高寒草甸生态系统食物链结构分析--来自稳定性碳同位素的证据

稳定性同位素技术应用于生态系统物质流动和食物链营养关系的研究方法 ,是基于生物体内天然存在的同位素比值与它们食物密切相关这一原理建立起来的。即将生物体内的稳定性同位素比值 (如δ1 3C)作为一自然标记 ,根据物种间该值的相对差异 ,追踪生态系统中的主要物质 (如碳源 )的来源和物质流动。于 2 0 0 2年 4～8月测定了高寒草甸生态系统主要生物群落中物种的稳定性碳同位素比值 (δ1 3C) ,依据得到的系统的富集因子( 1 0 5± 0 4 5 )‰ ,分析并确定了所测物种间的取食与被取食关系。结果发现 :高寒草甸生态系统由 5条主要的食物链构成 ,其中 1条为“植物→小型哺乳类→食肉兽 /猛禽”的三节点食物链 ,2条为“植物→牲畜和植物→植食性鸟类”的二节点食物链 ,2条分别为“植物→昆虫→雀形目鸟类→猛禽 /食肉兽”和“植物→昆虫→两栖类→猛禽 /食肉兽”的四节点食物链 ;系统食物链的最大长度为 3 5 3 ,与系统的最大节点数相近。表明稳定性碳同位素可以作为分析高寒草甸生态系统食物网和食物链结构以及食物链长度的有效代理 (proxy)。     

系统发育多样性对青藏高原高寒草甸的稳定性影响

生物多样性较高的草地生态系统能够充分利用生态环境资源,提升生态系统的多功能性。本文以青藏高原高寒草甸生态系统为研究对象,基于多元线性回归和结构方程模型,阐明系统发育多样性、物种多样性和环境因素对高寒草甸生态系统稳定性的影响。结果表明：高寒草甸系统发育多样性、物种多样性和环境因素与生态系统稳定性之间均存在正相关关系,且具有尺度依赖性。小样方尺度高寒草甸通过物种多样性(丰富度指数)和环境因素对生态系统稳定性产生影响,作用系数分别为0.237和0.221。系统发育多样性主要受到物种多样性影响,作用系数为0.812(P<0.001)。大样方尺度生态系统稳定性主要受到环境因素、物种多样性影响,作用系数分别为0.364和0.246(P<0.05)。随着样方尺度的增大,高寒草甸的系统发育多样性、物种多样性和环境因素对生态系统稳定性的影响逐渐增强,且环境因素的作用效应逐渐占据主要地位。因此,应充分注重系统发育多样性和物种多样性在维持高寒草甸生态系统稳定性的作用。     

高寒草甸生态系统牲畜种群的线性规划模型和最优化利用策略

本文研究了高寒草甸生态系统牲畜种群的线性规划模型和最优利用策略。以门源马场牧场的实际数据作为模型的一个例子,分别提出了藏羊、改良羊和牦牛的最优种群结构和最优出栏方案。在改良羊、藏羊、牦牛和马为主的牧场上,改良羊是牧场上的主要牲畜,牦牛和马保持其数量下限,藏羊全部淘汰。在藏羊、牦牛和马为主的牧场上,藏羊是牧场上的主要牲畜,牦牛和马保持其数量下限。按照线性规划模型方案经营,可提高经济收益,并减轻冬舂草场上牲畜的过多采食。价格分析说明青海省现行的畜产品价格体系需要调整。     

高寒草甸生态系统中牦牛体重和采食量动态模型的研究

高寒草甸生态系统中牦牛体重和采食量动态模型的研究黄大明（清华大学生物科学与技术系,北京１０００８４）赵松岭（兰州大学,兰州７３００００）Ｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｓｏｆｙａｋｌｉｖｅｗｅｉｇｈｔａｎｄｉｔｓｉｎｔａｋｅｉｎａｌｐｉｎｅｍｅａｄｏｗｅｃｏ...     

