Warming increases soil carbon input in a Sibiraea angustata-dominated alpine shrub ecosystem

Plant-derived carbon (C) inputs via foliar litter, root litter and root exudates are key drivers of soil organic C stocks. However, the responses of these three input pathways to climate warming have rarely been studied in alpine shrublands. By employing a 3-year warming experiment (increased by 1.3 °C), we investigated the effects of warming on the relative C contributions from foliar litter, root litter and root exudates from Sibiraea angustata, a dominant shrub species in an alpine shrubland on the eastern Qinghai-Tibetan Plateau. The soil organic C inputs from foliar litter, root litter and root exudates were 77.45, 90.58 and 26.94 g C m⁻², respectively. Warming only slightly increased the soil organic C inputs from foliar litter and root litter by 8.04 and 11.13 g C m⁻², but significantly increased the root exudate C input by 15.40 g C m⁻². Warming significantly increased the relative C contributions of root exudates to total C inputs by 4.6% but slightly decreased those of foliar litter and root litter by 2.5% and 2.1%, respectively. Our results highlight that climate warming may stimulate plant-derived C inputs into soils mainly through root exudates rather than litter in alpine shrublands on the Qinghai-Tibetan Plateau.     

Ecophysiological and morphological comparison of two populations of Chlainomonas sp. (Chlorophyta) causing red snow on ice-covered lakes in the High Tatras and Austrian Alps

Based on analyses of multiple molecular markers (18S rDNA, ITS1, ITS2 rDNA, rbcL), an alga that causes red snow on the melting ice cover of a high-alpine lake in the High Tatras (Slovakia) was shown to be identical with Chlainomonas sp. growing in a similar habitat in the Tyrolean Alps (Austria). Both populations consisted mostly of smooth-walled quadriflagellates. They occurred in slush, and shared similar photosynthetic performances (photoinhibition above 1300 µmol photons m^–2 s^–1), very high levels of polyunsaturated fatty acids (PUFA, 64% and 74% respectively) and abundant astaxanthin accumulation, comparable to the red spores of Chlamydomonas nivalis (Bauer) Wille. Physiological differences between the Slovak and Austrian populations included higher levels of α-tocopherol and a 13Z-isomer of astaxanthin in the former. High accumulation of secondary pigments in the Slovak population probably reflected harsher environmental conditions, since the collection was made later in the growing season when cells were exposed to higher irradiance at the surface. Using a polyphasic approach, we compared Chlainomonas sp. with Chlamydomonas nivalis. The latter causes ?conventional? red snow, and shows high photophysiological plasticity, with high efficiency under low irradiance and no photoinhibition up to 2000 µmol photons m^–2 s^–1. Its PUFA content was significantly lower (50%). An annual cycle of lake-to-snow colonization by Chlainomonas sp. from slush layers deeper in the ice cover is proposed. Our results point to an ecologically highly specialized cryoflora species, whose global distribution is likely to be more widespread than previously assumed.     

Effects of nitrogen addition on root dynamics in an alpine meadow,Northwestern Sichuan

该文以川西北高寒草甸为研究对象, 采用微根管法研究了不同施氮(N)水平下高寒草甸植物群落根系现存量、生产量、死亡量和周转率的变化及其与土壤理化性质的相互关系。结果表明: N添加显著增加了土壤速效氮(AN)含量, 降低了土壤pH值, 但是对土壤有机质(SOM)和全氮(TN)含量无显著影响。在0-10 cm土层, 平均根系现存量和累积根系生产量无显著变化, 累积根系死亡量在N10处理下显著降低了206.1 g·m ^-2, 根系周转率在N30处理下显著提高了17%; 在10-20 cm土层, N添加处理的平均根系现存量和累积根系生产量分别显著降低了195.3和142.3 g·m ^-2 (N10)、235.8和212.1 g·m ^-2 (N20)、198.0和204.4 g·m ^-2 (N30), 累积根系死亡量和周转率无显著变化。此外, 累积根系生产量、死亡量和周转率与AN含量相关性较大, 而平均根系现存量与SOM、AN和TN含量相关性较大。综上所述, N添加对高寒草甸的影响主要通过改变土壤可利用N含量, 进而影响根系的动态特征、空间分布格局和周转以及碳分配特征。     

