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...     

青藏高原区退化高寒草甸植被和土壤特征

高寒草甸约占青藏高原草地的46.7％,是我国草地生态系统重要的组成部分.近年来,在气候变化和人为活动的影响下,高寒草甸生态系统退化严重,植被和土壤均呈现出不同的退化趋势.在大空间尺度上表现为草地覆盖度下降,杂草类植被增加,土壤退化甚至沙化;在微观尺度上,退化高寒草甸的土壤粒径、土壤微生物和土壤酶也发生改变.本研究从高寒...     

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。     

不同退化阶段高寒草甸土壤化学计量特征

为了阐明不同退化阶段高寒草甸土壤的化学计量特征,沿着高寒草甸退化的梯度选取了原生嵩草草甸、轻度退化草甸和严重沙化草甸,测定了高寒草甸退化过程中不同深度土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾含量。结果表明:随着高寒草甸的退化,0～100cm土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾含量以及碳氮比、碳磷比、碳钾比、氮磷比、氮钾比和磷钾比均呈降低趋势,且土壤有机碳对高寒草甸退化的敏感性最高,全氮、全磷和全钾的敏感性依次降低,表层20cm的土壤有机碳和全氮可作为表征高寒草甸退化程度最敏感的土壤养分指标。另外,随着草甸的退化,土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾含量及其化学计量比的垂直分布明显不同:随着土壤深度的增加,原生嵩草草甸和轻度退化草甸的土壤有机碳、全氮和全磷含量以及碳氮比、碳磷比、碳钾比、氮磷比、氮钾比和磷钾比在0～40cm范围内锐减,在40cm以下缓慢降低并趋于稳定;而沙化草甸土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾及其化学计量比随着土壤深度的增加保持不变。     

滇西北退化高寒草甸植物群落结构对刈割的响应

为探究滇西北不同退化级别高寒草甸植物群落结构对外界干扰的响应敏感性,以香格里拉市的典型高寒草甸为研究对象,于2018-2020年在三个退化梯度上（严重退化,S1;中度退化,S2;轻度退化,S3）开展控制刈割实验,进而分析草甸植物物种丰富度、群落组成相似性、群落复杂度和关键种的变化规律。结果表明：（1）刈割后,S1的物种丰富度显著增加（P<0.05）,S2和S3的物种丰富度未发生显著变化（P>0.05）;（2）相较于S2和S3,S1梯度的植物群落组成变化最大;（3） S1、S2和S3的植物群落复杂度在刈割后均呈先下降后增加的趋势,但S1的植物群落复杂度变化幅度高于S2和S3;（4）刈割导致各退化草甸植物群落的关键种发生了变化,2018、2019和2020年S1梯度的关键种在豆科（Leguminsae）和蔷薇科（Rosaceae）之间变化,S2梯度的关键种在禾本科（Gramineae）和菊科（Compositae）之间变化,S3梯度的关键种在蔷薇科（Rosaceae）、菊科（Compositae）和禾本科（Gramineae）之间转变。研究表明,滇西北高寒草甸植物物种丰富度、群落组成和群落复杂度对外界干扰响应的敏感性可能随退化加剧而上升,但群落关键种的响应过程较复杂。     

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。     

青海省高寒草甸不同退化阶段土壤无机碳分异特征

采用时空转换的方法,选取青海省高寒草甸退化演替过程中典型退化阶段,探讨高寒草甸不同退化阶段土壤无机碳(SIC)含量及储量分异特征。结果表明:禾草-矮嵩草群落、小嵩草群落、小嵩草剥蚀期和黑土滩型退化草地0~50 cm土层SIC总储量分别为0.45、0.10、0.13和1.10 kg C·m-2;0~50 cm土层范围内,禾草-矮嵩草群落与黑土滩型退化草地存在明显的碳酸盐淀积层(主要在30 cm土层以下),而小嵩草群落和小嵩草剥蚀期在剖面内无明显的碳酸盐淀积层;草甸草毡表层特征(厚度、破碎度等)以及土壤容重、pH值与SIC变化特征存在某种协同演化关系;高寒草甸退化与无机碳储量之间没有明显的耦合作用,只有当草甸极度退化(黑土型退化草地)时,草甸SIC分层及总储量特征才表现出明显的差异。     

