Response of plant biomass to nitrogen addition and precipitation increasing under different climate conditions and time scales in grassland

生产力是草地生态系统重要的服务功能, 而生物量作为生态系统生产力的主要组成部分, 往往同时受到氮和水分两个因素的限制。在全球变化背景下, 研究草地生态系统生物量对氮沉降增加和降水变化的响应具有重要意义, 但现有研究缺乏对其在大区域空间尺度以及长时间尺度上响应的综合评估和量化。本研究搜集了1990-2017年间发表论文的有关模拟氮沉降及降水变化研究的相关数据, 进行整合分析, 探讨草地生态系统生物量对氮沉降和降水量两个因素的变化在空间和时间尺度上的响应。结果表明: (1)氮添加、增雨处理以及同时增氮增雨处理都能够显著地提高草地生态系统的地上生物量(37%, 41%, 104%)、总生物量(32%, 23%, 60%)和地上地下生物量比(29%, 25%, 46%)。单独增雨显著提高地下生物量(10%), 单独施氮对地下生物量影响不显著, 但同时增雨则能显著提高地下生物量(43%); (2)氮添加和增雨处理对草地生态系统生物量的影响存在明显的空间变异。在温暖性气候区和海洋性气候区的草地生态系统中, 氮添加对地上、总生物量及地上地下生物量比的促进作用更强, 而在寒冷性气候区和温带大陆性气候区的草地生态系统中, 则增雨处理对地下、总生物量的促进作用更强; (3)草地生态系统生物量对氮添加和增雨处理的响应也存在时间格局上的变化, 地下生物量随着氮添加年限的增加有降低的趋势, 地上、总生物量及地上地下生物量比则有增加的趋势。增雨年限的增加对总生物量没有明显的影响, 但持续促进地上生物量和地下生物量, 增加地上地下生物量比, 可见长期增氮、长期增雨对地上生物量的促进作用更明显。     

氮添加增加中国陆生植物生物量并降低其氮利用效率

研究植物整体和地上、地下部分生物量和氮利用效率(NUE)对氮添加的响应,有助于了解全球氮沉降背景下中国陆地生态系统植物碳、氮循环的变化。然而氮添加对植物生物量和NUE的影响是否一致,影响这种响应的主要因素仍不清楚。该研究收集整理了94篇已发表论文中有关中国氮添加实验的相关数据,使用meta分析定量评估了氮添加对植物生物量分配和NUE的影响及其主要影响因素。结果表明:(1)氮添加在显著增加植物整体、地上和地下生物量的同时,也显著降低了不同部分的NUE,但植物地上生物量的增加幅度(34.0%)高于地下生物量(5.3%),而地下部分NUE(29.9%)的下降幅度高于地上部分NUE (15.4%);(2)植物整体和不同部分生物量及其NUE对氮添加的响应在不同生态系统类型、氮肥形式、施氮水平、持续时间和水分条件下均存在显著差异,且草地和荒漠生态系统对氮添加的响应明显高于其他生态系统类型;(3)影响植物整体、地上和地下生物量效应值的最主要因素均为土壤总氮含量,植物整体和地上部分NUE的最主要影响因素均为施氮量,而影响地下部分NUE效应值的最主要因素为氮肥形式。总之,植物生物量和NUE在氮添加条件下...     

