青藏高原高寒草甸生态系统碳增汇潜力

为了揭示青藏高原高寒草甸生态系统植被变化对碳储量的影响,以原生矮嵩草草甸、退化草甸、人工草地以及农田为研究对象,对比分析了该4种不同土地格局下生态系统的有机碳现状.以原生矮嵩草草甸土壤碳储量为基准对不同类型高寒生态系统的碳增汇潜力进行了估算.结果表明:不同类型生态系统的碳储量和碳增汇潜力有很大差异,在0-40cm土层中,(1)原生草甸碳储量最高,达到17098 g C/m2,退化草甸、人工草地和农田的有机碳汇增加潜力分别为:5637、3823、1567 g C/m2.(2)对于退化草甸和人工草地,土壤有机碳含量和密度明显低于原生草甸和农田.(3)地下生物量碳储量主要集中在0-20cm,且原生草甸地下生物量的碳储量比其他3个植被类型高3.6-5倍.总体上,青藏高原草地生态系统存在巨大的碳增汇潜力.     

人类活动对青藏高原高寒矮嵩草草甸碳过程的影响

随着人类活动干扰(放牧)的增加,青藏高原高寒嵩草甸的退化演替过程依次为禾草-矮嵩草群落、矮嵩草群落、小嵩草群落和杂类草-黑土滩4个阶。其中小嵩草群落又可划分为草毡表层加厚、开裂与塌陷3个子阶段。采用时空转换的方法,研究了人类活动对青藏高原高寒矮嵩草草甸碳过程的影响。结果表明,随着人类干扰强度的增加,植物群落地上部分有机碳储量逐渐降低,由禾草-矮嵩草群落的(134.7±17.3)gC/m2逐渐降低到杂类草-黑土滩次生裸地(18.96±6.18)gC·m-2。土壤、植物地下部分有机碳贮量呈单峰曲线变化,草毡表层开裂子阶段最高,分别为(49.7±0.83)gC·kg-1和(3596.7±179.8)gC·m-2。;杂类草-黑土滩阶段最低,分别为(19.2±1.13)gC·kg-1和(121.6±6.1)gC·m-2。受植物地下部贮碳的影响,土壤-植被系统呈现逐渐降低的变化特征。随人类活动干扰的加强,高寒嵩草草地植物有机碳地下/地上分配比发生巨大改变,草地草毡表层厚度不高于4.3cm是保证草地生产与生态服功能双赢的重要指标。     

青藏高原纳木错高寒草甸生态系统碳交换对多梯度增水的响应

高寒草甸是青藏高原的主要草地类型, 对青藏高原生态系统碳收支具有重要的调节作用。目前, 有关高寒草甸生态系统碳交换对气候变化的响应所知甚少, 尤其是降水变化会如何影响高寒草甸碳交换过程的相关研究非常匮乏。该文作者于2013和2014年的生长季(5-9月)在青藏高原纳木错地区高寒草甸进行多梯度人工增水实验, 设置对照和5个水分添加梯度, 分别增加0%、20%、40%、60%、80%和100%的降水, 以研究高寒草甸生态系统在不同降水量条件下的碳交换变化。增水处理后, 各处理梯度之间的土壤温度没有显著差异, 而土壤含水量在不同增水处理后出现显著变化, 相对于对照, 增水幅度越大, 对应的土壤含水量越高。综合2013和2014年的观测结果, 高寒草甸生态系统整体表现为碳吸收, 在20%增水处理中, 净生态系统碳交换(NEE)达到最大值, 随着模拟的降水梯度进一步增加, NEE逐渐下降; 增水处理对生态系统呼吸(ER)无显著影响; 总生态系统生产力(GEP)的变化趋势与NEE一致, 即随着增水梯度增大, GEP先增加, 并在增水20%处理达到最大值, 随后GEP开始降低。研究表明, 在高寒草甸生态系统, 水分是影响GEP和NEE的重要因素, 对ER影响较弱; 未来适度的增水(20%-40%)能促进高寒草甸生态系统对碳的吸收。     

