甘南高寒草甸坡向梯度对植物群落功能多样性的影响

植物群落功能多样性对于维持生态系统功能具有十分重要的意义。该研究以青藏高原高寒草甸植物群落为研究对象,运用R软件程序包(FD、Vegan)与单因素方差分析法,分析高寒草甸不同坡向植物群落功能多样性的变化及其与环境因子的关系,以揭示微生境梯度上植物对环境的适应策略以及群落种间功能特征及生态系统内部结构和功能的变化机制。结果显示：(1)青藏高原高寒草甸的北坡和西北坡的物种丰富度、植物株高、比叶面积、叶片有机碳、叶片氮以及叶片磷显著高于其他坡向,且坡向间差异显著(P<0.05)。(2)在北坡到南坡的变化中,功能丰富度差异比较明显(P<0.05),株高、比叶面积、叶片有机碳、叶片氮及叶片磷等功能丰富度均呈递减趋势。(3)北坡的株高功能均匀度、西北坡比叶面积、叶片有机碳、叶片氮及叶片磷等功能均匀度均显著高于南坡,且多元性状功能均匀度在坡向间差异显著(P<0.05)。(4)北坡的比叶面积、叶片氮功能离散度及西北坡的株高、叶片有机碳、叶片磷等功能离散度均高于南坡,且坡向间差异显著(P<0.05)。(5)植物群落功能多样性与土壤含水量、土壤有机碳、土壤全氮、土壤全磷呈显著正相关关系(P<0.05),与坡度、土壤pH、土温、照度呈显著负相关关系(P<0.05)。     

阿尔金山自然保护区植物群落生物量和物种多样性的空间格局及其影响因素

以阿尔金山国家级自然保护区的植物群落为研究对象,用样方法调查分析了不同植物群落的物种多样性、生物量的空间格局及其与环境因子间的关系。结果表明:西南高海拔地区主要植被类型为高寒草原,东北低海拔地区主要植被类型为沼泽草甸和高寒草原,西北部中海拔和东南低海拔区域的植被类型则主要为高寒荒漠;植物群落的物种多样性和生物量并未表现出明显的纬度、经度和海拔梯度变化;植物群落的多样性指数与土壤全氮、土壤总碳、土壤有机碳呈显著正相关,与土壤含水量呈极显著正相关;植物生物量与土壤有机碳和土壤含水量呈显著正相关,与土壤全氮呈极显著正相关,与土壤容重呈显著负相关。综上,阿尔金山保护区内植物群落生物多样性与生物量的空间分异是地理因子、土壤因子以及气象条件等综合作用的结果,在保护区尺度上土壤和气象因子对植物群落的影响超过地理因子的影响。     

青藏高原高山嵩草高寒草甸不同退化阶段植物群落与土壤养分

选取西藏自治区拉萨市当雄县4块不同退化程度的高山嵩草高寒草甸,采用空间序列代替时间演替的方法,研究不同退化阶段高寒草甸的土壤理化性质和植物群落特征以及二者之间的相关关系。结果表明: 不同退化阶段高寒草甸的土壤有机碳、全氮、速效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮和含水量均随土壤退化程度加剧呈降低的趋势,而pH值呈现升高的趋势。中度退化草甸的植物群落高度、丰富度指数、多样性指数、均匀度指数最大。群落盖度、总生物量均为未退化草甸最大、重度退化草甸最小。随着草甸退化程度加剧,莎草科生物量及比例下降,豆科和杂类草生物量及比例增加,禾本科生物量及比例先增加后减小;草甸植物群落地上生物量与土壤有机碳、全氮、全磷含量和土壤含水量呈显著正相关,与土壤pH值呈显著负相关。随着草甸植被的退化,土壤退化加重,最终表现为草地生产力显著下降。     

