祁连山北坡天然草地不同尺度地上生物量空间格局对地形的响应

草地群落地上生物量的空间格局反映了地形差异导致的群落资源配置空间异质性。采用草地群落调查与广义相加模型(GAM)相结合的方法,分析了祁连山北坡典型草原山体尺度和坡面尺度上群落地上生物量格局的响应特征。结果表明:山体尺度上,群落地上生物量受地形因子影响的顺序为海拔坡向变率≈坡度变率≈坡度;利用坡向作为划分条件将山体尺度缩小为坡面尺度后,东、西两个坡面群落地上生物量受坡向变率的影响最大,南、北坡则分别受海拔和坡度变率的影响最大,其中草地群落地上生物量在东坡随坡向变率的增大先减少后增加,西坡随坡向变率的增大先增加后减少,南坡随海拔的上升而增加,北坡随坡度变率的增大先不变后减少;草地群落地上生物量空间格局在山体尺度和坡面尺度上具有明显的尺度依赖特征。     

黄土高原草地植被碳密度的空间分布特征

草地是世界上分布最广的植被类型之一,作为陆地生态系统的重要组成部分,参与了全球碳源/汇及碳循环过程,在全球气候变化中扮演着重要角色,并对其产生重大影响。以黄土高原草地植被为研究对象,结合国家退耕还林草与封山禁牧工程的实施,对封禁前后的天然草地和退化草地,采用样带多点调查与多年定位测定相结合的方法,分析了黄土高原不同类型草地植物活体、凋落物和根系碳密度分布格局与地带性规律,系统研究了黄土高原不同草地类型退化草地和封禁草地生物量与碳密度沿海拔及降水梯度的时空变异特征,阐述了影响草地碳密度分布的主要驱动因子及其作用机理。结果表明:4种草地类型3种处理的草地生物量和碳密度自西北向东南均与降雨量呈指数增长趋势,并随海拔降低而显著降低,且二者呈显著的线性回归关系;各草地类型地上/地下生物量与碳密度分布规律均为荒漠草原<丘陵典型草原<梁塬典型草原<草甸草原;封禁11a草地活体植物、凋落物和根系碳密度总量:荒漠草原为7.066 t/hm2,丘陵典型草原为8.080 t/hm2,梁塬典型草原为15.319 t/hm2,草甸草原为20.982 t/hm2,分别是退化草地的14.8、8.33、6.5倍和15.88倍。充分表明,封禁不仅能使草地植被恢复和生物量提高,而且也是草地生产力和碳密度增加的一条重要途径。由此可见,气候干旱和草地退化是影响草地生物量和碳密度的关键因素,系统研究黄土高原封禁草地生物量增长与碳密度变化过程,将会对未来全球气候变化分析作出重要贡献。     

中国草地植被生物量及其空间分布格局

 草地生态系统是陆地生态系统分布最广的生态系统类型之一,它在全球变化中的作用越来越受到重视。利用中国草地资源清查资料,并结合同期的遥感影像,建立了基于最新修正的归一化植被指数(NDVI)的我国草地植被生物量估测模型,并利用该模型研究了我国草地植被生物量及其空间分布特征。结果表明：草地植被地上生物量与当年最大NDVI值具有很好的相关关系,两者可以用幂函数很好地拟合(R2=0.71, p<0.001)。我国草地植被总地上生物量为146.16 TgC(1 Tg=1012 g),主要集中在北方干旱、半干旱地区和青藏高原;总地下生物量为898.60 TgC,是地上生物量的6.15倍;而总生物量是1 044.76 TgC,占世界草地植被的2.1%～3.7%,其平均密度约等于315.24 gC·m-2,低于世界平均水平。我国草地植被单位面积地上生物量水平分布趋势为：东南地区高,西北地区低,与水热条件的分布趋势一致;从垂直分布看,在海拔1 350 m和3 750 m处分别出现了波谷和波峰,与我国特有的三级阶梯地势有着密切的关系。此外,我国草地植被生物量为森林的1/4左右,显著大于世界平均水平,说明我国草地在碳平衡中的贡献相对较大。     

