高寒草甸植物群落不同根序根系特征对降雨量变化的响应

根系是草原生态系统中最重要的碳库之一,分析高寒草甸植物群落生物量和地下不同径级根系碳分配特征及根系的生长特征对降雨变化的响应,有利于了解全球变化背景下高寒草甸植物根系、土壤碳氮循环及其过程。采用微根管技术原位监测5种降雨处理下(增雨50%:1.5P、自然降雨:1.0P、减雨30%:0.7P、减雨50%:0.5P、减雨90%:0.1P)高寒草甸植物群落和根系属性(现存量、生产量、死亡量、根系寿命和周转速率)的变化特征,结果表明:(1)降雨变化对地上植物群落生物量无显著影响,但0.5P和0.1P显著增加禾本科生物量(P<0.05)。(2)总根系现存量在处理间无显著差异,但随着降雨量减少呈先增加后降低的趋势。土层间不同径级根系现存量差异显著,0-10 cm土层1.5P和0.7P1级根现存量显著增加,2级和3级根现存量显著降低;在10-20 cm土层,1.0P2级根系现存量显著高于其余处理(P<0.05)。(3)总根生产量与死亡量随降雨减少而降低,在0-10 cm土层,1.0P总根生产量和死亡量最高,0.1P显著降低了1级根生产量(P<0.05)。(4)0.1P显著增加10-20 cm土层1级根和总根寿命(P<0.05)。(5)根系周转随降雨量减少呈降低趋势,但无显著差异(P>0.05)。(6)结构方程模型进一步表明:根系现存量和生产量受土层和水分的直接影响,土层和养分对根系周转有负效应。综上所述,降雨量的变化并未显著改变地下总根系生物量,但少量降雨变化(0.7P、1.5P)会降低植物对2、3级根生物量的分配,投入更多资源以促进1级根的生长;而水分下降至轻度水分胁迫(0.1P),植物会减少地下各径级根系生物量的分配,保持低根系生物量消耗和低根系生长来维持其正常的生长状态,完成其正常的生态功能。     

氮肥添加对川西北高寒草甸植物群落根系动态的影响

该文以川西北高寒草甸为研究对象, 采用微根管法研究了不同施氮(N)水平下高寒草甸植物群落根系现存量、生产量、死亡量和周转率的变化及其与土壤理化性质的相互关系。结果表明: N添加显著增加了土壤速效氮(AN)含量, 降低了土壤pH值, 但是对土壤有机质(SOM)和全氮(TN)含量无显著影响。在0-10 cm土层, 平均根系现存量和累积根系生产量无显著变化, 累积根系死亡量在N10处理下显著降低了206.1 g·m ^-2, 根系周转率在N30处理下显著提高了17%; 在10-20 cm土层, N添加处理的平均根系现存量和累积根系生产量分别显著降低了195.3和142.3 g·m ^-2 (N10)、235.8和212.1 g·m ^-2 (N20)、198.0和204.4 g·m ^-2 (N30), 累积根系死亡量和周转率无显著变化。此外, 累积根系生产量、死亡量和周转率与AN含量相关性较大, 而平均根系现存量与SOM、AN和TN含量相关性较大。综上所述, N添加对高寒草甸的影响主要通过改变土壤可利用N含量, 进而影响根系的动态特征、空间分布格局和周转以及碳分配特征。     