陆生植物生物量分配对模拟氮沉降响应的Meta分析

分析了陆生植物地上、地下各组织中生物量分配对氮沉降的响应,为研究大气氮沉降背景下陆地生态系统的碳、氮循环过程及植物生物量分配、立木收获、定向培育等相关研究和实践提供参考依据。共收集整理了国内外63篇论文的原始数据资料进行Meta分析(Meta-analysis),用以定量评估氮沉降对植物生物量分配的影响,并通过亚组分析进一步探讨了不同生态系统类型、植物种类、氮肥形式、施氮水平和持续时间对生物量分配的影响。结果表明,总体来看施氮会显著促进植物地上部分生物量分配,植物叶生物量和茎生物量在施氮条件下均显著增加;然而地下生物量所受促进作用要低于地上部分,表现为植物细根生物量和粗根生物量在氮输入下并没有显著变化;植物根冠比在氮沉降下显著降低;叶重比、茎重比和根重比在氮沉降下没有显著变化。此外,亚组分析结果表明生态系统类型和植物类型会显著影响植物总生物量和根冠比对氮沉降的响应,草本植物在氮沉降下的生物量累积明显优于木本,这说明短期氮沉降可能会增加草本的覆盖面积;施肥形式对根冠比的影响存在明显差异,相比于尿素,硝酸铵对植物根冠比的作用更显著;不同施氮水平显著影响地上生物量分配,中氮水平(本研究为60—120 kg hm-2a-1)促进作用最大,高氮水平(本研究为≥120 kg hm-2a-1)促进作用明显减弱,这与总生物量的变化一致,表明过高的氮沉降量将抑制植物生长;氮沉降处理时间长短对植物地上生物量的影响也存在显著差异,当施氮时间高于3年,氮沉降对地上生物量的促进作用几乎消失。总之,短期氮沉降会使植物分配更多生物量给地上部分,且氮沉降对草本植物生物量的累积作用明显优于木本,这些发现可为未来大气氮沉降背景下植物地上、地下部分碳存储、植物群落结构、植被动态等相关研究提供科学依据。     

氮添加对中国陆地植被地上-地下生物量分配的影响

大气氮沉降水平持续升高导致的外源氮输入增加,强烈影响了陆地生态系统的碳循环。目前,已有大量报道证实了氮沉降升高对全球陆地植被固碳的积极影响。虽然之前大部分研究将这一结果归因于光合作用增强导致的地上生物量增加,但最近的研究发现长期氮添加对植物地下根系的影响也同样重要。归纳整理了181篇公开发表的我国野外模拟氮沉降试验结果,采用整合分析(Meta-analysis)方法,定量评估了氮添加对我国陆地植被地上-地下生物量分配的影响特征和不同生态系统类型及施氮方式之间的影响差异。通过分析地上-地下生物量分配对氮添加的响应差异来探究植被碳增益对长期大气氮沉降增加的潜在响应机制。结果表明,氮添加显著增强了我国陆地植被的光合作用及碳固存,且植物碳增益在不同生态系统类型及施氮制度间有所差异。植物叶片的氮含量显著增加,使得叶片碳氮比及凋落物碳氮比显著降低,但并未显著影响细根的碳氮比。氮添加总体上显著提高了植物的净光合速率,但降低了光合利用效率。地上生物量,凋落物产量和根生物量平均分别显著增加了38%,17%和18%,总体上植物地上部分对氮添加的响应程度比地下部分更高。然而,不同生态系统类型的地上-地下生物...     

Nitrogen addition amplified water effects on species composition shift and productivity increase

增加氮素放大了水分对物种组成变化和生产力提高的影响 水分和氮素是旱地生态系统中的重要资源,二者对群落结构和生态系统功能的影响存在着复杂的交互作用。未来降水(降雨与降雪)变化将如何影响地上净初级生产力(ANPP)尚未研究清楚,尤其是当降水变化与氮沉降引起的氮有效性增加相互结合时。在本研究中,我们探讨了半干旱温带典型草原对增加降水(降雨与降雪)和氮素的响应,包括群落生产力、两种主要植物功能群、多年生根茎禾草(PR)和多年生丛生禾草(PB)的多度和地上生物量的变化。研究结果发现,夏季增雨略微增加了群落的ANPP,显著增加了PR的多度和地上生物量,而对PB的多度和地上生物量没有影响。夏季增雨提高了PR生物量在ANPP中的占比,降低了PB生物量的占比。春季增雪对上述两个植物功能群地上生物量均无显著影响,尽管它对群落ANPP有一定的提高。在夏季增雨条件下,氮素添加显著增加了群落ANPP,主要是由于增加了PR的生物量,说明氮和水分添加对群落ANPP存在较强的交互作用,并在很大程度上通过提高PR生物量来实现。我们发现随着降水量的增加,施氮对生产力的正效应呈非线性增加。上述结果表明,在未来大气氮沉降增加的情景下,降水增加对草地生产力的影响将得到进一步放大。     

