高寒草甸生态系统磷素循环

试验在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站进行了实验样地设置在冬春草场上,应用分室模型,将高寒草甸生态系统分为大气,土壤,植物,食草动物４个分室,主要讨论了磷素在各分室内的贮量,流动方向,流通数量及其系统磷素的供需状况,高寒草旬生态系统磷素的循环过程中,大气分室通过降水输入土壤磷量为０．３６ｋｇ／ｈｍ＾２．ａ植物从土壤库摄取速效磷７．０６ｋｇ／ｈｍ＾２．ａ这些磷素一部分（０．５７ｋｇ／ｈｍ＾２．ａ     

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。     

青藏高原高寒矮嵩草草甸碳增汇潜力估测方法

以广布于青藏高原的高寒矮嵩草草甸为研究对象,研究了草甸碳储存的场所、碳库容量随草甸演替的变化过程及其碳增汇潜力的空间分布格局,同时探讨了高寒草甸碳增汇潜力估测的困惑与解决方法。结果表明,高寒草甸生态系统碳增汇潜力空间分布格局差异极大,主要受到土层厚度和草地演化进程的影响。高寒草甸碳主要贮存于草毡表层,其增汇潜力在于退化草地草毡表层的恢复与重建。保持适宜厚度的草毡表层是协调高寒草甸生产与碳生态服务功能的关键。随着退化高寒草甸的恢复,土壤容重呈现下降趋势,计算其系统碳增汇潜力,需要用根土体积比进行土层深度的校正。高寒草甸具有较大的固碳潜力,但其潜力的发挥受到气候和草地恢复与管理措施的影响,比较漫长。     

实验增温对藏北高寒草甸植物繁殖物候的影响

全球气候变暖对高寒和极地地区的植物物候产生强烈的影响。该研究主要关注增温条件下藏北高寒草甸不同功能型植物繁殖时间(生殖物候)的改变。实验采用开顶箱式增温方法, 对3个主要功能群浅根-早花、浅根-中花和深根-晚花植物的现蕾、开花、结实时间进行观测。研究结果表明: (1)增温导致了土壤水分胁迫, 显著推迟了浅根-早花植物高山嵩草(Kobresia pygmaea)的繁殖时间; (2)增温显著提前了浅根-中花植物钉柱委陵菜(Potentilla saundersiana)和深根晚花植物紫花针茅(Stipa purpurea)和矮羊茅(Festuca coelestis)的繁殖时间; (3)增温没有显著影响浅根-中花植物楔叶委陵菜(Potentilla cuneata)和深根-晚花植物无茎黄鹌菜(Youngia simulatrix)的繁殖时间; (4)增温缩短了3种类型植物的开花持续时间。这些结果显示增温改变了藏北高寒草甸群落中多数物种的繁殖时间, 这预示着在未来更热更干的生长季, 青藏高原高寒草甸系统的植物物候格局可能会被重塑。     

高寒草甸生态系统氮素循环

应用分室模型,研究了高寒草甸（矮嵩草草甸）生态系统中氮素的分布与循环。结果表明：系统中,土壤库氮素总储量为 １０６３ｔ／ｈｍ ２,主要以有机态存在,土壤氮素全量养分丰富,而有效养分贫乏,仅能满足较低水平生产的供求关系;植物氮素主要储存于植物活根中,根系氮素储量为 １９０１１±４９６２ｋｇ／ｈｍ ２·ａ,活根内氮素占 ７９２６％ 。通过对该系统氮素收支平衡计算结果表明,氮素输出为 １５９３５ｋｇ／ｈｍ ２·ａ,大于系统的输入 ８４７３ｋｇ／ｈｍ ２·ａ,系统中氮素亏缺,成为限制草场生产力提高的限制因子。     

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.     