积雪变化对高寒草甸钝苞雪莲(Saussurea nigrescens)繁殖分配及功能属性的影响

季节性雪被对植物的生长繁殖具有深刻影响。为阐明不同积雪梯度下钝苞雪莲各器官生物量、养分含量、繁殖分配及功能属性的变化规律,在青藏高原东缘红原县,通过人工堆积的方法开展积雪梯度（CK、S0、S1、S2、S3）控制实验,测量了不同积雪梯度下钝苞雪莲茎、叶、花苞的养分含量及繁殖分配等特征。结果表明：1）积雪变化没有显著改变钝苞雪莲的繁殖分配,但去除积雪（S0）显著降低了营养器官生物量。2）不同积雪处理下,个体大小与繁殖器官生物量均呈正线性关系（P<0.01）。3）茎部磷（P）含量随积雪量的增加显著升高（P<0.05）;叶部P含量随积雪量的增加先上升后下降,即：S2 > S1 > CK > S3 > S0,且存在显著差异（P<0.05）;各处理下植物的不同器官在养分上主要受氮（N）元素的限制。4）去除积雪（S0）降低了茎干重、株高、茎高、茎分配和单株花苞量,过度积雪（S3）则降低了株高、茎高和花苞长度,中度积雪（S1、S2）则分别降低了花苞长度与单株叶片数。由此可见,不同积雪量并未显著改变钝苞雪莲的繁殖分配,但却改变了其不同器官的功能属性与养分含量,使磷元素成为植物响应积雪变化较为敏感的指标。     

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。     

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。     

高寒草甸植物物候对温度变化的响应

植物物候是植物为适应其生长环境而呈现的规律性变化,是气候变化的指示器。为了解高寒植物物候对温度变化的响应,利用1997—2010年青海湖海北高寒草原生态监测站群落优势种矮嵩草物候观测资料和同时段的气象资料,应用偏最小二乘(PLS)回归定量分析了植物物候期变化特征、趋势及其与气温间的相互关系。结果表明:①1997—2010年青海湖地区年均温度总体上升,倾向率为0.5℃/10a,其中年均最高温度和最低温度呈现出非对称型变化,最低温度显著升高且高于年均温升幅,倾向率为0.7℃/10a(P0.05),而年均最高温度无明显变化。②1997—2010年间,矮嵩草平均返青期和枯黄期分别为4月18日和10月2日,矮嵩草返青期推迟,枯黄期提前,生长季长度缩短。③影响矮嵩草返青的关键时期为每年的1月和3—4月,1月温度升高影响植物休眠进程进而延迟返青,而3—4月温度升高有利于热量积累使返青提前;影响矮嵩草枯黄的关键时期为7月上中旬和8月,期间温度升高使枯黄期提前。④根据PLS分析和相关分析,最低温度在各关键时期内显著影响植物物候,而最高温度仅在8月对枯黄期影响通过显著性检验,因此最低温度是影响高寒草地矮嵩草物候期的关键因子。     

高寒草甸生态系统牲畜种群结构和动态

本文用Leslie矩阵模型研究了高寒草甸生态系统牲畜种群结构及动态。模型考虑了更加精确的年龄组转移关系,出栏率是种群波动的主要因子。目前,牲畜种群结构不合理,种群数量不能保持平衡。     

青藏高原高寒草甸夏季植被特征及对模拟增温的短期响应

以青藏高原高寒草甸为研究对象,研究了草甸植被夏季生长动态特征;同时采用红外辐射器模拟增温的方法,探讨了草甸植被对增温的短期(1a)响应.结果表明:(1)高寒草甸夏季植被高度与地下生物量、总生物量相关性不显著,盖度与二者相关性极显著;高度对地上生物量影响较大(R=0.892,P＜0.01),盖度对地下生物量(R=0.883,P＜0.01)和总生物量(R=0.888,P＜0.01)影响较大.(2)高寒草甸夏季植被地上部分和地下部分表现出不同的生长模式,地上部分近似等速生长(幂指数为1.011),地下部分则表现为异速生长(幂指数为0.459),但整体呈现异速生长(幂指数为0.473).(3)高寒草甸夏季植被地上生物量(P＜0.05)在6月份较地下生物量(P＞0.05)对环境更为敏感,且一年之后地上-地下生物量均呈减小趋势,这与空气温度、土壤温度和土壤水分的显著减小密切相关.(4)红外辐射器在高寒草甸的增温度效果较好,空气、地表、土壤温度都随增温幅度增强而增加;短期增温对高寒植被有正效应(T0-T1),而温度持续升高则对植被产生负效应(T1-T2);各植被指标的方差分析都未达到显著水平,表明短期增温对该植被影响不显著.     