海北高寒草甸生态系统研究定位站没有发现C4植物——来自于稳定性碳同位素的证据

通过对海北高寒草甸生态系统研究站25个科、70个属、102种植物叶片的稳定性碳同位素的测定,以确定植物群落的光合型。结果表明,所测定的102种植物的稳定性碳同位素比值(δ^13C)介于-28．24‰和-24．84‰之间,说明这102种植物均属于C3植物,无C4植物或CAM植物。植物这种光合型的分布与该生态系统中的环境因子密切相关,是低温、强辐射等环境因素长期作用的结果,也反映了植物对这种特殊环境的适应。     

稳定性同位素技术在生态学上的应用

稳定性同位素技术早在20世纪70年代末期就被引入到生态学领域。最初是利用植物稳定性碳同位素的差异。开展了许多有关营养流动方面的研究;到90年代,稳定性碳和氮同位素被用来分析动物的食性、营养级位置关系以及食物链结构;本世纪初,由于技术的进步,稳定性同位素(特别是氢同位素)被用来开展动物迁徙习性方面的研究。到目前为止,国内有关这方面的研究还鲜有报道,而且对自然界存在的稳定性同位素的理解还存在一定偏差。本文主要介绍了稳定性同位素效应及其分馏原理、稳定性同位素在示踪动物食性信息、确定营养级位置关系、分析食物网结构以及研究动物迁徙生态学中的作用等方面的内容。     

渤海生态系统的营养关系:碳同位素研究的初步结果

1997年6月5～10日在渤海4个站位上采集了悬浮体、浮游生物、底栖生物和沉积物样品,其目的是采用碳稳定同位素方法研究渤海生态系统的营养关系.浮游动物样品按其粒级分为＞1000μm,500～1000μm以及200～500μm3个组分.碳同位素分析结果表明,在春末渤海生态系统各级各类生物δ13C值的范围为-25.67～-17.42×10,其中浮游生物群体(不包括游泳动物)δ13C值相差约3.68×10-3,相当于该生态系统有3.2个营养层次.中型浮游动物随粒径的增大,其δ13C值增大,显示出营养层次的碳同位素富集作用,但不同粒级组分相互间δ13C值也存在着相当程度的重叠,实际上这也是其生物组分有重叠的反映.营养层次随颗粒的增大而升高,这一趋势与Rau等,Sholt0-Douglas等,Fry与Quinones的结果是完全一致的.渤海底栖生物的δ13C值一般要比浮游生物的δ13C值高,这并不意味着底栖生物的营养层次要比浮游生物的高,而是反映其食物来源的差异和底栖与浮游两个食物网底部同位素组成的不同.有限的底栖生物样品的同位素分析结果表明渤海底栖生物食物网有4个营养层次.各种底栖生物的碳同位素组成也反映了它们的食物来源和营养位置.     

高寒草甸植物群落中相似性、物种多样性与地上生物量的年际变异性

相似性似说通过物种构成的相似性来解释物种丧失是如何影响生物量的变异性的,但还没有得到检验。本研究通过设置在青藏高原东部地区的高寒草甸植物群落中的74个永久样方．采集3年(1999～2001)植物生长高峰期的群落数据,试图检验物种构成的相似性是如何解释物种多样性对地上生物量年际变异性的影响。结果表明：随着物种丰富度增加,生物量变异性降低;而随着均匀度的增加,生物量的变异性尽管在均匀度中等程度时似乎保持在同一水平,但总体上呈下降趋势;物种构成上的相似性解释了地上生物量变异性的大部分,而且随着物种构成上的相似性的增加,生物量的变异性降低;物种丰富度和均匀度均与物种构成上的相似性没有显著相关关系。这些结果表明：尽管生物多样性的丧失可能不必导致物种丰富群落中物种构成上的相似性,但相似性与地上生物量的变异性的因果联系可能是稳健的．由于本研究是在自然群落中进行的,对物种构成的相似性没有进行直接控制,因此,要深入理解相似性是如何影响生物多样性对生态系统功能变异性的效应的机制,可能还需要直接对物种构成的相似性进行控制的实验研究。     