长期氮添加对内蒙古典型草原植物地上、地下生物量及根冠比的影响

氮沉降的增加显著改变了生态系统功能和过程。大量研究表明,氮添加会提高生态系统生产力,然而,大部分研究集中在地上生物量,对地下生物量以及根冠比的研究较少。我们在内蒙古典型草原进行了7年的氮添加实验,设置6个氮添加水平,分别是N0(0)、N1(5.6 g N·m-2)、N2(11.2 g N·m-2)、N3(22.4 g N·m-2)、N4(39.2 g N·m-2)、N5(56 g N·m-2),测定植物地上和不同土层(0～10、10～30、30～50和50～100 cm)地下生物量并计算根冠比,研究不同氮添加水平对植物地上、地下生物量和根冠比的影响。结果表明:(1)与对照相比,低氮添加水平(N1和N2)未显著增加地上生物量,高氮添加水平(N3～N5)显著增加了地上生物量(96%～117%),且各高氮添加水平间差异不显著;(2)不同氮添加水平下,植物地上生物量的氮响应效率(NRE)均大于0且呈下降趋势,相邻氮添加水平的NRE差值(ΔNRE)仅在N3水平下显著增加,说明地上生物量在N3水平下达到饱和;(3)氮添加未显著改变不同土层以及整个土壤剖面上的地下生物量,且对各土层地下生物量的占比情况无显著影响;(4)与对照相比,N1和N2未显著改变植物的根冠比,N3～N5显著降低了植物根冠比。综上所述,氮沉降增加会提高植物地上生物量,对不同土层根系的影响比较复杂,需要更多的研究来明确地下生产力对氮沉降增加的响应规律。     

黄土区不同恢复年限草地群落生物量及根冠比对氮添加的响应

大气氮沉降增加作为全球变化的主要环境问题之一,已引发人们的广泛关注,持续的氮沉降对草地生态系统的组成、结构和功能产生重要影响。为深入了解草地恢复进程中群落生物量和根冠比对氮沉降的响应,以黄土区3个不同恢复年限（初期12a、中期28a和后期37a）的天然草地为研究对象,通过设置6个氮添加水平,CK （0）、N1（2.34g m^-2a^-1）、N2（4.67g m^-2a^-1）、N3（9.34g m^-2a^-1）、N4（18.68g m^-2a^-1）、N5（37.35g m^-2a^-1）来测定草地群落地上生物量、地下生物量和总生物量,并计算根冠比和氮响应效率（NRE）。结果表明：（1）地上生物量在恢复中期最大,随氮添加梯度增加,地上生物量在恢复初期和恢复后期呈不显著上升趋势,对氮添加表现为非线性的正响应（ΔNRE>0）,在恢复中期呈不显著下降趋势,对氮添加表现为非线性的负响应（ΔNRE<0）。（2）群落地下生物量对氮添加无显著响应,总生物量只有在恢复后期的N4添加水平下,与对照存在显著差异。（3）根冠比在恢复初期时,N3添加水平下显著高于对照和其他氮添加水平,其余恢复年限对氮添加无显著响应。综上所述,通过分析比较黄土区不同恢复年限草地群落的地上、地下及总生物量和根冠比对氮添加的响应。建议对该区域开展试点实验,实行适应性草地管理,如进行两年一次刈割或轻度放牧（2只羊/hm²）,来探寻更科学有效的管理措施,使草地实现系统性恢复,进而满足生态系统容量和社会需求的变化。     

青藏高原高寒草甸植物群落生物量对氮、磷添加的响应

青藏高原正经历着明显的温暖化过程, 由此引起的土壤温度的升高促进了土壤中微生物的活性, 同时青藏高原东缘地区大气氮沉降十分明显, 并呈逐年增加的趋势, 这些环境变化均促使土壤中可利用营养元素增加, 因此深入了解青藏高原高寒草甸植物生物量对可利用营养元素增加的响应, 是准确预测未来全球变化背景下青藏高原高寒草甸碳循环过程的重要基础。该研究基于在青藏高原高寒草甸连续4年(2009-2012年)氮、磷添加后对不同功能群植物地上生物量、群落地上和地下生物量的测定, 探讨高寒草甸生态系统碳输入对氮、磷添加的响应。结果表明: (1)氮、磷添加均极显著增加了禾草的地上绝对生物量及其在群落总生物量中所占的比例, 同时均显著降低了杂类草在群落总生物量中的比例, 此外磷添加极显著降低了莎草地上绝对生物量及其在群落总生物量中所占的比例。(2)氮、磷添加均显著促进了青藏高原高寒草甸的地上生物量增加, 分别增加了24%和52%。(3)氮添加对高寒草甸地下生物量无显著影响, 而磷添加后地下生物量有增加的趋势。(4)氮添加对高寒草甸植物总生物量无显著影响, 而磷添加后植物总生物量显著增加。研究表明, 氮、磷添加可缓解青藏高原高寒草甸植物生长的营养限制, 促进植物地上部分的生长, 然而高寒草甸植物的生长极有可能更受土壤中可利用磷含量的限制。     