退化高寒草甸土壤微生物及酶活性特征

采用Biolog等方法,分析不同退化程度(未退化ND、轻度退化LD、中度退化MD、重度退化SD和黑土滩ED)高寒草甸0～10和10～20 cm土层土壤微生物量碳氮、碳代谢指纹和酶活性.结果表明: 所有草甸土壤微生物量、多样性指数和蔗糖酶活性在0～10 cm土层均显著高于10～20 cm土层,0～10 cm土层脲酶活性则显著低于10～20 cm土层.土壤微生物量C/N随草地退化程度加重显著降低.0～10 cm土层,ND和LD微生物量碳、氮均显著高于其他草地,MD、SD和ED微生物量碳无显著差异,MD微生物量氮显著低于其他草地;平均颜色变化率(AWCD)和McIntosh指数(U)随草地退化程度加重曲线下降,ND与MD间差异显著,其他草地间无显著差异;Shannon指数(H)和Simpson指数(D)在不同草地间均无显著差异;MD和SD脲酶活性最高,ED磷酸酶和蔗糖酶活性最低,与其他草地相比均差异显著.10～20 cm土层,ND和LD微生物量碳显著高于其他草地,MD、SD和ED间无显著差异,LD和ED微生物量氮显著高于其他草地,ND和SD间差异不显著;MD碳代谢指数最低,与LD和SD相比差异显著,ND和LD的AWCD和U指数均显著高于ED,H指数和D指数在ND、LD、SD和ED间差异不显著;ND和MD脲酶活性显著高于其他草地,LD、SD和ED间无显著差异;MD磷酸酶活性最高,与LD、SD和ED相比差异显著;MD蔗糖酶活性显著低于其他草地,ND、LD、SD和ED间差异不显著.不同退化程度高寒草地的地下生物量均与微生物量、碳代谢指数和磷酸酶呈显著正相关;脲酶与微生物量氮、H指数和D指数呈显著负相关.     

三江源区高寒草甸土壤与草地退化关系冗余分析

通过在高寒草甸设置研究样地、进行植物群落特征观测、土壤样品采集、土壤主要物理化学性质分析测定, 利用退化草地群落特征和土壤因子数据进行冗余分析, 对高寒草甸土壤因子与草地退化之间的关系进行探讨。 结果表明:不同退化程度草地沿冗余分析排序图第一排序轴分布, 第一排序轴反映草地退化程度的变化; 草地植物群落特征中与第一排序轴负相关且按相关程度大小排序的指标为植被覆盖度>地上生物量>多样性指数>均匀性指数; 第一、第二排序轴能够解释 90.3%的草地退化与土壤因子关系; 土壤温度、容重与第一排序轴正相关, 土壤含水量、全氮、有效氮、全磷、土壤有机碳与第一排序轴负相关, 有效钾、粘粒占比与第二排序轴负相关; 第一排序轴及所有排序轴所反映的土壤因子均与草地退化样地之间呈极显著相关关系(P<0.01); 不同土壤因子与草地退化之间关系密切程度不同, 土壤温度(r = 0.929)、容重(r = 0.915)、土壤含水量(r = –0.916)、全氮(r = –0.907)、有效氮(r = –0.859)、全磷(r = –0.809)、土壤有机碳(r =–0.662)等与高寒草甸退化相关程度更高且相关关系极显著(P<0.01); 土壤因子中筛选出土壤温度、 全氮等 9 个敏感性土壤指标, 能够解释 93.3%的草地退化与土壤因子关系。利用退化草地群落特征和土壤因子数据矩阵进行冗余分析能够综合反映土壤因子与草地退化之间的关系及相关程度, 筛选后的土壤因子能够作为高寒草甸草地退化的敏感性指示指标。     

土壤-牧草氮素供需状况变化对高寒草甸植被演替与草地退化的影响

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站 ,选取处于不同退化阶段的具有典型代表意义的草甸草场为研究对象 ,通过对其土壤氮素矿化补给能力、牧草对氮素的需求量的研究 ,探讨土壤 牧草氮素供需状况变化对高寒草甸植被演替与草地退化的影响。结果表明 ,在牧草生长季 5～ 8月 ,高寒草甸土壤的氮素矿化补给量为 15 86 g·m-2 ,而随着高寒草甸退化程度的加重 ,植物群落中优势种群由禾草演替为禾草 苔草 嵩草、嵩草至杂类草 ,其牧草生长需要的总氮量分别为 2 2 86、2 4 87、37 3、14 96g·m-2 ,只有在杂类草草甸阶段 ,其牧草生长对氮素的需求才与其土壤氮素供求相适配 ,可见养分是高寒草甸植被演替与草场退化的重要驱动因子之一。     

青藏高原高寒草甸退化对矮嵩草有关生理特性的影响

该研究采用空间分布代替时间演替的方法,选取青藏高原青海省果洛藏族自治州玛沁县境内典型的未退化草甸和退化草甸样地,分别设置3个5m×5m的样方,于6至9月下旬上午进行植株和土壤采样,测定矮嵩草生理指标,探讨高寒草甸退化所导致的环境变化对自然生长状态下矮嵩草生理特性的影响机制。结果表明:(1)与未退化草甸相比,退化导致土壤表层速效氮含量极显著降低,而速效磷和速效钾含量显著升高;全氮、全磷和全钾的含量总体上表现为未退化草甸低于退化草甸。(2)与未退化草甸相比,退化草甸矮嵩草叶中超氧化物歧化酶(SOD)活性在生长前期高而后期低(低4%),谷胱甘肽(GSH)含量在两个样地的变化趋势基本一致。(3)退化草甸矮嵩草叶片可溶糖和可溶蛋白含量在生长后期分别比未退化草甸降低17.6%和34.9%,且9月份降低达极显著水平。(4)生长中期以后,退化草甸矮嵩草叶片叶绿素a、b含量比未退化草甸的下降速度快、含量分别低18.84%和20.68%。(5)退化草甸矮嵩草叶片超氧阴离子自由基(O_2~)的产生速率在9月份极显著高于未退化草甸。研究表明,在非生物胁迫下未退化草甸的矮嵩草具有更高的ROS清除能力和渗透调节能力,退化导致的环境变化可能是矮嵩草在生长后期抗氧化能力降低、衰老早的内在原因。     

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。     

Notes on the Scottish flora

Background: The degradation of alpine meadows on the Qinghai-Tibetan Plateau (QTP) has an impact on vegetation recruitment from seedlings and ramets.