单户与联户经营对高寒草甸土壤理化性质与植物多样性的影响

在甘南高寒草甸单户经营草场与联户经营草场进行野外群落学调查,分析其物种多样性和功能多样性的变化,以揭示不同经营方式下土壤理化性质对植物多样性的影响机制。结果显示：（1）联户草场内植物群落的Margalef指数、Simpson指数、Shannon-Winener指数较大,而Pielou指数在不同放牧经营方式下的差异并不显著。（2）不同经营方式下,土壤含水量、土壤全氮、土壤全磷和土壤有机碳质量分数表现为联户大于单户的趋势且差异显著（P<0.05）;单户草场土壤电导率与土壤pH大于联户草场;随着土层的加深土壤含水量、土壤全氮质量分数、土壤全磷质量分数、土壤有机碳质量分数和土壤电导率增加,而土壤pH在土层之间的差异并不显著。（3）联户经营方式下的功能丰富度、功能均匀度与功能离散度显著大于单户草场（P<0.05）。（4）相关性分析表明,植物群落物种多样性和功能多样性与土壤含水量、土壤全氮质量分数和土壤全磷质量分数存在正相关关系,土壤电导率和土壤pH与植物群落物种多样性和功能多样性存在负相关关系。冗余分析表明,联户经营方式下土壤理化性质对植物多样性的影响更显著,且0相似文献   

拉萨地区居民点周边典型湿草甸湿地植被与土壤特征分析

通过典型样地调查及室内分析, 对拉萨地区居民点周边湿草甸植物群落多样性、生产力以及土壤养分特征等进行了研究。结果表明, 在14个样地的调查中共记录到34种植物, 植物群落物种丰富度、均匀度以及Shannon-Wiener多样性指数分别在为4—11个•0.25m-2、0.84—0.95、1.3—2.5之间; 群落地上生物量在173.33—648.00 g•m-2之间, 地下生物量在1154.08—10013.75 g•m-2之间; 表层土壤有机质、全氮、速效氮及速效磷含量分别为21.33—128.26 g•kg-1、1.83—11.13 g•kg-1、59.55—247.03 mg•kg-1、2.40—16.10 mg•kg-1。群落物种丰富度及Shannon-Wiener多样性指数与人口数量、土壤速效磷含量显著相关; 群落地下生物量及生物量分配比例与人口数、速效磷含量显著相关; 有机质及全氮含量与海拔及土壤含水量显著相关, 而速效磷含量与人口数显著相关。在该区湿草甸湿地的保护与恢复过程中, 植物群落生物量分配特征、Shannon-Wiener多样性指数以及丰富度指数、土壤速效磷含量等指标可以作为湿草甸湿地生态系统监测与评价的敏感指标。     

基于地形因素的高寒草甸土壤温湿度和物种多样性与初级生产力关系研究

山地是高寒草甸的主要分布区,地形变化引起了土壤温湿度和物种的差异性分布,进而影响到草地生态系统生产功能。为明晰高寒草甸山地环境因子(土壤温湿度)和物种多样性(丰富度、多度、均匀度、优势度)与初级生产力的关系,本研究以青藏高原东北缘马牙雪山支脉的高寒草甸山体为研究对象,选择阶地、阴坡、山脊和阳坡与3个海拔梯度段,调查了189个样方的植物群落组成和土壤温湿度。采用线性回归法分析土壤温湿度和物种多样性与初级生产力之间的关系。结果表明:(1)以山地高寒草甸整体为研究单元,初级生产力只随物种多度的增加而显著增加(R~2=0.07 P=0.01)。(2)坡向影响初级生产力的因素不同,阴坡初级生产力与物种丰富度正线性相关;山脊初级生产力与土壤湿度正线性相关,也随物种丰富度增加而显著增加;阳坡初级生产力与物种多度正线性相关;阶地初级生产力随均匀度增加而显著增加,随优势度增加而显著降低。(3)只有低海拔区(2860-2910 m)初级生产力随物种多度和丰富度的增加而显著增加。综上所述,山地高寒草甸土壤温湿度和物种多样性与初级生产力关系受坡向比海拔的影响更大,且物种多样性对初级生产力的影响大于土壤温湿度。建议山地高寒草甸生态系统生产和生态管理过程中要重点考虑坡向对植物多样性和初级生产力的影响。     