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。     

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。     

围栏放牧下土壤-植被碳密度空间分布格局

对围封13年且放牧的冷季高寒矮嵩草草甸,进行了从围栏入口到内部不同距离植被和土壤碳密度状况的调查.结果表明:1)入口到50 m植被现存碳密度平均为1298.0gC·m-2,60～180m有所下降(平均为997.3 g C·m-2),200～300 m反而升高(平均为1285.5 g C·m-2).当年净初级生产碳密度分布趋势与其相同,0～50 m、60 ～180 m和200～300 m平均分别为742.5、571.0和745.7 g C·m-2.这种分布趋势与放牧过程中绵羊觅食频度和强度有关.一般在中央地带放牧强度大,绵羊觅食时间长,边缘地带受围栏效应或围栏外环境因素影响,放牧强度相对较弱,一定程度上对植被生长发育起到了保护作用,使边缘地带植被碳密度得到提高.2)从围栏入口到草场内部土壤碳密度变化趋势表现复杂,入口到100 m增加,100～170 m减小,然后略有升高.土壤碳密度最高值出现在95 m处(15.42 g C·m-2),最低值出现在170 m处(14.12 gC· m-2).目前尚不清楚为何出现这种格局,但至少认为,土壤有机质的动态转化过程受多种因素影响,与植被碳密度相比具有一定的迟滞效应.具体如何影响有机质的动态转化及其迟滞效应,有待进一步研究.     

高寒草原不同植物群落地上-地下生物量碳分布格局

高寒草原具有独特的自然生境和生物资源,对高寒草原开展系统研究对于减缓气候变化与草原恢复具有重要实践意义.以往研究主要针对高寒草原生物量碳开展整体评估,缺乏对不同群落类型间的定量比较.本文分析了高寒草原10种主要典型植物群落地上-地下生物量碳分布格局以及对总生物量碳的贡献差异.结果 表明:高寒草原面积为167.33× 1...     

黄土高原草地根系生物量沿环境梯度变化规律

草地是陆地生态系统的重要组成部分,根系生物量是研究草地生态系统的重要参数之一,研究草地根系生物量沿环境梯度的变化规律对当地的植被建设和恢复具有重要意义。以黄土高原3种不同草地类型（森林草原、典型草原和荒漠草原）为研究对象,沿环境梯度从东到西选择10个样地,每个样地内设置8个1 m×1 m样方进行根系生物量的调查,旨在分析不同草地类型根系生物量的垂直分布规律,并探讨了根系生物量沿环境梯度的变化规律及其影响因素。结果表明：（1）黄土高原3种草地类型根系生物量有显著差别（P<0.05）,其中森林草原的根系生物量最大,典型草原最小;（2）3种不同草地类型根系生物量垂直分布均呈\"T\"型,土壤表层（0-10 cm）占55%以上的根系生物量,且荒漠草原根系有更多比例的生物量分布在土壤表层;（3）黄土高原草地根系生物量沿经度从东到西呈现先减少后缓慢增加的趋势,但浅层生物量与深层生物量比例（浅深比）没有表现出明显的经度格局;（4）总根系生物量的变化主要受年均温（MAT）影响（P<0.01）,随MAT增大而增大;深层生物量同时受气候和土壤养分含量的影响（P<0.01）;浅深比则与样点平均土壤全磷含量、深层土壤全磷含量有显著负相关性（P<0.05）;（5）气候和土壤因素能解释根系生物量5.12%-39.36%的变异,独立作用中,气候因子对根生物量的解释度最大,可达到2.77%-9.12%的解释度。     

不同间伐强度下麻栎人工林碳密度及其空间分布

选择江淮山地丘陵区分布较广的麻栎人工林进行间伐试验,通过样地调查,分析不同间伐处理5年后麻栎林分的碳密度及其空间分布特征.结果表明:与对照(CK)相比,间伐15％ (T15)、间伐30％(T30)和间伐50％(T50)处理的树木碳密度分别增加9.1％、29.6％和28.4％,不同间伐处理树木碳密度在各器官的分配特征均为树干＞根系＞树枝＞树皮＞树叶.随着间伐强度的增加,林地凋落物碳密度逐渐降低,土壤(0 ～50 cm)碳密度略有增加,但凋落物和土壤碳密度在间伐与未间伐处理之间均未达到显著差异.林分总碳密度大小为T30 ＞T50 ＞T15＞CK,总碳密度分别比CK增加16.3、14.5和3.6 t C·hm-2,但间伐与未间伐处理之间没有显著差异.T15、T30和T50间伐处理的土壤呼吸均高于CK,仅T30处理与CK之间差异显著.在江淮山地丘陵区,间伐有利于麻栎人工林碳密度的增加,其中以间伐30％最适宜林分碳储量的累积.     