刈割、施肥对高寒草甸物种多样性与生态系统功能关系的影响及群落稳定性机制

植物群落中不同“功能身份”物种的多样性与特定生态系统功能之间具有何种关系及其作用机制尚不明确。通过在高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸为期5年的刈割(不刈割、留茬3 cm、留茬1 cm)、施肥(施肥、不施肥)和浇水(浇水、不浇水)控制实验, 研究了刈割与土壤资源获得性梯度上不同“功能身份”物种(群落中所有物种、响应物种、作用物种和共有物种)的多样性变化与群落地上净初级生产力和稳定性的关系以及稳定性机制。研究结果显示: 群落中响应物种、作用物种和共有物种数分别占全部物种数的36.6%、18.3%和64.8%, 物种多样性对生态系统功能具有不同的效应, 净初级生产力主要受响应物种和作用物种的多样性变化影响, 而稳定性则主要由共有物种的多样性变化决定; 群落稳定性的维持主要依赖于共有物种的多样性增加, 其作用机制是投资组合效应, 而超产效应和异步性效应对稳定性并无作用; 刈割和施肥对物种多样性、稳定性和净初级生产力具有相反的影响, 前者能增加物种多样性和稳定性, 并降低净初级生产力, 而后者的作用正相反。这与群落中全部物种的多样性变化受刈割影响较大, 而作用物种的多样性变化受资源获得性影响较大有关。上述结果表明高寒草甸生态系统地上净初级生产力主要由少数影响生产力的作用物种的多样性决定, 而稳定性则由大量共有物种的多样性所掌控。投资组合效应是物种多样性导致稳定性的机制。由于群落中不同物种的多样性效应具有分异性, 对于特定的生态系统功能而言, 物种的“功能身份”可能比物种多样性本身更重要, 不加区别地笼统定义物种多样性与生态系统功能的关系可能欠妥。     

香鼬、艾虎和大鵟的食物资源分割——来自稳定性同位素的证据

通过对高寒草甸生态系统内香鼬、艾虎和大鵟3种食肉类稳定性碳和氮同位素比值(δ^13C和δ^15N)的测定,依据同位素的质量平衡原理和IsoSource软件计算得到：小型哺乳类在香鼬、艾虎和大鵟食谱中的分配比例分别为26．8％、27．0％和29．2％;雀形目成鸟的分配比例为22．3％、47．7％和69．1％;雀形目幼鸟为50．9％、25．6％和1．70％。3种食肉类的稳定性碳和氮同位素分布模式在二维空间上存在明显分割,由此说明．香鼬、艾虎和大鵟之间存在明显的食物资源分割现象,同时也反映了三者在高寒草甸生态系统内共存的基础。     

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     

青海高寒草甸土壤放线菌区系研究

2001～2002年从海北高寒草甸生态系统采集土样,用不同方法从中分离放线菌300余株,根据其形态和分类特征,分别归入小单孢菌属(Micromonospora)、诺卡氏菌属(Nocardia)、糖多孢菌属(Saccharopolyspora)、原小单孢菌属(Promicromonospora)和链霉菌属(Streptomyces),并将链霉菌归入7个类群。同时对230株中温菌和110株低温菌的部分酶活性及其对真菌和细菌的拮抗性进行了测定,发现链霉菌不仅具有许多酶活性,而且对真菌和细菌有拮抗性。     

青藏高原东缘高寒草甸常见植物种子形状对萌发的影响

以青藏高原东缘高寒草甸383种常见植物种子为材料,分析种子萌发特性与种子形状(长、宽、高的三维方差)、体积及相对表面积之间的相关性,研究高寒草甸地区植物种子性状对其萌发特性的影响。结果显示:(1)种子萌发率和萌发速率与种子三维方差、相对表面积呈极显著正相关,与体积呈显著负相关;(2)种子平均萌发时间与种子体积呈显著正相关、与种子相对表面积呈显著负相关、与种子三维方差无显著相关性。表明体积较小而形状细长的种子具有较高的萌发率及萌发速率,体积大而圆的种子需要更长的萌发时间;小种子具有较大的相对表面积可能是其具有较高萌发率和萌发速率的原因之一。研究结果为土壤种子库形成机制的研究提供了一定的理论依据。     