高寒草甸矮嵩草的环境适应性研究进展

青藏高原高寒草甸的建群种矮嵩草(Kobresia humilis)以自身重要的生态价值、营养价值、耐寒耐牧和高抗逆性, 对该地区生态环境的稳定和畜牧业的发展具有重要意义。由于全球气候变暖, 长期超强度的放牧压力和啮齿动物的破坏活动, 使矮嵩草的生存和发展受到严重破坏, 使高寒草甸生态系统受到了一系列既有的或潜在的影响。因此,学者们从各方面研究矮嵩草及其生态系统, 以期实现矮嵩草草甸草地的可持续利用。总结了矮嵩草的资源特性、矮嵩草对自然干扰和人为干扰环境的适应, 以及适应环境的形态结构和生理生态特征等方面的研究进展, 旨在为今后深入开展矮嵩草相关研究, 高寒草甸草地的可持续利用、保护和恢复提供科学参考。     

青藏高原矮嵩草草甸种子库的初步研究

青藏高原矮嵩草草甸种子库的初步研究邓自发周兴民王启基（中国科学院西北高原生物研究所,西宁８１０００１）ＴｈｅＳｔｕｄｉｅｓｏｆＳｅｅｄＢａｎｋｏｆＫｏｂｒｅｓｉａｈｕｉｌｉｓＭｅａｄｏｗｉｎＱｉｎｇ＿ＺａｎｇＰｌａｔｅａｕ．ＤｅｎｇＺｉｆａ,Ｚｈｏｕ...     

高寒矮嵩草草甸植物温度叶扩散导度、蒸腾作用与水势

高寒草甸是分布在高寒地区的一种独特的植被类型,由于长期处于较低的气温、低气压和强日辐射等自然环境条件下,植物经过长期的自然选择和适应,在生理生化及形态结构等方面具有明显的适应特征。自1986年至今,在2000—4000m不同海拔地区调查取样,对高寒植物生理生态及生化等方面进行了较为系统的研究,本文将对高寒矮嵩草草甸植物温度叶扩散导度、蒸腾作用与水势研究报道如下。     

青藏高原地区矮嵩草草甸植物群落生长分析

对中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站地区的和高草草甸植物群落进行了函数生长分析研究。叶面积和地上生物量采用三 多项式的指数方程拟合,研究结果表明,LAI的增长过程呈S形,可分为3个时期,与群落中莎草类植物的物修划分相一致;6月至8月上旬LAI的增长速率较高,约持续70d,最大LAI为3.5左右;ULR与LAI的变化趋势相反,受值得 的共同影响,CGR在6月下旬最大;地上将初级生产量的增加在6月下旬最大,从5月中旬至7月下旬的80余天时间内,矮嵩草草甸可生产的肝上净生物量约占年地上总生物量的92.5%;生长季节内具有相对丰富的降雨和适宜的温度,是保证植物完成生长发育过程的有利因素。     

祁连山中段高寒草甸草毡表层发育程度的空间分异及环境影响因子

高寒草甸植被下的草毡表层能够发挥水土保持、水源涵养等生态环境效益,是高寒草甸植被生态功能发挥的核心,认识草毡表层发育程度的空间分异及环境影响因子有利于深入理解高寒草甸在高原生态系统中的作用。本研究以祁连山中段高寒草甸分布区为研究区,依据根系体积并结合草毡层厚度以及土壤容重,将草毡表层划分为弱发育、中等发育以及强发育草毡。分析了不同发育程度草毡的地形、植被、气候等环境特征,并采用支持向量机模型对其分布进行了空间制图。结果表明:祁连山中段发育程度较高的草毡表层趋向于分布在水分条件较好的低海拔、缓坡,低坡位以及北向坡的位置,以嵩草属植物为主,中等以上发育程度的草毡地表植被及水分条件都较好;发育程度较高的草毡表层年均温较高,各发育程度草毡表层降水量差异不显著。空间分布结果整体与现有的高寒草甸植被类型分布具有高度的一致性,但空间分辨率更为详细,并且实现了不同发育程度草毡表层的空间细分。     