中国北方草地土壤呼吸的空间变异及成因

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的关键指标,决定了土壤源二氧化碳(CO₂)进入大气的通量,对预测全球气候变化背景下区域乃至全球碳循环变化具有重要意义.本文通过室内短期培养试验测定了中国北方草地样带土壤样品的呼吸速率,研究了北方草地土壤呼吸的区域尺度格局及其与主要调控因子的关系.结果表明：土壤呼吸速率自西向东随年均降水量(MAP)增加呈逐渐增加的趋势,变化范围为0.35～2.09 μg CO₂C·g^-1·h^-1.其中,MAP<100 mm时,土壤呼吸速率为0.35～0.73 μg CO₂C·g^-1·h^-1;100 mm 2C·g^-1·h^-1;MAP>300 mm时,土壤呼吸速率为0.83～2.10 μg CO₂ C·g^-1·h^-1.土壤呼吸速率与年均降水量、地上生物量、土壤有机碳氮含量呈显著正相关,而与年均温和pH值呈显著负相关.增强回归树分析显示,年均降水量、地上生物量、土壤有机碳含量和土壤有机氮含量分别解释了土壤呼吸总变异的25.5%、23.6%、18.3%和12.5%,而土壤pH和年均温仅解释了10.8%和9.2%.     

咸水非充分灌溉对土壤水盐分布及玉米产量的影响

通过不同矿化度的咸水灌溉春玉米试验,研究了石羊河流域中游咸水充分灌溉和非充分灌溉对土壤水盐分布及玉米产量的影响. 结果表明: 土壤含水量峰值均出现在灌溉期, 充分灌溉变化幅度高于非充分灌溉;土壤含盐量随灌水矿化度的增大而增大, 相同灌水矿化度下,非充分灌溉处理的土壤含盐量均较充分灌溉处理低; 非充分灌溉处理土壤盐分累积层较充分灌溉处理上移; 80～100 cm土壤含水量和含盐量保持稳定,不受灌溉水量和水质的影响.与淡水充分灌溉相比,咸水灌溉下玉米产量降低约15%～22%;9 g·L^-1、6 g·L^-1、3 g·L^-1咸水非充分灌溉下玉米收获后1 m土层平均土壤含盐量分别比充分灌溉降低8.1%、12.4%和18.4%,而产量仅分别降低3.4%、6.8%和3.0%.     

Patterns of above- and belowground biomass allocation in China’s grasslands: Evidence from individual-level observations

Above- and belowground biomass allocation not only influences growth of individual plants, but also influences vegetation structures and functions, and consequently impacts soil carbon input as well as terrestrial ecosystem carbon cycling. However, due to sampling difficulties, a considerable amount of uncertainty remains about the root: shoot ratio (R/S), a key parameter for models of terrestrial ecosystem carbon cycling. We investigated biomass allocation patterns across a broad spatial scale. We collected data on individual plant biomass and systematically sampled along a transect across the temperate grasslands in Inner Mongolia as well as in the alpine grasslands on the Tibetan Plateau. Our results indicated that the median of R/S for herbaceous species was 0.78 in China’s grasslands as a whole. R/S was significantly higher in temperate grasslands than in alpine grasslands (0.84 vs. 0.65). The slope of the allometric relationship between above- and belowground biomass was steeper for temperate grasslands than for alpine. Our results did not support the hypothesis that aboveground biomass scales isometrically with belowground biomass. The R/S in China’s grasslands was not significantly correlated with mean annual temperature (MAT) or mean annual precipitation (MAP). Moreover, comparisons of our results with previous findings indicated a large difference between R/S data from individual plants and communities. This might be mainly caused by the underestimation of R/S at the individual level as a result of an inevitable loss of fine roots and the overestimation of R/S in community-level surveys due to grazing and difficulties in identifying dead roots. Our findings suggest that root biomass in grasslands tended to have been overestimated in previous reports of R/S.     