CO2 flux dynamics and its limiting factors in the alpine shrub-meadow and steppe-meadow on the Qinghai-Xizang Plateau

高寒灌丛草甸和草甸均是青藏高原广泛分布的植被类型, 在生态系统碳通量和区域碳循环中具有极其重要的作用。然而迄今为止, 对其碳通量动态的时空变异还缺乏比较分析, 对碳通量的季节和年际变异的主导影响因子认识还不够清晰, 不利于深入理解生态系统碳通量格局及其形成机制。该研究选取位于青藏高原东部海北站高寒灌丛草甸和高原腹地当雄站高寒草原化草甸年降水量相近的5年(2004-2008年)的涡度相关CO₂通量连续观测数据, 对生态系统净初级生产力(NEP)及其组分, 包括总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸的季节、年际动态及其影响因子进行了对比分析。结果表明: 灌丛草甸的CO₂通量无论是季节还是年际累积量均高于草原化草甸, 并且连续5年表现为“碳汇”, 平均每年NEP为70 g C·m ^-2·a ^-1, 高寒草原化草甸平均每年NEP为-5 g C·m ^-2·a ^-1, 几乎处于碳平衡状态, 但其源/汇动态极不稳定, 在2006年-88 g C·m ^-2·a ^-1的“碳源”至2008年54 g C·m ^-2·a ^-1的“碳汇”之间转换, 具有较大的变异性。这两种高寒生态系统源/汇动态的差异主要源于归一化植被指数(NDVI)的差异, 因为NDVI无论在年际水平还是季节水平都是NEP最直接的影响因子; 其次, 灌丛草甸还具有较高的碳利用效率(CUE, CUE = NEP/GPP), 而年降水量和NDVI是决定两生态系统CUE大小的关键因子。两地区除了CO₂通量大小的差异外, 其环境影响因子也有所不同。采用结构方程模型进行的通径分析表明, 灌丛草甸生长季节CO₂通量的主要限制因子是温度, NEP和GPP主要受气温控制, 随着气温升高而增加; 而草原化草甸的CO₂通量多以季节性干旱导致的水分限制为主, 其次才是气温的影响, 受二者的共同限制。此外, 两生态系统生长季节生态系统呼吸主要受GPP和5 cm土壤温度的直接影响, 其中GPP起主导作用, 非生长季节生态系统呼吸主要受5 cm土壤温度影响。该研究还表明, 水热因子的协调度是决定青藏高原高寒草地GPP和NEP的关键要素。     

Variations of root traits in three Xizang grassland communities along a precipitation gradient

根系功能属性及其变异性能够介导物种共存及环境适应策略, 但强烈的环境约束作用能够引起不同物种间根系属性的趋同性。为了研究西藏高寒草原群落中植物根系属性变异规律, 并阐明不同物种资源获取和适应策略的多样性, 该文对西藏高寒草原不同的环境梯度进行了研究。作者自东向西沿着降水梯度在那曲、班戈和尼玛3个自然草原群落进行群落调查, 并采集了共计22种植物。测定了每种植物的一级根直径、一级侧根长度和根系分支强度3个关键根系属性。结果表明: 在西藏高寒草原群落中, 不同物种根系直径普遍较小, 且种间变异非常小(22.76%), 其中86%的物种一级根直径集中在0.073 mm到0.094 mm之间; 相较于直径较粗的物种, 直径越细的物种分支强度越高, 侧根越短。在群落尺度上, 植物主要通过增加根系直径、侧根长度, 降低分支强度的方式来适应水分的减少; 而在物种尺度上, 植物适应水分变化的策略则呈现多样性。     