长期增强UV-B辐射对高寒矮嵩草草甸植物光合作用的影响

以高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸地区的强光和天然太阳短波辐射为背景,在植物生长季每天人工增补15.8 kJ·m-2的辐射剂量,模拟平流层臭氧破坏5%时近地表面增加的太阳UV-B辐射强度,探讨高寒矮嵩草草甸植物光合作用对UV-B辐射增强的响应.结果显示:(1)长期增强UV-B辐射对高寒矮嵩草草甸大多数植物的光合作用没有明显的负面影响;其中异针茅(Stipa aliena)、苔草(Carex atrofusca)、黄芪(Astragalus sp.)的光合作用受到抑制,但棘豆(Oxytropis ochrocephala)、异叶米口袋(Gueldenstaedtia multiflora)、鹅绒委陵菜(Potentilla anserina)、柔软紫菀(Aster flaccidus)、羌活(Notoperygium forbesii)的净光合速率和表观量子效率增加,这与它们的形态特征,气孔因素以及水分利用效率有关.(2)长期增强UV-B辐射使高寒矮嵩草草甸大多数植物的类胡萝卜素含量增加,叶绿素a/叶绿素b比值和类胡萝卜素/叶绿素比值升高,这更有利于植物吸收更多的紫外辐射,减少UV-B辐射增加对高寒矮嵩草草甸植物的伤害,起到了光合保护的作用,有利于植物光合作用的进行,也是高寒矮嵩草草甸植物适应环境的一种策略.研究表明,长期增强UV-B辐射不会减少高寒矮嵩草草甸生态系统的初级生产力.     

青海湖流域矮嵩草草甸土壤有机碳密度分布特征

通过对青海湖流域不同退化程度矮嵩草草甸土壤容重和有机碳含量的测定,确定了其土壤有机碳密度。结果表明:不同退化程度下矮嵩草草甸土壤有机碳含量和变化特征各有不同。从未退化-重度退化,0—100 cm土壤剖面平均有机碳含量分别为(25.17±4.73)g/kg,(17.51±3.06)g/kg,(20.79±1.30)g/kg和(14.53±1.20)g/kg,即未退化中度退化轻度退化重度退化;0—20 cm土壤平均有机碳含量从(64.47±11.70)g/kg减少为(14.52±1.52)g/kg,减少了77.48%。土壤剖面有机碳密度变化趋势与其有机碳含量变化趋势一致。0—100 cm土壤剖面有机碳密度分别为(18.16±4.12)kg/m3,(14.24±3.52)kg/m3,(18.64±2.82)kg/m3和(13.27±2.28)kg/m3,即中度退化未退化轻度退化重度退化;土壤有机碳集中分布在0—40 cm深度,从未退化到严重退化,该深度有机碳密度分别为(32.06±6.41)kg/m3,(25.10±4.20)kg/m3,(22.68±3.17)kg/m3和(17.10±2.77)kg/m3,比整个剖面有机碳密度高出76.53%,76.25%,21.68%和28.88%。不考虑其他因素,以空间尺度代替时间尺度,这一结果说明矮嵩草草甸的退化导致土壤逐渐释放有机碳,其作为储存碳的功能在减弱,必须加强对矮嵩草草甸生态系统的保护,以防止其碳库变为碳源。     

Changes in plant biomass and species composition of alpine Kobresia meadows along altitudinal gradient on the Qinghai-Tibetan Plateau

Alpine Kobresia meadows are major vegetation types on the Qinghai-Tibetan Plateau. There is growing concern over their relationships among biodiversity, productivity and environments. Despite the im-portance of species composition, species richness, the type of different growth forms, and plant bio-mass structure for Kobresia meadow ecosystems, few studies have been focused on the relationship between biomass and environmental gradient in the Kobresia meadow plant communities, particularly in relation to soil moisture and edaphic gradients. We measured the plant species composition, her-baceous litter, aboveground and belowground biomass in three Kobresia meadow plant communities in Haibei Alpine Meadow Ecosystem Research Station from 2001 to 2004. Community differences in plant species composition were reflected in biomass distribution. The total biomass showed a de-crease from 13196.96±719.69 g/m2 in the sedge-dominated K. tibetica swamp to 2869.58±147.52 g/m2 in the forb and sedge dominated K. pygmaea meadow, and to 2153.08±141.95 g/m2 in the forbs and grasses dominated K. humilis along with the increase of altitude. The vertical distribution of below-ground biomass is distinct in the three meadow communities, and the belowground biomass at the depth of 0-10 cm in K. tibetica swamp meadow was significantly higher than that in K. humilis and K. pygmaea meadows (P<0.01). The herbaceous litter in K. tibetica swamp was significantly higher than those in K. pygnaeca and K. humilis meadows. The effects of plant litter are enhanced when ground water and soil moisture levels are raised. The relative importance of litter and vegetation may vary with soil water availability. In the K. tibetica swamp, total biomass was negatively correlated to species richness (P<0.05); aboveground biomass was positively correlated to soil organic matter, soil moisture, and plant cover (P<0.05); belowground biomass was positively correlated with soil moisture (P<0.05). However, in the K. pygnaeca and K. humilis meadow communities, aboveground biomass was posi-tively correlated to soil organic matter and soil total nitrogen (P<0.05). This suggests that the distribu-tion of biomass coincided with soil moisture and edaphic gradient in alpine meadows.     