高寒草地植物物种多样性与功能多样性的关系

物种多样性与功能多样性的关系是生态学当前研究的热点问题之一,不同区域典型生态系统物种多样性和功能多样性的关系研究有利于生物多样性保护理论的全面发展。以青藏高原地区的主要草地生态系统—高寒草甸和高寒草原为研究对象,采用4个物种多样性指数(Patrick丰富度指数、Shannon-Weiner多样性指数、Pielou均匀度指数和Simpson优势度指数)和9个功能多样性指数(FAD功能性状距离指数、MFAD功能性状平均距离指数、基于样地的FDp和基于群落的FDc功能树状图指数、FRic功能体积指数、FEve功能均匀度指数、Rao功能离散度常二次熵指数、FDiv功能离散指数、FDis功能分散指数),分析了高寒草地植物物种多样性、功能多样性关系及其与初级生产力的关系,以期阐明3个科学问题:不同草地类型的高寒草地生态系统植物物种多样性和功能多样性有何差异?高寒草地生态系统的植物物种多样性和功能多样性有何关系?高寒草地生态系统物种多样性、功能多样性对生态系统功能的影响有何异同?研究结果表明:(1)与高寒草原相比,高寒草甸具有更高的物种多样性、功能丰富度和功能离散度;(2)高寒草甸中,Patrick丰富度与功能丰富度指数(FAD、MFAD、FDp、FDc)和功能离散度指数(FDiv)的具有较强的相关性,最优拟合方程分别为幂函数和二次多项式函数;(3)高寒草原中,Patrick丰富度与功能丰富度指数(FAD、MFAD、FDp、FDc、FRic)、Shannon指数和Simpson指数与FEve指数的相关性较强,最优拟合方程为二次多项式函数,Pielou指数与FEve指数的相关性较强,最优拟合方程为指数函数;(4)高寒草甸的初级生产力分别与物种丰富度指数Patrick、功能离散指数FDiv具有较强的相关性;而高寒草原的初级生产力与4个物种多样性指数间均具有较强的相关性,与功能离散指数FDiv具有较强的相关性,最佳拟合方程均为二次多项式函数。研究的总体结论为:物种多样性、功能多样性、二者之间的关系以及二者与生态系统服务功能(以初级生产力为例)之间的关系在高寒草甸和高寒草原群落中表现迥异,因此在研究青藏高原高寒草地的生态功能时,不能仅仅测度传统的物种多样性,还应测度与物种多样性、生态功能密切相关的功能多样性。     

三江源区高寒坡地退化植物群落多样性和地上生物量沿海拔梯度的变化特征

山地生态系统退化对生物多样性和地上生物量,以及相互关系在海拔高度梯度上的格局影响,是认识全球变化和人类干扰引起自然生态系统变化的重要内容。以青藏高原三江源区高寒坡地退化草甸和灌丛为研究对象,探讨退化草甸、灌丛群落物种多样性与地上生物量关系及其沿海拔梯度的变化规律。结果表明:(1)坡地退化的上坡位植被盖度显著大于下坡位(P＜0.05)。坡地退化高寒草甸和高寒灌丛,植物物种多样性沿海拔梯度变化规律一致,均呈现"单峰"分布格局。坡地退化高寒草甸Shannon-wiener指数和Simpson指数二次回归方程解释度达到80%和70%以上(P＜0.05)。(2)坡地退化高寒草甸和高寒灌丛的地上生物量与海拔梯度的变化规律一致,即随海拔升高高寒坡地地上生物量呈先增加后降低的变化趋势。海拔梯度对退化高寒山地地上生物量的解释度达到85%以上(P＜0.05)。(3)物种多样性和地上生物量的关系在两个坡地上表现出一致的规律,呈线性增加的变化趋势。高寒草甸坡地回归方程解释度达到70%,高寒灌丛坡地达到60%(P＜0.05)。坡地退化高寒灌丛植物群落多样性和地上生物量高于高寒草甸植物群落。高寒坡地退化草甸和灌丛植物群落物种多样性以及其与地上生物量之间的关系沿海拔梯度的变化规律一致,海拔梯度造成的环境差异对植物群落物种多样性和地上生物量影响仍较大。该研究对认识三江源区退化山地形成生态学机制,及提出有效的生态恢复措施具有重要参考价值。     