Effect of nitrogen addition,form and clipping on competitive interactions between grassland species

Aims Although the effects of N addition on plant biomass are well understood, we know a lot less about the importance of N form even though some studies have shown different impacts from reduced and oxidized forms of N. Furthermore, responses to grazing are likely to interact with the response to N addition. This experiment investigates the interactive effects of N addition and form with clipping on competition between three grassland species.Methods The three species (Anthoxanthum odoratum L., Plantago lanceolata L. and Prunella vulgaris L.) were grown alone and in combination with factorial additions of deionized water, sodium nitrate and ammonium chloride, and a clipping treatment. Above- and belowground biomass was harvested after 4 months.Important findings In monocultures, the results show increases in biomass with N addition, but clipping resulted in fewer changes with species displaying varying degrees of growth compensation. A. odoratum was the strongest competitor when grown with other species. In monocultures without clipping, N form was not important, but in the presence of clipping and in different species combinations, N form became important. Significant two- and three-way interactive effects were observed showing that complex interactions exist between N addition, clipping and species identity. The results have important implications when considering the effects of N deposition.     

基于机载激光雷达的小兴安岭温带森林组分生物量反演

使用小兴安岭温带森林机载遥感-地面观测同步试验获取的机载激光雷达(light detection and ranging, Lidar)点云数据和地面实测样地数据, 估测了典型森林类型的树叶、树枝、树干、地上、树根和总生物量等组分的生物量。从激光雷达数据中提取了两组变量(树冠高度变量组和植被密度变量组)作为自变量, 并采用逐步回归方法进行自变量选择。结果表明: 激光雷达数据得到的变量与森林各组分生物量有很强的相关性; 对于针叶林、阔叶林和针阔叶混交林三种不同森林类型生物量的估测结果是: 针叶林优于阔叶林, 阔叶林优于针阔叶混交林; 不区分森林类型的各组分生物量估测与地面实测值显著相关, 模型决定系数在0.6以上; 区分森林类型进行建模可以进一步提高生物量的估测精度。     

黄土高原水蚀风蚀交错带小流域植物群落特征的空间变异及其影响因素

小流域是黄土高原水土流失治理的基本单元,对其植被的空间分布特征和影响因素研究是该地植被恢复和重建的基础.为此,在黄土高原水土流失最为严重的水蚀风蚀交错带选取一小流域,调查了其植被分布与土壤性质等的变化,并用地统计学方法和冗余分析(RDA)方法研究了植物群落特征的空间变异特征及其主要影响因子.结果表明:该小流域共有植物27种,隶属于12科25属,以豆科、禾本科和菊科植物最多,占种总数的59.3%;总体上群落结构简单、组织水平低.群落地上生物量(AGB)和盖度(C)平均达到205.7 g·m^-2和57.7%,高于中国北方草地的平均值,但物种多样性水平较低.在空间尺度上,AGB为中等强度空间相关,丰富度指数(R)、多样性指数(H)、优势度指数(D)和均匀度指数(J)具有强烈的空间相关性;AGB呈斑块状和带状空间分布,在半阴坡和靠近小流域汇水口处最高;其余群落特征的空间分布较为破碎,R、H和J均在半阴坡坡顶较高.AGB和C主要受土壤有机碳、矿质氮、全氮、土壤含水量和海拔的影响,R、H、D和J主要受土壤饱和导水率、容重、砂粒和粉粒含量的影响.研究结果对于水蚀风蚀交错带植被恢复和生态系统结构与功能评估具有一定的指导价值.     

宁夏盐池苜蓿人工草地地上生物量季节动态研究

在干旱半干旱地区对草地进行水分生态学研究有重要意义,笔者曾对此提出过一些见解,并做过一些工作。本文旨在从人工草地苜蓿(Medicago sativa)种群地上生物量动态方面考察,为合理管理和利用苜蓿人工草地提供科学依据。