高寒草甸退化对短穗兔耳草克隆生长特征的影响

以调查统计和比较样地法研究了江河源区高寒草甸退化对典型匍匐茎植物短穗兔耳草克隆生长特征的影响。结果表明,退化草甸的植物群落结构、功能以及土壤特征发生了明显地变化,继而对短穗兔耳草无性系的克隆生长行为和形态特性产生了影响。高寒草甸退化后短穗兔耳草的匍匐茎有所增多,分支强度加大。退化草甸内短穗兔耳草的基株高度小于未退化草甸,根长大于未退化草甸,基株的叶片数目间没有明显差别。退化草甸内短穗兔耳草的分株高度显著小于未退化草甸,分株叶数明显多于未退化草甸,而根长尽管大于未退化草甸,但差异不显著。短穗兔耳草匍匐茎长度在未退化草甸内明显大于退化草甸,匍匐茎茎生叶数和匍匐茎粗度也在未退化草甸大于退化草甸。短穗兔耳草在未退化草甸用于克隆繁殖的能量投资比例高于退化草甸,其中未退化草甸内短穗兔耳草基株的干重比例略低于退化草甸,分株和匍匐茎的干重比例高于退化草甸。高寒草甸退化对短穗兔耳草克隆生长特征的这些影响,是其对高寒草甸退化导致的资源和生境差异的反应,也是对资源利用达到的最合理状态,是一种选择适应的结果。     

高寒草甸植被退化过程中生物土壤结皮演变特征

对生物土壤结皮(BSCs)在青藏高原的分布和作用还知之甚少,为了解其在高寒草甸退化过程中的演变特征,以高寒草甸为对象,研究其退化和人工重建对BSCs生长和分布影响。结果表明:随草甸退化,植被盖度不断降低,苔藓类结皮在禾草嵩草草甸和6年人工草地出现频度最高,随植被退化出现频度降低,"黑土滩"阶段最低(43.6%);黑斑、菌斑和地衣都是在矮嵩草阶段形成,在小嵩草草甸裂缝期或者剥蚀期出现频度最高,在禾草嵩草群落、6年人工草地及黑土滩均未出现;相关分析表明,苔藓类结皮出现频率与植被盖度呈极显著相关(P0.01),而与黑斑和地衣出现频率呈负相关,菌斑与地衣出现频度呈显著相关(P0.05)。BSCs在高寒草甸广泛分布,不同演替阶段,其分布和物种组成存在较大差别。植被生长和表土稳定性状况导致了BSCs的异质性分布格局。     

青海省海北州典型高寒草甸土壤质量评价

以青海省海北州的典型高寒草甸(金露梅灌丛草甸、矮嵩草草甸、高山嵩草草甸)为研究对象,以7种土壤微生物活性指标和10种土壤理化性质指标组成的土壤生物肥力性质为评价指标,对不同利用方式下草甸的土壤质量进行主成分分析(PCA).结果表明：高寒草甸土壤综合质量可用3个主成分（PC）来表征,其中PC₁上有13个指标的载荷较高,PC₂上有3个指标的载荷较高, PC₃上只有全磷的载荷较高.结合Norm值的方法,筛选出微生物生物量碳、脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶、有机碳、全氮、有效氮、有效磷、有效钾、容重和阳离子交换量(CEC)等11项指标,建立了海北高寒草甸土壤综合质量评价的最小数据集(MDS).通过主成分和对应的权重系数分析, 对3种草甸的土壤综合质量进行排序,0～10 cm层为矮嵩草草甸＞金露梅灌丛＞高山嵩草草甸;10～20 cm层为金露梅灌丛＞高山嵩草草甸＞矮嵩草草甸.     

