, Carpinus cordata, Fraxinus lanuginosa and Acanthopanax sciadophylloides) had superficial root systems; a common understory species (Sapium japonica) had a deep tap root system; and a canopy species (Magnolia obovata) and a subcanopy species (Acer tenuifolium) had heart root systems of intermediate depth. The root depth was not related to shade tolerance. Among species of the same height, the difference in fine root length can be 30-fold.     

高寒草甸不同植被土壤微生物数量及微生物生物量的特征

用稀释平板法和氯仿熏蒸法研究了藏嵩草草甸、小嵩草草甸、矮嵩草草甸、禾草草甸、杂类草草甸及金露梅灌丛土壤的微生物数量、生物量及有机质的变化特征.结果表明:0～40 cm土层细菌和放线菌数量、微生物生物量碳和土壤有机质含量均以藏嵩草草甸最高,其微生物生物量及土壤有机质显著高于其它5种植被;真菌数量以金露梅灌丛最高;由表层到深层,随着土壤深度的增加以上各项指标均呈下降趋势.通径分析表明:土壤各生物环境因子之间存在着不同程度的相关性;土壤微生物数量、生物量及土壤有机质含量均与土壤水分含量存在显著的相关关系,说明土壤水分是调节高寒草甸生态系统土壤微生物代谢及物质转化的关键因子.