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。     

甘南高寒草甸土壤纤毛虫对磷酸氢二铵添加的响应

为研究磷酸氢二铵(DAP)添加对土壤纤毛虫群落结构的影响,于2012年4月在甘南高寒草甸选取典型样地,在0～120 g·m^-2浓度区间内设置5个添加水平,采用“非淹没培养皿法”、活体观察法和“3级10倍环式稀释法”测定土壤纤毛虫物种数和密度,同时测定了土壤相关环境因子(含水量、pH值、总氮、总磷、有机碳).共获得土壤纤毛虫129种,隶属9纲17目31科46属.对照组的土壤纤毛虫物种数和物种多样性指数均大于施肥处理,且随着施肥量的增大,土壤纤毛虫物种数减少,物种多样性减小,但其密度随施肥量的增大而增加.对照土壤纤毛虫优势类群为刺钩目,随着施肥量的增大,土壤纤毛虫优势类群更新为肾形目.土壤纤毛虫群落结构和环境因子的冗余分析表明,总磷、土壤温度和含水量是影响甘南高寒草甸土壤纤毛虫群落分布的关键环境因子.     

西藏那曲地区高寒草地地下生物量

矮嵩草草甸、藏北嵩草草甸及紫花针茅草原是那曲地区主要的草地类型,通过对其地下生物量的分布特征、地下/地上生物量的关系及其对土壤环境影响的研究发现:(1)这三类植物群落的地下生物量表现为总的T字形趋势下的锯齿状分布,主要分布在0~10cm的草皮层中,而且不同的退化草地,其地下的生物量也不同;(2)各群落的地下生物量和地上生物量密切相关,相关性均呈显著正相关。地下/地上生物量的比值越大,地上生物量就越高。地上生物量的变化不大,而地下生物量变化显著;(3)在高山草甸土中,矮嵩草草甸的地下生物量和土壤的有机质,全N,碱解N的含量及土壤的容重呈相关关系,而与其他的土壤因子相关性不显著。(4)各群落的地下生物量的垂直分布特征及与土壤环境的关系是植物长期适宜高寒生境条件的结果和反映。     

Shrub expansion modulates belowground impacts of changing snow conditions in alpine grasslands

Climate change is disproportionately impacting mountain ecosystems, leading to large reductions in winter snow cover, earlier spring snowmelt and widespread shrub expansion into alpine grasslands. Yet, the combined effects of shrub expansion and changing snow conditions on abiotic and biotic soil properties remains poorly understood. We used complementary field experiments to show that reduced snow cover and earlier snowmelt have effects on soil microbial communities and functioning that persist into summer. However, ericaceous shrub expansion modulates a number of these impacts and has stronger belowground effects than changing snow conditions. Ericaceous shrub expansion did not alter snow depth or snowmelt timing but did increase the abundance of ericoid mycorrhizal fungi and oligotrophic bacteria, which was linked to decreased soil respiration and nitrogen availability. Our findings suggest that changing winter snow conditions have cross-seasonal impacts on soil properties, but shifts in vegetation can modulate belowground effects of future alpine climate change.     

Effects of nitrogen addition on root dynamics in an alpine meadow,Northwestern Sichuan

该文以川西北高寒草甸为研究对象, 采用微根管法研究了不同施氮(N)水平下高寒草甸植物群落根系现存量、生产量、死亡量和周转率的变化及其与土壤理化性质的相互关系。结果表明: N添加显著增加了土壤速效氮(AN)含量, 降低了土壤pH值, 但是对土壤有机质(SOM)和全氮(TN)含量无显著影响。在0-10 cm土层, 平均根系现存量和累积根系生产量无显著变化, 累积根系死亡量在N10处理下显著降低了206.1 g·m ^-2, 根系周转率在N30处理下显著提高了17%; 在10-20 cm土层, N添加处理的平均根系现存量和累积根系生产量分别显著降低了195.3和142.3 g·m ^-2 (N10)、235.8和212.1 g·m ^-2 (N20)、198.0和204.4 g·m ^-2 (N30), 累积根系死亡量和周转率无显著变化。此外, 累积根系生产量、死亡量和周转率与AN含量相关性较大, 而平均根系现存量与SOM、AN和TN含量相关性较大。综上所述, N添加对高寒草甸的影响主要通过改变土壤可利用N含量, 进而影响根系的动态特征、空间分布格局和周转以及碳分配特征。     