围封与放牧对青藏高原草地生物量与功能群结构的影响

以青藏高原高寒草甸、高寒草原、温性荒漠草原的退化草地为基础,比较了5年围封样地与放牧样地的生物量和群落结构。结果表明:(1)围封后3类草地地上总生物量较放牧样地分别显著增加了48.1%、10.8%、34.5%;地下生物量对围封的响应与地上总生物量一致,且围封后高寒草原0~10cm土层根系生物量比例较放牧地显著下降。(2)围封显著降低了高寒草甸的根冠比,高寒草原和温性荒漠草原无显著变化。(3)与放牧地相比,围封显著增加了高寒草甸和高寒草原禾本科植物的生物量比例,高寒草甸杂类草显著降低,温性荒漠草原功能群生物量比例无显著差异。     

三江平原不同群落小叶章种群生物量及氮、磷营养结构动态

对三江平原典型草甸和沼泽化草甸两个群落的优势植物小叶章的生物量、结构动态、不同生长阶段各器官的氮、磷含量和储量动态以及氮、磷养分限制状况进行了研究.结果表明,二者各器官生物量差异显著,但均符合模式Y=A+B_1t+B_2t2+B_3t3;二者地上各器官生物量均为单峰型,且峰值出现的时间相差15 d左右;F/C 均小于1且前者明显大于后者;二者地上各器官的全氮和全磷含量在生长季均单调下降,且叶＞叶鞘＞茎,根中全氮变化基本一致,但全磷变化差别很大;二者各器官“三氮”含量特别是NH₄⁺-N和NO₃^--N含量变化较大,且NH₄⁺-N/NO₃^--N＞1;根是二者氮、磷的重要储库,而茎、叶和叶鞘的氮、磷储量波动较大;两种小叶章的氮/磷＜14,表明氮是影响二者生长的限制性养分,但其对于前者的限制性程度要高于后者.     

草地螟2007年越冬代成虫迁飞行为研究与虫源分析

草地螟 Loxostege sticticalis L.是危害我国北方农牧业的一种重要迁飞性害虫,明确草地螟的虫源地及迁飞路线对其早期预警具有重要意义。本文利用垂直监测昆虫雷达的长期观测,迁飞高峰期雌虫卵巢解剖、大区环流分析、各地虫情信息收集和利用Hysplit_4模型进行轨迹分析,研究了2007年越冬代草地螟的空中迁飞行为和东北地区严重暴发的草地螟虫源。结果表明：6月7–9日,雷达观测点诱虫灯内草地螟具有典型迁飞昆虫生理特征;草地螟主要在夜间迁飞,飞行高度集中在300～500 m,400 m是主要飞行高度,迁飞高峰期夜间迁移可持续9 h。东北地区严重发生的草地螟虫源,一部分来自内蒙古乌盟地区,一部分来自蒙古共和国中东部及中俄边境地区。据此推测我国与国外草地螟存在虫源交流。     

高寒草甸放牧生态系统夏秋草场轮牧制度的模拟研究

利用ＧＭＡＭＥ１模拟高寒草甸放牧生态系统夏秋草场在临界放牧压力下的２７０种轮牧制度,并对其累积采食量进行比较分析。结果指出：在高寒草甸放牧生态系统中,最佳的轮牧小区数目为３或４个。证明了Ｍｏｒｌｅｙ规则：最佳轮牧小区数目应该小于１０。推荐２个高寒草甸地区最佳的轮牧模式供野外实验和放牧规划参考：（１）３个轮牧小区,每小区每次持续放牧２９ｄ,放牧压力为３０．１４ｋＪ／ｍ２·ｄ,累积牧草采食量最高为４２５０．４４３ｋＪ／ｍ２。（２）为保持牧草结构的稳定和各轮牧小区牧草生物量的均匀性,可以采用３个轮收小区,放牧持续时间７ｄ,放牧压力Ｉ（１４５）＝２８．８９１４ｋＪ／ｍ２·ｄ,累积采食量为４０７３．３４ｋＪ／ｍ２。     

西部高寒湿地系统的草地资源保护与优化利用模式研究

西部高寒湿地系统的草地资源保护与优化利用问题,是我国生态环境建设中倍受重视的科学问题。本研究以甘南的高寒湿地为研究对象,分析了高寒草地资源变化的时空分布特征及其在环境条件影响下的增长动态,采用生物控制论方法,组建了草地资源保护模型及草地放牧系统的最优控制模型。依据在甘南玛曲县高寒草地的调查结果,分别对其山地草原化草甸、山地典型草甸和沼泽草甸等草地资源的利用,建立了相应的保护指标。确定了该草地放牧系统的最优牧草资源水平和最优控制量,提出了草地资源优化利用的管理对策与措施,为草地放牧管理提供了优化模式和定量依据。     