环青海湖地区天然草地和退耕恢复草地植物群落生物量对氮、磷添加的响应

植物群落生物量反映了植被的初级生产能力, 是陆地生态系统碳(C)输入的最主要来源, 往往受到自然界中氮(N)、磷(P)元素供应的限制。该试验以青藏高原环青海湖地区的高寒草原为研究对象, 探讨了天然草地和退耕恢复草地植被群落生物量对N (10 g·m^-2)、P (5 g·m^-2)养分添加的响应。N、P添加显著增加了天然草地禾草的生物量, 进而促使地上总生物量显著提高。退耕恢复草地禾草和杂类草的生物量对N添加均有一致的正响应, 从而促使地上总生物量显著增加174%, 群落地上和地下总生物量显著增加34%; 而P添加对恢复草地生物量各项参数均无显著影响。回归分析显示: 天然草地植物群落地上生物量随土壤中NO₃^--N含量的增加而增加(p < 0.05), 退耕恢复草地植被地上、地下和总生物量均与土壤NO₃^--N含量显著正相关(p < 0.01), 说明环湖地区高寒草原植物生长主要受N供应的限制, P的限制作用随土地利用方式的转变和群落演替阶段的不同而变化; 相比天然草地, 恢复草地在现阶段植被初级生产力受N的限制作用更强烈, 土壤中可利用N含量是限制其植被自然恢复和重建的关键因子。     

短期增温与施氮对青藏高原高寒沼泽草甸生态系统CO_2排放的影响

采用开顶式增温小室(OTC)和外源氮素添加的方式,研究了气温升高、氮沉降增加及其交互作用对青藏高原腹地生长季沼泽草甸生态系统呼吸的短期影响。结果表明:增温、施氮及其交互作用通过促进植物生物量积累、增加微生物数量与活性以及改变土壤养分状况,对沼泽草甸生态系统呼吸速率均产生了显著的促进作用;生态系统呼吸与单一环境因子间符合指数或二次多项式关系,但两种关系的显著性随着样地处理方式趋向复杂而逐渐降低;由于沼泽草甸充足的水分条件,气温和土壤温度共同决定了不同处理内80%的生态系统呼吸变异;增温使地上与地下生物量显著增加,但地下生物量的分配比例上升;施氮使地上生物量明显增加,但对地下生物量的影响不显著;增温同时施氮使地上及地下生物量均显著上升,但生物量的分配格局变化并不显著。     

Response of plant biomass to nitrogen addition and precipitation increasing under different climate conditions and time scales in grassland北大核心CSCD

Aims Plant biomass accounts for the main part of grassland productivity. The productivity of grassland regarded as one of important ecosystem function is always co-limited by nitrogen and water availability, therefore, how grasslands respond to atmosphic nitrogen (N) addition and precipitation increasing need to be systematically and quantitatively evaluated at different climate conditions and temporal scales. Methods To investigate the impact of nitrogen addition and precipitation increasing on grassland biomass over climate conditions and temproal scales, a meta-analysis was conducted based on 46 papers that were published during 1990-2017 involving 1 350 observations. Important findings Results showed that: (1) N addtion, precipitation increasing and the combinations of these two treatments significantly increased the aboveground biomass (37%, 41%, 104%), total biomass (32%, 23%, 60%) and the ratio of aboveground biomass to belowground biomass (29%, 25%, 46%) in grassland ecosystem. Belowground biomass showed no response to single N addtion, but could be significantly enhanced together with increaseing precipitation; (2) The response of grassland biomass under these N addtion and the increasing of precipitation showed obvious spatial pattern under different climate conditions. The N addition tended to increase more aboveground biomass, total biomass and the ratio of aboveground biomass to belowground biomass under high sites with high mean annual air temperature (MAT) and mean annual precipitation (MAP) while precipitation increasing tended to simulate more belowground biomass and total biomass under low MAT and MAP sites; (3) In addition, the response of grassland biomass under these two global change index showed obvious temporal pattern. With the increase of duration of N addition, the belowgound biomass tended to decrease, while the aboveground biomass, total biomass and the ratio of aboveground biomass to belowground biomass tended to increase under N addition. With the increase of duration of precipitation manipulation, the total biomass showed no response to precipitation increasing, while aboveground biomass, belowground biomass and the ratio of aboveground biomass to belowground biomass tended to be enhanced. The results indicated that aboveground biomass was more likely to be enhanced than belowground biomass under N addition or precipitation increasing in the long term. © 2018 Editorial Office of Chinese Journal of Plant Ecology. All rights reserved.     