高寒矮嵩草草甸大气-土壤-植被-动物系统碳素储量及碳素循环

对高寒矮嵩草草甸生态系统中大气 -土壤 -植被 -动物分室碳素储量及碳素循环进行了研究 ,结果表明 ,草毡寒冻雏形土土壤库 0～ 30 cm碳素储量为 2 4 7.30 t C/ hm2 。土壤 CO2 平均释放速率 70 .94± 54.76kg/ (hm2· d) ,年释放量为 6.630 t C/ (hm2·a) ,比退化草地 4.62 0 t C/ (hm2·a)释放量高。植物包括根系总固碳量为 4.648t C/ (hm2· a) ,动物亚系统中 ,藏系绵羊个体同化的碳素为 7.562 kg C/ (hm2· a) (成年羊 ) ,作为畜产品迁出生态系统。生态系统初级生产固碳量占每年土壤 CO2 释放量的 70 .1 6% ,占生长季土壤 CO2 释放量的 96.43% ,退化草地土壤 CO2 释放量比初级生产固碳量要低。认为高寒矮嵩草草甸生态系统土壤是大气温室气体 CO2 的小的排放源。     

牦牛夏季补饲对青藏高原高寒草甸植物群落和土壤特性的影响

由于气候变化与人类活动的共同作用,青藏高原草地不断退化,草畜矛盾日趋严重,限制着高原畜牧业的可持续发展。夏季补饲可以加快牦牛生产速率、提高出栏率,减小草地放牧压力,是实现草地可持续发展的重要措施之一,但夏季补饲如何影响草地生态系统功能仍不明晰。以高寒草甸为研究对象,以牦牛为放牧实验家畜,设置夏季补饲放牧(FG)、传统重度放牧(TG)和禁牧(NG)3个放牧处理,每个处理设置3个重复。两年补饲试验后的结果表明:夏季补饲减缓传统放牧降低植物群落 α多样性的趋势;夏季补饲与传统放牧均降低了植物群落生物量;传统放牧表层土壤pH 和硝态氮均显著小于禁牧,但夏季补饲减弱了这些变化;夏季补饲显著降低了20-30 cm土层有机碳;夏季补饲增加了土壤表层磷含量。本研究表明夏季补饲放牧具有降低传统放牧压力的潜力,为保护和管理青藏高原高寒草甸生态系统提供重要的科学依据,并为改善牦牛的夏季饲养管理提供参考。     

Relations between carbon dioxide fluxes and environmental factors of Kobresia humilis meadows and Potentilla fruticosa meadows

Carbon dioxide fluxes of Kobresia humilis and Potentillafruticosa shrub meadows,two typical ecosystems in the Qinghai-Tibet Plateau,were measured by eddy covariance technology and the data collected in August 2003 were employed to analyze the relations between carbon dioxide fluxes and environmental factors of the ecosystems.August is the time when the two ecosystems reach their peak leaf area indexes and stay stable,and also the period when the net carbon absorptions of Kobresia humilis and Potentilla photo flux densities (PPFD),the carbon dioxide-uptake rate of the Kobresia humilis meadow is higher than that of the Potentilla fruticosa shrub meadow;where the PPFD are rates of the two ecosystems declined as air temperature increased,but the carbon dioxide uptake rate of the Kobresia humilis meadow decreased more quickly (-0.086) than that of the Potentilla fruticosa shrub meadow (-0.016).Soil moistures exert influence on the soil respirations and this varies with the vegetation type.The daily carbon dioxide absorptions of the ecosystems increase with increased diurnal temperature differences and higher diurnal temperature differences result in higher carbon dioxide exchanges.There exists a negative correlation between the vegetation albedos and the carbon dioxide fluxes.     

氮磷共限制青藏高原高寒草甸生态系统碳吸收

随着人类活动加剧,青藏高原高寒草地面临外来资源输入的威胁,而外源资源输入如氮、磷、钾(N、P、K)及其交互作用如何影响高寒草地生态系统碳循环尚不明确.本研究在藏北高寒草甸进行了连续3年N、P、K元素交互的添加试验,测定群落盖度和生态系统碳交换等数据,旨在阐明资源添加对高寒草甸生态系统碳交换过程的影响.结果 表明:在植物...     

