小嵩草群落——高寒草甸地带性植被放牧压力下的偏途顶极群落

采用以空间代时间的方法,研究了高寒草甸小嵩草群落的发生、发育、演化,处于不同退化阶段小嵩草群落在自然与人工干预恢复过程中,植被、地表特征的变化,探索小嵩草群落在高寒草甸生态系统中的地位及其对系统稳定性的作用.结果表明,青藏高原上小嵩草群落的大面积发育是高原地带性植被禾草矮嵩草群落在长期超载放牧下退化演替的结果,它逆向演替经历了矮嵩草群落后退化为小嵩草群落;而对不同退化程度小嵩草群落采取封育措施后,小嵩草群落可以恢复为禾草矮嵩草群落(或者向着以禾草为优势种的群落演替);"黑土滩"上人工建植禾草草地经过11 a的发展,杂类草进入,矮嵩草斑块发展,向着顶极植被--禾草矮嵩草群落的方向发展.禾草矮嵩草群落是青藏高原的地带性植被,而小嵩草群落是地带性植被超载放牧下的偏途顶极群落.     

高寒嵩草草甸的被动与主动退化分异特征及其发生机理

高寒嵩草草甸是广布于青藏高原的地带性植被之一,自1980年代以来,发生退化,形成大面积的"黑土型"次生裸地。目前的研究普遍认为,高寒嵩草草甸的退化是由于过度放牧引起的植被演替和啮齿类动物对草场的破坏所致。而本研究认为,随着持续的超载放牧,高寒嵩草草甸的退化过程可以分为异针茅 羊茅-矮嵩草群落、矮嵩草群落、小嵩草群落和杂类草-黑土型次生裸地的四个演替阶段;其经历了异针茅 羊茅-矮嵩草群落向矮嵩草群落植被的被动退化过程和由小嵩草群落向杂类草-黑土型次生裸地的主动退化过程;其发生的动力分别为放牧作用和嵩草特殊的生物学特性(高地下/地上比)引起的草毡表层极度加厚作用。草毡表层的极度加厚,造成土壤水分渗透速率的降低和土壤-牧草之间水分、营养供求的失调,是导致高寒矮嵩草最终退化的根本原因。同时提出高寒嵩草草甸在被动退化阶段,通过降低放牧强度,灭鼠、封育是可以逆转的,而一旦进入主动退化阶段,草皮的塌陷、斑驳,最终形成"黑土滩"型退化草地,这是不可避免的也是不可逆转的。     

青海海北高寒草甸五种植被生物量及环境条件比较

分析了高寒草甸不同植被类型植物种类组成、生物量变化规律及其差异。研究表明不同植被类型的分布与土壤湿度和温度有很大的关系。藏篙草草甸、金露梅灌丛草甸、矮篙草草甸、正恢复的矮篙草草甸、小嵩草草甸这5种不同植被类型所对应的土壤湿度依次降低，而所对应的土壤温度依次升高；植物种类数量表现为矮嵩草草甸＞金露梅灌丛草甸＞小篙草草甸＞正恢复的矮篙草草甸＞藏篙草草甸。地上生物量高低依次为小嵩草革甸＞矮嵩草草甸＞金露梅灌丛草甸＞正恢复的矮篙草草甸＞藏篙草草甸；地下生物量则表现出金露梅灌丛革甸＞矮嵩草甸＞小篙草草甸＞正恢复的矮篙草草甸的特征，而其在年内的周转值表现出金露梅灌丛草甸＞正承复的矮嵩草草甸＞小篙草草甸＞矮篙草草甸;土壤有机质的季节变化表现为0—40cn整层土壤有机质含量小嵩草草甸＞金露梅灌丛草甸＞矮嵩草草甸＞正恢复的矮篙草草甸，0—10cm的表层土壤有机质金露梅灌丛草甸＞矮嵩草草甸＞小嵩草草甸＞正恢复的矮篙草草甸。     