Experimental warming changed plants’ phenological sequences of two dominant species in an alpine meadow,western of Sichuan

以西南横断山区高山草甸优势植物种珠芽拳参(Polygonum viviparum)和银叶委陵菜(Potentilla leuconota)为研究对象, 将其物候分为花芽期、开花期、凋谢期和种子成熟期4个阶段, 每个阶段又分为开始、峰值和结束3个状态。采用开顶式增温箱进行模拟增温, 连续增温4年后, 于增温第5年的2016年生长季跟踪调查了模拟增温对珠芽拳参和银叶委陵菜的繁殖物候序列的影响, 以探讨高山植物群落对气候变化的响应过程。结果显示, 模拟增温后: 1)珠芽拳参各物候阶段的持续时间缩短; 除凋谢阶段起始、结束期延迟外, 其他状态均有不同程度的提前; 各阶段的过渡期有不同程度的缩短, 繁殖周期缩短; 2)银叶委陵菜各物候阶段的持续时间延长; 凋谢期结束前各状态(除开花峰值外)表现为不同程度的提前; 各阶段过渡期对增温的响应不一致, 繁殖周期延长。结果表明: 完整的繁殖物候序列能更准确地反映植物物候对气候变暖的响应; 植物对环境变化的响应和应对策略存在种间差异, 这种差异可能会进一步改变植物群落组成和结构。     

Responses of soil inorganic nitrogen to increased temperature and plant removal during the growing season in a Sibiraea angustata scrub ecosystem of eastern Qinghai-Xizang Plateau

为了揭示气候变暖背景下高寒灌丛土壤氮转化过程, 该文研究了青藏高原东缘窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata)灌丛生长季节土壤硝态氮和铵态氮含量对增温和去除植物的响应。结果表明: 窄叶鲜卑花灌丛土壤硝态氮和铵态氮含量具有明显的季节动态。整个生长季节, 土壤硝态氮含量呈先增加后降低的趋势, 而铵态氮含量均表现为一直增加的趋势。在生长季初期和中期, 各处理土壤硝态氮含量均显著高于铵态氮含量, 而在生长季末期土壤硝态氮含量均显著低于铵态氮含量, 说明该区域土壤氮转化过程在生长季初期和中期以硝化作用为主, 而在生长季末期以氨化作用为主。不同时期土壤硝态氮和铵态氮含量对增温和去除植物的响应不同: 增温对硝态氮的影响主要发生在生长季中期和末期, 且因植物处理的不同而有显著差异, 增温仅在生长季中期使不去除植物样方铵态氮含量显著升高。去除植物对土壤硝态氮的影响仅表现在对照样方(不增温), 去除植物显著提高了生长季初期和中期土壤硝态氮含量, 显著降低了生长季末期土壤硝态氮含量; 同时去除植物显著降低了增温样方生长季中期土壤铵态氮含量。灌丛植被在生长季初期和中期可能主要吸收土壤硝态氮, 其吸收过程不受土壤增温的影响。     

展毛翠雀花期繁殖特征和生物量分配对放牧的响应

生物量分配影响植物生长和繁殖,是植物生活史研究的重要内容。为了了解植物生活史性状对放牧的响应,该研究以青藏高原高寒草甸毒杂草展毛翠雀为对象,分析了放牧干扰对展毛翠雀的花期繁殖分配和性分配的影响。结果表明:放牧显著降低了展毛翠雀的总生物量、个体大小和繁殖投入; 放牧未改变展毛翠雀的营养部分与繁殖部分的等速生长关系,但显著增加了繁殖部分的生物量分配和总花数; 展毛翠雀的个体大小与总花数呈显著的正相关关系,但与性分配呈显著的负相关关系; 展毛翠雀的总花数与单花大小、单花的花瓣比例均表现出负相关关系,表明总花数与单花大小之间、总花数与单花的花瓣比例之间均存在权衡。因此,在放牧条件下,展毛翠雀的繁殖分配和性分配均表现出显著的可塑性。