Characteristic Responsiveness of Modular Populations of Kobresia humilis to Grazing in Alpine Meadow

The seasonal dynamics and grazing responsiveness of modular populations of Kobresia humilis were studied at the fourth year (1991) of grazing under different stock intensities and after resting for 1 year (1993) in alpine meadow. The results showed that the number of tillers and leaves per ramet of modular populations of Kobresia humilis increased and the time for which the number of cumulative surviving leaves reaching its maximum was delayed with the increase of stock intensity. The seasonal dynamics of tiller, flowering tiller and total cumulative leave of the populations displayed similar variations with the change of grazing intensities. Two peaks of growth rate of tiller population were observed at the middle and last ten days of May and at the last ten days of August respectively. The peak of death rate of tiller population was at the end of season of growth. The cycle of initiation and death of leaf was nearly synchronous with that of tiller. The greatest risk of leaf death was also in concert with the highest rate birth. The pattern of survival curves was of the “Deevey type Ⅰ” for tiller populations and of the “stepwise” type for leaf populations respectively. And different stock intensities had no effect on the patterns of survival curves, however, their im-pacts on the differences in the number of tiller and leaf populations of Kobresia humilis remained 1 year after stop grazing.     

海北高寒草甸生态系统研究定位站没有发现C4植物--来自于稳定性碳同位素的证据

通过对海北高寒草甸生态系统研究站25个科、70个属、102种植物叶片的稳定性碳同位素的测定,以确定植物群落的光合型.结果表明,所测定的102种植物的稳定性碳同位素比值(δ13C)介于-28.24‰和-24.84‰之间,说明这102种植物均属于C3植物,无C4植物或CAM植物.植物这种光合型的分布与该生态系统中的环境因子密切相关,是低温、强辐射等环境因素长期作用的结果,也反映了植物对这种特殊环境的适应.     

矮嵩草草甸植物群落数量特征对模拟增温的响应

在5个(A～E)直径不同的开顶式增温小室(OTCs)环境条件下,通过连续5年(2002～2006)的野外试验,分析了植物生长季矮嵩草草甸植物群落地上部分生物量、平均高度、盖度对模拟增温的响应.结果表明:(1)开顶式增温小室能够有效改变微气候环境,室内气温比室外增加0.24～3.41℃,其增温幅度与温室面积大小呈显著负相关(r=-0.993 1·).(2)随着试验时间的持续,各温室植物群落地上部分生物量均逐渐升高,第1年以温室B略高(202.01 g/m2),而第5年以温室A最高(414.56 g/m2)且显著高于其它处理和对照(P<0.05).(3)植物群落平均高度在同一温室呈逐年增加的趋势, 第5年显著高于其它年份(P<0.05);而不同温室间的植物群落平均高度随着室内温度的增高而逐渐显著增加.(4)植物群落总盖度呈逐年上升的趋势,至第5年已接近或达到100%;各温室间分盖度之和无显著差异(P>0.05),而其年际间变化差异极显著(P<0.001),2004～2006年分盖度之和均极显著高于2002和2003年,而2003年又显著高于2002年.可见,随着温室气温的逐渐增加,矮嵩草草甸植物群落地上部分生物量、平均高度、盖度均表现为逐渐上升的趋势.     