青藏高原典型植被土壤溶解性氮与植物量相关性分析

研究区域位于中国生态网络海北高寒草甸生态系统定位研究站,选取青藏高原典型植被禾草-矮嵩草草甸、小嵩草草甸和金露梅灌丛草甸,对其土壤速效无机氮(IN)/溶解性有机氮(DON)储量与植物量相关性进行分析,发现三种草地土壤IN储量同地上植物量具有正相关性,其中灌丛相关系数高于草甸;地带性植被(禾草-矮嵩草草甸)土壤IN储量同地上植物量之间的相关性高于其偏途演替阶段(小嵩草草甸);土壤溶解性有机氮的消耗同地上植物量的形成具有一定程度的正相关性,其中小嵩草草甸和金露梅灌丛草甸达到中度相关水平,禾草-矮嵩草草甸为低度相关水平;地下根系现存量同IN/DON之间均没有明显的相关关系.说明土壤IN/DON对地上植物量的形成可能具有一定程度的贡献,如果这一论断成立,那么研究其对植物量形成的贡献形式及过程将成为亟待解决的问题.     

基于植被盖度和高度的不同退化程度高寒草地地上生物量估算

由于气候变化和不合理的人类活动，20世纪80年代以来青藏高原高寒草地发生严重退化。地上生物量是评价草地退化的直观指标。通常采用植被盖度和高度来估算草地地上生物量，但草地退化后，植被盖度和高度与地上生物量之间的关系是否会发生变化目前还不清楚，这影响着退化草地生物量估算的精度。通过多元回归分析研究了青藏高原中部和东北部高寒草甸、高寒草原在不同退化程度下植被盖度和高度与地上生物量的关系。结果表明：（1）高寒草甸与高寒草原地上生物量整体上及不同退化阶段都没有显著差异（P>0.05）。（2）随着退化程度的加剧植被盖度和高度对地上生物量的影响也发生改变，体现在未退化阶段地上生物量主要受植被高度影响，退化后主要受植被盖度影响。（3）无论是高寒草甸还是高寒草原分退化程度的回归模型估算结果都较不分退化程度模型估算的生物量更接近实测值。我们建议在退化高寒草地研究中采用盖度和高度估算生物量时，根据退化阶段采用不同的估算模型。     

放牧对高寒草甸地表特征和土壤物理性状的影响

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站地区,选择五种处于不同放牧强度的高寒草甸为研究对象,进行放牧对高寒草甸植被演替规律和土壤对放牧压力的响应过程研究,为合理利用和提高草地生产力提供科学依据。结果表明:随着放牧强度的增加,高寒草甸地上生物量呈急剧下降趋势,由禾草草甸的646.24 g/m2下降到小嵩草草甸的328.16 g/m2,容重逐渐减小;在小嵩草草甸阶段地表逐渐出现塌陷和裂缝,0~10 cm土层中根土体积比逐渐变大;土壤的质地类型发生变化,由禾草草甸粘壤土转变为壤质粘土;放牧强度对牧草返青开始时间和生长期都没有影响,但在重牧处理时,非生长季地温降低程度很明显。     

高寒草甸草地退化对土壤水热性质的影响及其环境效应

青藏高原高寒草甸草地的大面积退化,将改变浅层土壤的水热性质,影响地表水热交换,甚至导致区域生态环境的变化。本文通过系统分析典型原生高寒草甸与中度退化高寒草甸的植物群落特征、地上地下生物量和土壤理化特征的差异,研究高寒草甸草地退化对土壤水热性质的影响及其环境效应。结果表明:随着高寒草甸草地退化,植被覆盖度显著降低(p<0.01),适应旱生、深根系的杂草侵入适应湿润生境、浅根系的以莎草科植物为主的原生植被,生物多样性显著增加(p<0.01);草毡表层(0～10 cm)地下生物量显著减少(p<0.01),30～50 cm地下生物量显著增加(p<0.01)。草毡表层变薄降低了土壤容重的垂向异质性,使表层土壤容重显著增加(p<0.01),土壤颗粒显著变粗(p<0.01)。受浅层土壤有机质降低和土壤容重增加的影响,中度退化高寒草甸土壤的持水量和饱和导水率降低,土壤导热率升高。高寒草甸草地植被退化,土壤持水量、饱和导水率降低和导热率增加将加速地表水热交换,对高寒草甸草地退化和下伏多年冻土消融都可能是正反馈。     