东北地区草地螟1999年大发生的虫源分析

草地螟是我国北方重要的迁飞性害虫,对其虫源地及迁飞路线尚缺乏全面的认识。本文分析了1999年各地草地螟主要迁入峰期的天气学背景,并对风场的时空分布及草地螟迁飞轨迹进行了模拟。结果表明：1999年东北地区大发生的草地螟只有少部分来自以往认为的“主要发生基地”,其主要虫源来自蒙古共和国东部及中蒙边境地区;草地螟盛发期东北地区气旋性天气系统对草地螟的迁入和扩散有密切的关系,据此提出可将“东北低压”、“东北低涡”的发生、发展趋势与虫源地的情况结合起来作为监测草地螟迁入的预警指标。     

新疆阿勒泰地区草地资源可持续管理分析

通过分析新疆阿勒泰地区草地资源的利用现状,草地类型的生产性能、生态服务价值和在区域发展中的主导功能,指出分类经营是该区草地资源可持续管理的有效途径。研究表明,阿勒泰地区的草地资源在空间上可划分为生态功能区(高寒草甸和草原、沼泽、山地荒漠草原、山地草原化荒漠和部分平原荒漠),经济功能区(山地草甸,低地草甸和草甸草原)和混合功能区(山地草原、平原荒漠草原和大部分平原荒漠),在时间上可采取不同的经营策略。生态功能区经营策略是禁牧和封育,经济功能区的经营策略是通过施肥、灌溉等手段,集约化管理,提高单位面积产值I混合功能区的经营策略是以草定畜,合理轮牧。     

青海高寒区域金露梅灌丛草甸灌木和草本植物固碳量的比较

以青海海北高寒区域金露梅（PotentillafruticosaLinn.）灌丛草甸为研究对象,分析了6月至9月金露梅灌丛草甸灌木和草本植物不同部位的生物碳量,并据此对灌木及草本植物的年净初级生产碳量进行了比较。结果显示：金露梅灌丛草甸灌木植物地上部和地下部不同层次的生物量和碳含量均有明显差异,根据生物量所占比例确定其地上部和地下部的平均碳含量分别为0.50和0.48。依据不同月份灌丛冠面最大长度、最小宽度和最大高度,采用方程“Wij=e〔aln（A·B·H）＋b〕”计算灌木地上当年新生生物碳量、地上多年累积生物碳量和地下多年累积生物碳量,相关性均极显著（P〈0.01）,表明利用该方程评估金露梅灌丛草甸灌木不同部位的生物碳量是可行的。不同月份金露梅灌丛草甸灌木地上当年新生生物碳量、地上多年累积生物碳量和地下多年累积生物碳量分别为9.36-21.15、78.07-90.12和74.37-101.22g·m-2,差异不明显;其地上部和地下部净初级生产碳量分别为33.20和26.85g·m-2,总计为60.05g·m-2。金露梅灌丛草甸草本植物地上部和地下部净初级生产碳量分别为111.41和445.41g·m-2,总计为556.82g·m-2。如果根据草本和灌木占地面积78%和22%进行加权计算,则金露梅灌丛草甸当年的总净初级生产碳量为447.53g·m-2,其中灌木的净初级生产碳量仅占2.95%,且金露梅灌丛草甸地下部与地上部净初级生产碳量的比值为3.75。研究结果显示：青海高寒区域金露梅灌丛草甸以草本固碳为主,且地下部净初级生产碳量明显高于其地上部。     