Can litter addition mediate plant productivity responses to increased precipitation and nitrogen deposition in a typical steppe?

Plant litter is a key component of grassland and plays a major role in terrestrial ecosystem processes. Global climate change has been shown to considerably alter litter inputs to soils, which may feed back to the grassland ecosystem responses to climate change. In order to explore whether litter addition could mediate above and belowground productivity responses to short-term increases in growing-season precipitation and nitrogen deposition, we conducted a two-year study on water, nitrogen and litter addition in Inner Mongolia grassland. After two years of treatments, our results showed that water, nitrogen, and litter addition increased aboveground biomass (AB) and belowground net primary productivity (BNPP). Besides, litter addition increased BNPP responses to water addition. These litter addition effects could be attributed to the influence of litter on soil moisture and soil nitrogen availability, ultimately increasing belowground water use efficiency (WUE_BNPP) and plant nitrogen uptake (NUP_BNPP). However, litter addition suppressed the aboveground biomass (AB) responses to nitrogen addition under ambient precipitation conditions by affecting soil moisture. In conclusion, our results suggest that ecosystem responses to short-term increases in growing-season precipitation and nitrogen deposition could be mediated by the increased litter input caused by climate change.     

水分和养分添加对羊草功能性状和地上生物量的影响

研究水分和养分添加对植物功能性状的影响, 对于揭示植物对环境变化的响应和适应规律至关重要。该文采用盆栽试验的方法, 进行不同水平水分处理(增水50%, 减水50%, 以498 mm降水量作为对照)和养分添加(无养分添加, 单施氮肥, 单施磷肥, 氮磷共施), 研究羊草(Leymus chinensis)的10种功能性状和地上生物量对水分和养分添加的响应。得出以下结论: (1)双因素方差分析结果表明, 水分主效应对羊草株高、分蘖数、茎生物量、叶生物量、叶面积、叶质量、净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率存在显著影响; 养分主效应对羊草分蘖数、茎生物量、净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率存在显著影响; 水分和养分的交互作用对羊草分蘖数、茎生物量、蒸腾速率、水分利用效率存在显著影响。(2)各功能性状对降水量的响应在不同养分添加水平是不同的, 分蘖数和叶面积在单施氮肥和氮磷共施条件下随降水量增加而增加, 而在无养分添加和单施磷肥条件下无显著变化; 茎生物量在无养分添加、单施氮肥和单施磷肥条件下随降水量增加而增加, 而在氮磷共施条件下无增加趋势; 比叶面积在单施氮肥条件下增水处理显著低于对照组, 而在其他养分添加条件下无明显变化。(3)短期氮磷处理显著影响羊草叶片光合生理性状, 而对叶形态性状影响不显著。(4)羊草地上生物量随降水量的增加呈现上升趋势, 并且在单施氮肥条件下, 增水处理使地上生物量达到最高, 为522.55 g·m ^-2。总之, 羊草的功能性状对降水量增加表现出明显的响应, 响应格局在不同养分条件下不同, 反映了其对水肥环境变化的适应。     