黄河首曲湿地植物群落生产力、物种多样性及其与生境的关系

近年来，在气候变化与人为干扰等因素的驱动下，高寒湿地退化导致生物多样性的丧失如何影响生态系统功能尚无共识。以黄河首曲高寒湿地为研究对象，基于野外采样数据和植物群落多样性指数，重点分析植物物种多样性、地上生物量空间分布格局及其与土壤因子关系。结果表明：首曲湿地存在一定程度退化，植物群落组成主要集中在菊科和禾本科，莎草科和豆科植物较少；植物群落物种多样性和地上生物量未表现出显著的经纬度和海拔梯度变化；Patrick丰富度指数(R)和Shannon-Weiner多样性指数(H)与地上生物量呈显著正相关，说明保护区植物多样性的保护有利于生产力维持；土壤含水量影响着高寒湿地植被群落结构，与多样性指数呈显著相关性，是高寒湿地植被恢复和重建的关键性因子。该研究结果对于认识黄河首曲高寒湿地植物生物量和物种多样性及土壤因子的空间分异规律具有一定的参考价值，同时为高寒湿地退化生态系统功能的恢复及生物多样性的保护提供科学依据。     

博斯腾湖湖滨湿地植物多样性对季节变化的响应

研究生物多样性对季节的响应对于维持生态系统稳定、保护生物多样性、解析群落构建机制具有重要意义。本文以博斯腾湖湖滨湿地为研究对象,探究不同季节植物群落的物种多样性与功能多样性的变化规律。结果显示：(1)物种多样性指数随季节变化没有显著改变;功能多样性指数中,功能丰富度由春季到夏季逐渐减小,功能离散度逐渐增大;不同季节的功能均匀度差异性不显著;(2)植物功能性状在不同季节间差异显著;春季叶绿素含量显著低于夏季;夏季比叶面积和叶干物质含量显著高于秋季;叶片含水量和厚度由春季到秋季呈递增趋势;(3)影响Pielou指数和功能丰富度的主要环境因子分别为土壤铵态氮和速效磷;影响Shannon-Wiener指数、Simpson指数和功能均匀度的主要环境因子为土壤有机质;影响功能离散度的主要环境因子为土壤含水量;(4)影响最大株高的主要环境因子为土壤 pH值;影响叶干物质含量的主要环境因子为土壤速效钾;影响叶片厚度和比叶面积的主要环境因子为土壤总磷;而影响叶片含水量的主要环境因子为土壤硝态氮;叶绿素含量与土壤因子无显著相关关系。     

Plant community and soil available nutrients drive arbuscular mycorrhizal fungal community shifts during alpine meadow degradation

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) play an important role in maintaining the function and sustainability of grassland ecosystem, but they are also susceptible to environmental changes. In recent decades, alpine meadows on the Tibetan Plateau have experienced severe degradation due to the impact of human activities and climate change. But it remains unclear how degradation affects the AMF community, a group of functionally important root associated microorganisms, which potentially limit the development and application of microbial technologies in the restoration of degraded grasslands. In this study, we investigated AMF communities richness and composition in non-degraded (ND), moderately degraded (MD) and severely degraded (SD) alpine meadows on the Tibetan Plateau, and then explored their main biotic and abiotic determinants. Alpine meadow degradation significantly reduced plant community biomass, richness, soil organic carbon, total nitrogen, total phosphorus, available nitrogen and available phosphorus, but increased soil pH. AMF community composition and the iesdominant family and genera differed significantly among different degradation stages. Grassland degradation shifted the AMF community composition in favor of Claroideoglomus over Rhizophagus, and resulted in a marked loss of Glomeraceae and the dominance of Diversisporaceae. Alpine meadow degradation significantly increased AMF hyphal density and richness, likely working as a plant strategy to relieve nutrient deficiencies or loss as a result of degradation. The structural equation model showed that AMF community richness and composition were significantly influenced by plant community, followed by soil available nutrients. Soil available nutrients was the key contributor to the increased AMF hyphal density and richness during grassland degradation. Our findings identify the effects of alpine meadow degradation on AMF richness and highlight the importance of the plant community in shaping the AMF community during alpine meadow degradation. These results suggest that plant community restoration should be the primary goal for the ecological restoration of degraded alpine meadows, and these soil functional microorganisms should be simultaneously integrated into ecological restoration strategies and management.     