增温与放牧对矮嵩草草甸4种植物气孔密度和气孔长度的影响

设计增温和放牧耦合试验研究增温和放牧对高寒植物气孔密度和气孔长度的影响,选择矮嵩草（Kobresia humilis）、高山唐松草（Thalictrum aplinum）、垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）和麻花艽（Gentiana straminea）作为试验材料。结果表明增温与放牧分别影响这4个物种气孔形态参数的不同方面：温度使4个物种气孔长度一致性地变小（P<005）,放牧使气孔密度和潜在气孔导度指数（PCI）一致性地上升（P<0.05）。气孔密度对增温的响应趋势和气孔长度对放牧的响应趋势在不同物种间存在差异。气孔长度减小可能是对增温引起的水分胁迫的响应,气孔密度和潜在气孔导度指数上升反映出四种植物在本研究相应的放牧强度下存在补偿性生长的可能。     

Carbon storage and potentials of the broad-leaved forest in alpine region of the Qinghai- Xizang Plateau,China

Aims
Our objective was to explore the vegetation carbon storages and their variations in the broad-leaved forests in the alpine region of the Qinghai-Xizang Plateau that includes Qinghai Province and Xizang Autonomous Region.
Methods
Based on forest resource inventory data and field sampling, this paper studied the carbon storage, its sequestration rate, and the potentials in the broad-leaved forests in the alpine region of the Qinghai-Xizang Plateau.
Important findings
The vegetation carbon storage in the broad-leaved forest accounted for 310.70 Tg in 2011, with the highest value in the broad-leaved mixed forest and the lowest in Populus forest among the six broad-leaved forests that include Quercus, Betula, Populus, other hard broad-leaved species, other soft broad-leaved species, and the broadleaved mixed forest. The carbon density of the broad-leaved forest was 89.04 Mg·hm^-2, with the highest value in other hard broad-leaved species forest and the lowest in other soft broad-leaved species forest. The carbon storage and carbon density in different layers of the forests followed a sequence of overstory layer > understory layer > litter layer > grass layer > dead wood layer, which all increased with forest age. In addition, the carbon storage of broad-leaved forest increased from 304.26 Tg in 2001 to 310.70 Tg in 2011. The mean annual carbon sequestration and its rate were 0.64 Tg·a^-1 and 0.19 Mg·hm^-2·a^-1, respectively. The maximum and minimum of the carbon sequestration rate were respectively found in other soft broad-leaved species forest and other hard broad-leaved species forest, with the highest value in the mature forest and the lowest in the young forest. Moreover, the carbon sequestration potential in the tree layer of broad-leaved forest reached 19.09 Mg·hm^-2 in 2011, with the highest value found in Quercus forest and the lowest in Betula forest. The carbon storage increased gradually during three inventory periods, indicating that the broad-leaved forest was well protected to maintain a healthy growth by the forest protection project of Qinghai Province and Xizang Autonomous Region.     

放牧对青藏高原东部两种典型高寒草地类型凋落物分解的影响

为认识放牧对青藏高原东部中生性的高寒草甸草地和半湿生的沼泽草地凋落物分解的影响,在这两种草地上分别设置了围栏和放牧样地,研究了其各自的混合凋落物样品和4个优势物种(发草Deschampsiacaespitos、鹅绒委陵菜Potentilla anserine、木里苔草Carexmuliensis、藏嵩草Kobresiatibetica)凋落物的分解和养分释放动态,这4个优势物种也大致代表了当地沼泽草地生态系统在放牧和气候变暖驱动下逆行演替不同阶段的优势物种类群。结果表明,各优势物种凋落物的分解速率有显著差异;放牧在总体上促进了凋落物的分解,但不同物种的响应有所不同;放牧对凋落物C的释放影响不显著或有抑制作用,但对N、P的释放具有一定促进作用。对各优势物种凋落物分解和养分释放模式的分析表明,群落逆行演替过程中,凋落物分解和C释放加速,可能促进沼泽湿地退化的正反馈效应。草甸草地的退化标志物种鹅绒委陵菜具有较高的凋落物质量和分解速度,反映了中生条件下植物应对牲畜啃食采用"逃避"而非"抵抗"策略的趋向。