降雨格局变化对内蒙古典型草原优势种大针茅幼苗的影响

大针茅(Stipa grandis)是内蒙古草原的优势物种, 研究其幼苗在不同降雨格局下的响应特征, 可以为进一步研究降雨格局变化下内蒙古典型草原的响应特征提供科学依据。在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站, 利用开顶式生长室进行控制试验模拟降雨格局变化, 研究了大针茅幼苗对总降雨量和降雨间隔时间变化的响应。结果表明: 1)总降雨量增加50%使大针茅幼苗生长季末的地上生物量平均增加23% (p < 0.05), 而降雨间隔时间由5天增长为15天使地上生物量平均增加48.8% (p < 0.001)。2)总降雨量对大针茅幼苗的地下生物量没有显著影响; 而在低降雨量条件下, 降雨间隔时间增长使地下生物量增加56.2% (p < 0.001), 在高降雨量条件下作用不显著。3)总降雨量和降雨间隔时间对根冠比的效应都依赖于对方水平的高低, 总降雨量增大只在较长降雨间隔条件下使根冠比发生改变(-28.4%, p < 0.05), 降雨间隔时间增长只在高降雨量条件下使根冠比发生改变(-28.8%, p < 0.05)。4)处理期间, 在处理时间分别为30天和45天时, 大针茅幼苗地上生物量、地下生物量和总生物量的差异都主要取决于总降雨量; 而在处理时间为75天时, 其差异则都主要取决于降雨间隔时间。该研究得到以下主要结论: 1)降雨间隔时间与总降雨量一样, 是影响大针茅幼苗生长的关键因素之一。2)总降雨量对大针茅幼苗生长的效应与降雨间隔时间的长短紧密相关。3)降雨格局对大针茅幼苗生长的影响机制随着幼苗的生长期不同而改变。     

Biomass estimation models and allocation patterns of 14 shrub species in Mountain Luya,Shanxi, China

Aims Shrub species have evolved specific strategies to regulate biomass allocation among various organs or between above- and belowground biomass and shrub biomass model is an important approach to estimate biomass allocation among different shrub species. This study was designed to establish the optimal estimation models for each organ (leaf, stem, and root), aboveground and total biomass of 14 common shrub species in Mountain Luya, Shanxi Province, China. Furthermore, we explored biomass allocation characteristics of these shrub species by using the index of leaf biomass fraction (leaf to total biomass), stem biomass fraction (stem to total biomass), root biomass fraction (root to total biomass), and root to shoot mass ratio (R/S) (belowground to aboveground biomass).
Methods We used plant height, basal diameter, canopy diameter and their combination as variables to establish the optimal biomass estimation models for each shrub species. In addition, we used the ratios of leaf, stem, root to total biomass, and belowground to aboveground biomass to explore the difference of biomass allocation patterns of 14 shrub species.
Important findings Most of biomass estimation models could be well expressed by the exponential and linear functions. Biomass for shorter shrub species with more stems could be better estimated by canopy area; biomass for taller shrub species with less stems could be better estimated by the sum of the square of total base diameter multiply stem height; and biomass for the rest shrub species could be better estimated by canopy volume. The averaged value for these shrub species was 0.61, 0.17, 0.48, and 0.35 for R/S, leaf biomass fraction, stem biomass fraction, and root biomass fraction, respectively. Except for leaf biomass fraction, R/S, stem biomass fraction, and root biomass fraction for shrubs with thorn was significantly greater than that for shrubs without thorn.     

Changes in fine root biomass of Picea abies forests: predicting the potential impacts of climate change

Aims The impact of global warming on belowground processes, especially on fine root production, is poorly understood in comparison with its aboveground counterpart.Methods Here, we compiled 227 measurements to assess the influence of temperature and precipitation on fine root biomass of Norway spruce (Picea abies [L.] Karst) forest ecosystems in the Eurasia boreal region.Important findings We found that fine root biomass decreased significantly with latitudes. There was a biomass increase of 0.63 Mg ha^-1 and 0.32 Mg ha^-1 for fine roots <2 and <1 mm in diameter, respectively, with 1°C increase of mean annual temperature. There was an increase of 0.5 and 0.1 Mg ha^-1 per 100 mm year^-1 precipitation for the two size classes of fine roots. If the adaption of root production can match the pace of global warming and water is not a limiting factor for plant growth, fine root biomass would be expected to increase by 40–140% in response to the predicted increase in temperature (3–10°C) over the next century. Our analyses highlighted the strongly positive influences of temperature and precipitation on belowground function, suggesting that predicted future climate change could substantially enhance belowground biomass in the boreal region where the greatest warming is anticipated. This potential increase of belowground biomass, coupled with aboveground biomass, may provide a better understanding of climate–ecosystem feedbacks.     