Grazing increases functional richness but not functional divergence in Tibetan alpine meadow plant communities

Plant community diversity and ecosystem function are conditioned by competition among co-occurring species for multiple resources. Previous studies suggest that removal of standing biomass by grazing decreases competition for light, but coincident grazing effects on competition for soil nutrients remain largely unknown in Tibetan rangelands where grazing tends to deplete soil phosphorus availability. We measured five functional traits indicative of plant productivity and stoichiometry leaf carbon concentration (LCC), leaf nitrogen concentration (LNC), leaf phosphorus concentration (LPC), specific leaf area (SLA), leaf dry matter content (LDMC) for component species of plant communities in grazed and ungrazed plots in five Tibetan alpine meadows. We examined the diversity of traits singly Rao index of functional diversity (FDrao) and in aggregate functional richness (FRic), functional divergence (FDiv), and functional evenness (FEve) in response to grazing. We tested whether foliar trait diversity increases with nutrient competition but decreases with light competition when competitive exclusion is reduced by grazing. The FDrao of LPC significantly increased under grazing, but FDrao for LCC, LNC and SLA tended to decrease. The FDrao of LDMC increased at the drier site but decreased at the wettest site. There was a strong negative association between increase in FDrao of LPC and decrease in soil nutrients, especially soil phosphorus availability. The FRic for all five traits together increased with species diversity following grazing, but neither FDiv nor FEve differed significantly between grazed and ungrazed plots at most sites. Grazing in Tibetan alpine meadows tends to increase competition for soil phosphorus while decreasing competition for light, resulting in an increase in the functional richness in grazed plant communities without any significant changes in the overall functional diversity of foliar traits. Our study highlights the potential importance of grazing mediated competition for multiple resources in alpine meadow ecosystems.     

高寒草甸不同草地类型功能群多样性及组成对植物群落生产力的影响

对不同类型草地功能群多样性和组成与植物群落生产力之间的关系进行了探讨。结果表明：(1)在矮嵩草(Kobresia humlis)草甸和金露梅(Potentilla froticosa)灌丛中,豆科植物的作用比较明显,而其他功能群植物的作用较弱。(2)在藏嵩草(Kobresia tibetica)沼泽化草甸和小嵩草(K．pygmaca)草甸中,虽然杂类草、C3植物和莎草科植物功能群的生产力占群落初级生产力的比例较大,但二者在统计上没有显著性差异,这表明群落生产力除受物种多样性的影响外,也受物种本身特征和环境资源的影响,更主要的是受到功能群内物种密度和均匀度的影响,即功能群组成比功能群多样性更能说明对生态系统过程的影响。(3)不同类型草地群落植物功能群盖度与群落初级生产力呈显著的线性相关。(4)不同类型草地群落生产力与功能群内物种数的变化均表现为单峰曲线关系,即功能群内物种数处于中间水平时,群落生产力最高。     

高原鼢鼠扰动及恢复年限对高寒草甸土壤养分和微生物功能多样性的影响

为了研究高原鼢鼠扰动后退化高寒草甸恢复演替的动态过程,利用常规实验室分析方法和Biolog-ECO生态板法对青藏高原东缘高寒草甸土壤养分和微生物功能多样性进行分析.结果表明: 高原鼢鼠扰动显著降低了土壤有机质、全氮、速效氮和速效磷含量,对土壤全磷和全钾含量无显著影响;在一定植被恢复年限内,土壤微生物的碳源利用率、Shannon、Pielou和McIntosh指数随着植被恢复年限的增加而升高;主成分分析表明,碳水化合物和氨基酸是土壤微生物利用的主要碳源类型;冗余分析表明,土壤pH、有机质、全氮、速效氮和全钾是影响土壤微生物代谢活性和功能多样性的主要因子.不同植被恢复年限土壤微生物功能多样性的变化可能是对地上植被、土壤微生物群落组成和土壤养分变化的响应.     

A water-centred framework to assess the effects of salinity on the growth and yield of wheat and barley