高寒草甸常见雀形目鸟类的卵壳特征

作为胚胎发育的屏障,卵壳特征如卵壳厚度和气孔密度具有重要的生态学意义。本文研究了高寒草甸繁殖的7种代表性雀形目鸟类角百灵（Eremophila alpestris）、小云雀（Alauda gulgula）、黄头鹡鸰（Motacilla citreola）、树麻雀（Passer montanus）、粉红胸鹨（Anthus roseatus）、黄嘴朱顶雀（Carduelis flavirostris）、赭红尾鸲（Phoenicurus ochruros）的卵与卵壳特征,以探索在高寒缺氧环境下,不同科鸟类的适应性调节。结果发现,7种鸟类中,除小云雀和角百灵之外,其他鸟类的卵与卵壳特征均有显著的种间差异（除卵壳厚度和气孔直径之外）;对7种鸟类卵壳厚度、气孔密度、卵体积、卵重之间的线性拟合显示,卵壳厚度、卵体积与气孔密度均无显著相关性（卵壳厚度：P = 0.11,卵体积：P = 0.09）,卵重、卵体积与卵壳厚度呈显著正相关（卵重：r2 = 0.46,P ＜ 0.001;卵体积：r2 = 0.44,P ＜ 0.001）;对7种鸟类卵的数据与繁殖期雌鸟平均体重的线性拟合结果显示：平均卵重、卵壳厚度的差异与雌鸟体重成正相关（卵重：r2 = 0.66,P = 0.03;卵壳厚度：r2 = 0.92,P ＜ 0.01）;对6种鸟类（缺乏粉红胸鹨窝卵数数据）卵的数据与孵卵相关变量的线性拟合结果显示：卵壳厚度及气孔率与窝卵数成负相关（卵壳厚度：r2 = 0.64,P = 0.056;气孔率：r2 = 0.87,P ＜ 0.01）,6种鸟类（缺乏树麻雀巢杯指数数据）气孔率与巢杯指数或巢型无显著相关性（巢杯指数：P = 0.49,巢型：P = 0.435）。卵表面积和总气孔数解释了大部分气孔率差异（87%）,卵重和气孔率与孵卵期无显著相关（P = 0.77）,气孔率显著低于预期气孔率（P＜0.001）。这些结果表明,种间的遗传性（如成鸟的形态、窝卵数等）决定了大部分卵与卵壳特性的差异,但是为适应高寒低氧的气候特征,不同种的鸟都具有相对厚的卵壳和低的气孔率特征,说明环境因素同样影响卵的进化。另外,单纯的卵特性（卵体积和气孔率）并不能决定孵卵期的长短,亲鸟的孵卵行为同样具有重要的影响,角百灵虽然离巢频率相对较高,但是孵卵期却相对较短,这可能与其较高的气孔率有关。     

天祝高寒珠芽蓼草甸初级生产力的研究I.生物量动态及光能转化率

甘肃天祝高寒珠芽蓼草甸5月20日左右返青。地上生物量的变化呈单峰曲线,最大值在8月22日,干物质为548.39g／m2(489.06g／m2去灰分物质;下同);净第一性生产力为481.05g／m2·a干物质。地下生物量很大,6一9月平均接近6kg／m2,呈单谷曲线变化,最低值出现在7月20日,为4556.87g／m2干物质。地上部分最大生长率出现在月平均气温只有8—10℃的返青后一个月,平均绝对生长率为5.89g／m2·d干物质,平均相对生长率为0.152g／g·d干物质。春季地上部分的最大生长率与活根的很大消耗联系在一起。地上部分对太阳总辐射的转化率为0.155%,对生理辐射的转化率为0.316%,对≥0℃-≤0℃生长期的生理辐射的转化率为0.692%。地上部分在生长的第一个月对总辐射的表观转化率最高,平均为0.57%。     

青海海北地区高山蒿草草甸植物群落的结构特征及其分布格局

对高山草甸主要植物群落结构特征及其分布格局的研究结果表明,矮嵩草草甸植物群落的丰富度最大,隶属１８科,４３属４５种,呈多优势种植物群落;小嵩草草甸居中,隶属１１科,３０属３５种,小嵩草（Ｋｏｂｒｅｓｉａｐｙｇｍａｅａ）为优势种;藏嵩草沼泽化草甸最小,隶属９科,２１属２３种,藏嵩草（Ｋ．ｔｉｂｅｔｉｃａ）为优势种。其中,有９个种群为３个群落中的共有种,分别占矮嵩草草甸、小嵩草草甸和藏嵩草沼泽化草甸总种数的２０．００％、２５．７１％和３９．１３％。它们在水分资源位上的生态位宽度较大。３个植物群落类型的种－面积关系呈对数曲线分布,群落的最小样方面积为０．２５ｍ２或０．５ｍ２较适宜。种－多度分布呈对数正态分布,其分布模型的表达式如下：Ｓ（Ｒ）＝Ｓ０ｅ－（ａ２Ｒ