高寒草地植物群落地上-地下净初级生产力权衡

植物生产力分配和权衡是植物生态学研究中的热点,反映植物对环境的适应性,是了解植物响应全球气候变化的关键。青藏高原作为气候变化敏感区,研究其植物地上与地下部分权衡对了解高寒草地植被生存策略和生态系统可持续发展具有重要意义。目前,生物量分配调控机制已被广泛研究,但主要使用植物根冠比和地上-地下生物量比等方法来表征植物分配模式,缺乏考虑因植物生长周期导致的差异。使用青藏高原高寒草地103个样点的地上和地下净初级生产力数据,分析高寒草甸和高寒草原两种主要草地类型的地上-地下净初级生产力权衡关系。利用气候因素和土壤因素等相关数据,结合方差分析、相关分析、相对重要性分析和结构方程模型的方法,探究环境因素对两种草地类型地上-地下净初级生产力权衡的影响机制。研究发现：（1）高寒草甸的地上净初级生产力、地下净初级生产力和土壤养分含量显著高于高寒草原（P<0.05）;（2）高寒草地植被生产力均向地下权衡（0.0199）,且高寒草原（0.0354）的权衡值高于高寒草甸（0.0173）;（3）结构方程模型发现,年平均降水量、土壤容重和土壤速效氮含量是影响高寒草甸生产力权衡的主导因子,而年平均温度和年平均降水量是影响高寒草原生产力权衡的主导因子。研究表明高寒草甸的生产力权衡主要受气候和土壤因素共同影响,而高寒草原主要受气候因素调节。研究为理解植物地上-地下生物量分配调控机制提供了新的视角和方法,对系统了解高寒草地生物量分配模式和准确预测高寒草地植被动态过程具有指导意义。     

Effects of enclosure on carbon density of plant-soil system in typical steppe and desert steppe in Nei Mongol,China

草地生态系统是巨大的碳库, 在全球碳循环中起着重要的作用。该研究以内蒙古中温带草地区典型草原和荒漠草原为研究对象, 测定了两种草原类型围封与放牧后地上生物量碳密度、地下生物量碳密度和土壤碳密度, 探讨围封对两种草原类型植被-土壤系统碳密度的影响。结果表明: (1)围封显著地增加了典型草原地上和地下生物量的碳密度, 对荒漠草原地上生物量碳密度增加影响显著, 对地下生物量碳密度增加影响不显著; (2)围封显著地增加了典型草原土壤碳密度, 使荒漠草原土壤碳密度有增加的趋势, 但影响不显著; (3)典型草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布显著高于放牧样地, 而荒漠草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布与放牧样地的差异不显著; (4)围封分别提高了典型草原和荒漠草原植被-土壤系统碳密度的2.2倍和1.6倍, 典型草原和荒漠草原分别有超过65%和89%的碳储存在土壤中, 两种草原类型的地下生物量碳库均占总生物量碳库的90%以上。研究结果表明围封能够有效地增加草原生态系统的碳储量。     

围封对内蒙古典型草原与荒漠草原植被-土壤系统碳密度的影响

草地生态系统是巨大的碳库, 在全球碳循环中起着重要的作用。该研究以内蒙古中温带草地区典型草原和荒漠草原为研究对象, 测定了两种草原类型围封与放牧后地上生物量碳密度、地下生物量碳密度和土壤碳密度, 探讨围封对两种草原类型植被-土壤系统碳密度的影响。结果表明: (1)围封显著地增加了典型草原地上和地下生物量的碳密度, 对荒漠草原地上生物量碳密度增加影响显著, 对地下生物量碳密度增加影响不显著; (2)围封显著地增加了典型草原土壤碳密度, 使荒漠草原土壤碳密度有增加的趋势, 但影响不显著; (3)典型草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布显著高于放牧样地, 而荒漠草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布与放牧样地的差异不显著; (4)围封分别提高了典型草原和荒漠草原植被-土壤系统碳密度的2.2倍和1.6倍, 典型草原和荒漠草原分别有超过65%和89%的碳储存在土壤中, 两种草原类型的地下生物量碳库均占总生物量碳库的90%以上。研究结果表明围封能够有效地增加草原生态系统的碳储量。