We conducted a field experiment in two alpine meadows to investigate the short-term effects of nitrogen enrichment and plant litter biomass on plant species richness, the percent cover of functional groups, soil microbial biomass, and enzyme activity in two alpine meadow communities. The addition of nitrogen fertilizer to experimental plots over two growing seasons increased plant production, as indicated by increases in both the living plant biomass and litter biomass in the Kobresia humilis meadow community. In contrast, fertilization had no significant effect on the amounts of living biomass and litter biomass in the K. tibetica meadow. The litter treatment results indicate that litter removal significantly increased the living biomass and decreased the litter biomass in the K. humilis meadow; however, litter-removal and litter-intact treatments had no impact on the amounts of living biomass and litter biomass in the K. tibetica meadow. Litter production depended on the degree of grass cover and was also influenced by nitrogen enrichment. The increase in plant biomass reflects a strong positive effect of nitrogen enrichment and litter removal on grasses in the K. humilis meadow. Neither fertilization nor litter removal had any impact on the grass biomass in the K. tibetica meadow. Sedge biomass was not significantly affected by either nutrient enrichment or litter removal in either alpine meadow community. The plant species richness decreased in the K. humilis meadow following nitrogen addition. In the K. humilis meadow, microbial biomass C increased significantly in response to the nitrogen enrichment and litter removal treatments. Enzyme activities differed depending on the enzyme and the different alpine meadow communities; in general, enzyme activities were higher in the upper soil layers (0–10 cm and 10–20 cm) than in the lower soil layers (20–40 cm). The amounts of living plant biomass and plant litter biomass in response to the different treatments of the two alpine meadow communities affected the soil microbial biomass C, soil organic C, and soil fertility. These results suggest that the original soil conditions, plant community composition, and community productivity are very important in regulating plant community productivity and microbial biomass and activity.     

高原鼢鼠干扰下高寒草甸大型土壤动物多样性对环境因子的响应

为研究高寒草甸大型土壤动物群落组成和分布对环境因子的响应,选取祁连山东段的甘肃省天祝县高原鼢鼠典型分布区域,以鼠丘密度代表干扰强度设置4个干扰区。调查各干扰区植被群落特征、土壤理化性质、大型土壤动物类群组成及其数量,采用约束性排序方法分析环境因子对大型土壤动物类群组成和分布的影响。结果表明：高原鼢鼠干扰下高寒草甸大型土壤动物优势类群为瓦娄蜗牛科、象甲科和短角亚目幼虫;极重度干扰区大型土壤动物类群的丰度、丰富度、Shannon指数显著高于重度干扰区（P<0.05）;多元回归分析表明大型土壤动物类群丰度、丰富度和Shannon指数与土壤温度呈显著负相关（P<0.05）,丰富度与土壤含水量呈显著负相关（P<0.05）,丰度与土壤紧实度呈显著负相关（P<0.05）,丰富度和Shannon指数与植物Shannon指数呈显著负相关（P<0.05）;冗余分析和偏冗余分析表明,土壤温度、紧实度和含水量是影响高寒草甸大型土壤动物类群组成和分布的主要环境因子。     

青藏高原高寒草地地上植物碳积累速率对生态系统多功能性的影响机制

在全球气候变暖的背景下, 草地作为陆地生态系统碳库的重要组成部分, 其较小幅度的波动, 会影响整个陆地生态系统碳循环和生态系统多功能性(EMF)。地上植物碳积累速率(CAR)表示从生长季初始到生长季生物量峰值的群落地上部分碳累积速率, 能够很好地表征固碳功能、固碳潜力和效率。因此, 植物CAR的变化会改变地上和地下群落维持EMF的能力。目前EMF的相关报道多探讨地上群落多样性和EMF的关系, 而缺乏高寒草地生态系统植被地上CAR对EMF的影响机制研究。该研究目的是探究高寒草地群落CAR对EMF的调控作用、机理和过程, 这将对草地生态系统管理提供理论支持, 并推进对生态系统多功能性维持机制的理解。2015年7-8月, 在青藏高原地区进行草地样带调查, 共计取115个样点。综合土壤有机碳、全氮、全磷、地上和地下生物量以及微生物生物量碳等13种生态系统参数计算生态系统多功能性指数(M)。利用归一化植被指数(NDVI, 1982-2013年)计算并提取2015年物候数据, 最终获得CAR。采用薄盘光滑样条插值法插值气象数据, 提取样点2011-2015年年降水量和年平均气温, 以供分析CAR对EMF的调控机理。主要结果: 地下生物量、土壤有机碳、全磷和微生物生物量碳含量对CAR和M有较高的权重(0.58、0.80、0.83和0.79; 1.05、0.98、1.02和0.97), CAR和M呈显著线性正相关关系(R² = 0.45, p < 0.01)。在降水和气温要素的影响下, 植物地上群落和地下土壤要素的协同作用, 影响植被CAR, 进一步调控EMF。