高寒草甸不同生境粗喙薹草补偿生长研究

补偿生长反映了植物的耐牧性, 受采食和土壤养分资源获得性的共同影响。但何种条件易于引起植物发生超补偿是长期以来争论的问题。通过一项野外调查试验, 研究了高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸3种生境(I. 畜圈, 富养, 放牧; II. 牧道, 低养, 放牧; III. 封育草地, 低养, 不放牧)中粗喙薹草(Carex scabrirostris)的补偿生长模式与机制, 以及采食率、土壤养分和水分因子对补偿生长的相对贡献。粗喙薹草补偿生长量和分株盖度、密度及高度在生境I显著高于生境II和生境III, 在生境I和生境II均发生超补偿生长, 在生境III为低补偿。分株生物量对生长器官的分配在生境I和生境II相同, 并都高于生境II; 生物量对储藏器官的分配在生境II最高, 生境III次之, 生境I最低。储藏分配与生长分配和克隆繁殖分配间, 生长分配与有性繁殖分配间均存在负偶联(trade-offs)关系。对补偿生长贡献最大的因子是相对生长率和6月份土壤有机质含量, 其次是8月份土壤氮素营养和采食率。研究结果表明, 粗喙薹草的补偿生长和生物量分配具有可塑性, 并决定着补偿生长模式随生境条件而变化。不论在富养环境或低养环境, 储藏分配高的粗喙薹草都容易发生超补偿, 富养生境条件能降低采食的负面效应, 增加植物的耐牧性。     

青藏高原矮嵩草草甸地下和地上生物量分配格局及其与气象因子的关系

基于2006—2015年青海海北站10年生物量及气候因子监测数据,分析了青藏高原高寒矮嵩草草甸生物量的季节及年际动态,并探讨了气候因子对其影响。结果表明:(1)季节尺度上,高寒矮嵩草草甸地上生物量表现为单峰变化曲线,8月为其峰值点,为(345.72±27.01) g/m~2,代表了高寒草甸的地上净初级生产力。而地下根系的现存量变化较为复杂,其中5—7月呈现持续上升趋势,8月快速下降,之后9月份急剧,且各月份之间未达到显著水平(P0.05);年际尺度上,10年间高寒矮嵩草草甸地上生物量整体呈现波动增加趋势,2014年为其峰值点,达(437.12±32.01) g/m~2。地下生物量呈现波动性变化,变异较大,10年间平均值为(2566.99±138.11) g/m~2;(2)高寒草甸光合产物分配主要分布在地下,80%地下根系生物量分布于地表0—10 cm土层,且不同土层根系生物量占总地下生物量的比值在不同月份较为稳定。(3)气候因子中,大气相对湿度是影响高寒草甸地上生物量大小的主要因素;而气候因子对地下根系生物量的影响极为微弱。研究表明,高寒嵩草草甸对环境变化具有较高的自我调节能力,且高寒草甸的演化受制于人类干扰,而非气候变化。     

高寒草甸不同海拔梯度下多年生黄帚橐吾的克隆生长特征

通过对多年生植物黄帚橐吾(Ligularia virgaurea)在四个不同海拔梯度下的克隆生长行为进行研究,结果表明：(1)资源水平(土壤养分)、干扰和群落性质影响间隔物(spacer)长度的变化。在第一和第四海拔梯度中(土壤养分较丰富)间隔物长度较短,而在第二和第三海拔梯度中(土壤养分较贫乏)间隔物长度较长,说明其能对资源水平和生境优劣作出反应。(2)分枝强度(branching intensity)随资源水平的增加而上升。(3)在高海拔、寒冷和资源较丰富的生境中,其生物量的投资偏向于地下部分生物量,说明黄帚橐吾的资源分配方式受到环境资源条件和群落性质的影响。