甘南高寒草甸退化对植物功能群多样性与物种多度分布的影响

为分析甘南高寒草甸植物功能群多样性及其物种多度分布对退化的响应,探讨其多样性的形成与维持机制,采用样地调查法收集数据,并使用物种多度模型对其进行拟合分析。结果表明:随着退化程度的加深,植被优势种以禾草科和莎草科植物为主,逐渐变为杂草功能群植物为主,杂草功能群在群落多样性分布中起着主导作用;全部物种多度分布随着退化程度的加深发生变化,其中,无退化草甸的最优拟合模型是VOLKOV,轻度退化草甸的最优拟合模型是GEO,中度退化草甸和重度退化草甸的最优拟合模型为BRO,资源分配模式由随机分配转向固定分配的分配模式;禾草功能群的最优拟合模型以生态位模型为主,资源分配方式由固定分配和随机分配共同主导,豆科功能群的最优拟合模型是BRO,资源分配方式以固定分配为主,杂草功能群的最优拟合模型从中性模型向生态位模型转变,与全部物种多度分布的最优模型基本一致,且资源分配由随机分配向固定分配转变,可以认为杂草功能群是影响群落物种多度分布的主要原因,但是禾草和豆科功能群的贡献也不可忽视。     

Increase in seagrass distribution at Bourgneuf Bay (France) detected by spatial remote sensing

The changes in spatial distribution of intertidal Zostera noltii seagrass beds were studied with multispectral visible-infrared remote sensing in Bourgneuf Bay (France) over a 14-year period, between 1991 and 2005. Six SPOT satellite images acquired at low tide were calibrated using in situ spectroradiometric data and processed with the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). A steady and linear increase in meadow areas was observed between 1991 and 2005 with total surfaces colonized by Z. noltii increasing from 208 to 586 ha, respectively. A greater increase in the densest part of the meadow (NDVI > 0.4) was also observed: it represented only 15% of total meadow surfaces in 1991 vs. 35% in 2005. The seagrass expansion took place mainly towards the lower part of the intertidal zone, while in the upper intertidal zone the meadow appeared strictly limited by the +4 m (Lowest Astronomical Tide) bathymetric level. The influence of Z. noltii above-ground biomass variations on spectral reflectance was analyzed experimentally by spectrometry. Z. noltii displays a characteristic steep slope from 700 to 900 nm, increasing with increasing biomass. A quantitative relationship obtained experimentally between NDVI and the dry weight of leaves was used to produce a biomass distribution map. The distribution of Bourgneuf Bay intertidal seagrass beds is certainly constrained by the water turbidity and we suggest that tidal flat accretion could be a significant variable explaining the observed expansion downwards. With very limited spatial interactions, oyster aquaculture cannot be considered as a threat, while a recent increase in recreational hand fishing of Manila clams within the beds could become problematic.     

中国高寒草甸研究进展——基于文献计量分析

高寒草甸作为我国草原的重要组成部分,发挥着极其重要的气候调节和水源涵养等生态功能,是我国重要的战略资源储备要地和生态安全屏障。为了解高寒草甸的研究态势,本文从文献计量学的角度,基于36年间国内外发表的8505篇论文,分析了有关高寒草甸的论文发表数量、发文来源、被引频次、主要作者、研究机构和研究热点等。结果表明：（1）1999年后关于高寒草甸的论文数量增长较快,年均发表355.09篇,且英文论文的增幅最大,但发文的质量还有待进一步提高;（2）李英年,周华坤,杜国祯、赵新全等人是高寒草甸研究的主要贡献人,中国科学院西北高原生物研究所、兰州大学、甘肃农业大学等单位在研究机构合作方面发挥了重要作用,但相关学者和研究机构间的合作较少,以同一单位或同一课题组的研究团队为主,与国内外不同单位、不同团队间的交流合作较少;（3）研究的热点主要聚焦于高寒草甸植被群落特征及其构建机制、高寒草甸植被退化机理与管理利用、高寒草甸植被-土壤-微生物对气候变化的响应等聚类方面。今后应重视原创性、突破性的论文,提升和扩大高寒草甸方面研究成果的国际影响力,同时,应加强不同研究机构、不同学科交叉、理论创新-实际应用等方面的多元合作,从而为高寒草甸的研究注入新生力量。期望本文能为拓展高寒草甸研究的广度与深度提供借鉴。