Aims: Understanding the relative contribution of recruitment by seedling and ramet in alpine meadows is for the ecological restoration of degraded grasslands on the QTP.

Methods: An experiment was conducted to investigate seedling and ramet densities, species composition and their relationships with standing vegetation in plots representative of non-degraded (ND), lightly (LD), moderately (MD) and severely degraded (SD) alpine meadows.

Results: With increasing degradation and the reduction in vegetation cover, the number of seedlings and ramets declined. The proportion of young plants arising from seedlings was low, with the majority of species reproducing clonally. The establishment of seedlings of forbs in SD meadows led to species-rich, forb-dominant vegetation in these areas.

Conclusions: LD and MD meadows appear to be able to be managed by reduced grazing for the restoration of grass- and sedge-dominated pastures. In contrast, restoration of SD meadows will require additional intervention, such as of seeding and weed eradication.     

物种组成对高寒草甸植被冠层降雨截留容量的影响

高寒草甸退化减少地上生物量、叶面积指数(LAI),因而减少冠层降雨截留容量(S)。但是,未有研究评价物种组成改变对S的影响。用水浸泡法和水量平衡法研究青藏高原高寒草甸3个不同退化阶段下(未退化、轻度退化、中度退化)的S变化规律,并评价物种组成改变对S的影响。结果表明:高寒草甸退化显著减少S(P<0.05)。在未退化、轻度退化、中度退化的高寒草甸,水浸泡法测得的S分别为0.612 mm,0.289 mm 和0.217 mm;水量平衡法测得的S分别为0.979 mm,0.493 mm 和0.419 mm。物种组成改变对S的影响表现为:随着高寒草甸的3个不同退化阶段,S减少的幅度先大于后小于LAI减少的幅度。原因是:(1)在未退化的草甸,鹅绒委陵菜(Potentilla arserina)的叶面积占有显著优势,占总叶面积的31.18%;在轻度退化的草甸,禾本科植物(Graminoid)的叶面积占有显著优势,占总叶面积的44.41%,而鹅绒委陵菜是稀有种,仅占总叶面积的3.76%;在中度退化的草甸,鹅绒委陵菜的叶面积占有显著优势,占总叶面积的19.91%;(2)鹅绒委陵菜的叶单位面积吸附水量(S_L)是禾本科植物的大约2.5倍。     

青藏高原高寒草甸群落特征和代表性植物生存状态对草地退化的响应

植物群落和代表性植物的生存状态是反映草地退化程度的重要标志之一。以青海省果洛州玛沁县的未退化、轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化的高寒草甸为研究对象,分析了植物群落特征、代表性植物地上性状及生存状态对退化程度的响应。结果表明:群落物种组成由禾本科、莎草科过渡到杂类草,Shannon多样性指数、Simpson优势度指数、Pielou均匀度指数先平稳变化后降低,群落平均高度、Patrick丰富度均先增加后降低,群落盖度依次降低,群落特征指标均在极度退化时最低(P<0.05);总体来看,与轻度退化样地相比,中度退化、重度退化和极度退化样地的植物株高均显著降低,分别降低了6.8%、36.8%和31.6%(P<0.05);生存状态指数表现为小嵩草(Kobresia pygmaea)逐渐降低,山地早熟禾(Poa orinosa)和垂穗披碱草(Elymus nutans)的生存状态指数分别在轻度退化和中度退化时最高,肉果草(Lancea tibetica)和黄帚橐吾(Ligularia virgaurea)的生存状态指数分别在重度退化和极度退化样地中最大。说明高寒草甸退化导致群落特征...     

滇西北藏区草地管理方式对草地昆虫群落多样性的影响

采用野外样地生态方法研究了4种不同管理草地的昆虫群落的多样性。结果表明,草地昆虫群落优势类群为叶蝉总科、盲蝽科、蝇科、瘿蚊科等;刈草草地、种植草地、自由放牧草地和灌丛草地拥有的昆虫的科数分别为40、44、35和36,个体数分别为1869、1510、997和848;刈草草地昆虫群落多样性指数相对较高。用Jaccard相似性系数(ISJ)判别发现,4种管理方式草地昆虫群落处于中等相似水平。因此,不同管理方式对昆虫群落的多样性有影响,传统管理的刈草草地有利于维持草地昆虫的多样性。