三种高寒草甸植被分布及与湍流交换通量关系的比较

对海北定位站分布的金露梅灌丛草甸、矮嵩草草甸、藏嵩草沼泽化草甸3种高寒植被类型群落结构、感热(H)和潜热(LE)通量比较观测表明,3种植被类型年地上净初级生产力表现出矮嵩草草甸(318.600g/m2)>藏嵩草沼泽化草甸(258.341g/m2)>金露梅灌丛草甸(217.695g/m2)。植物种类组成有矮嵩草草甸(54种)>金露梅灌丛草甸(47种)>沼泽草甸(24种)。3种植被类型区近地表大气能量交换过程中,LE和H的月际变化明显,而且随植被类型的不同月际变化差异显著。3种不同植被类型在年内均表现出H LE>0,表明在青海海北高寒草甸地区,太阳辐射强烈,近地层湍流输送明显,地表为一热源。3类型高寒草甸植被的年地上净生产量基本与波文比(β)呈现正效应,与LE H呈现明显的反效应。植物种类组成基本与LE H有反效应,与β呈明显的正效应。     

高寒植被类型及其植物生产力的监测

监测并分析了高寒草甸二种不同植被类型的生态环境条件、植物种类组成、生物量变化规律及其差异。研究表明：距离相近且海拔高度基本相同的矮蒿草草甸和金露梅灌丛草甸二种群落内部,由于受地形部位影响,虽然降水基本相同,但地表受热及蒸发量不同,土壤湿度存在明显差异。受上述环境条件特别是受土壤温湿度条件的限制,二种群落内的植物种类不同,地下、地上生物量的变化也不同,一般在山地阴坡主要分布着以金露梅灌丛为优势种外,多以线叶蒿草、小蒿草、羊茅、及其它杂草类为伴生种的金露梅灌丛草甸植被类型,而主要分布于滩地的矮蒿草草甸多以垂穗披碱草等植物为伴生种的湿中性植被类型,属典型的高寒草甸植被类型。生物量监测结果的比较分析表明,群落的地上生物量为：矮蒿草草甸 > 金露梅灌丛草甸;地下生物量随植被类型的不同,其峰值与谷值出现时间不一致。年内地下净生产量为：金露梅灌丛草甸 > 矮蒿草草甸。地下生产量周转值为：矮蒿草草甸 > 金露梅灌丛草甸。     

青藏高原东缘高寒草甸地上生物量的估测模型

探索简单、快捷的获得草地单个物种及群落地上生物量资料的方法,可以为合理保护和利用草地资源提供重要技术支持。在传统的直接收获法测定草地地上生物量的基础上,结合物种的种群特点,利用与生物量密切相关的高度、盖度、密度等植被生态参数,建立了青藏高原东缘高寒草甸各植物种的最适地上生物量估测模型。其中禾叶嵩草、垂穗披碱草、高山韭等物种生物量最适模型为幂函数方程,其他物种最适模型除却长毛风毛菊是二次项方程外均为线性方程。这些模型拟合精度较高,经检验,单个物种生物量估测值与实际观测值之间的相关系数均0.9,且大部分平均相对误差10%。对于草地群落地上总生物量,估测值与实际观测值相关系数为0.965,各样方的相对误差大都10%,平均相对误差为5.672%,说明利用这些模型估算青藏高原东缘高寒草甸地上生物量切实可行。     

137Cs示踪法研究青藏高原草甸土的土壤侵蚀

运用137Cs示踪法对青藏高原高寒草甸典型的两个小流域的土壤侵蚀进行了研究,结果表明:高寒草甸植被区的土壤137Cs在土壤剖面中呈指数型分布,分布深度一般在20cm左右;坡顶部由于风蚀、冻融侵蚀和水蚀较强,致使侵蚀强于下部,除坡顶部外其他坡位侵蚀强度都符合坡上部<坡中部<坡下部的规律;高寒草甸植被覆盖度与土壤侵蚀强度呈显著的负相关关系(p<0.01),土壤平均侵蚀模数随植被覆盖度的增加呈线性降低的趋势,相关系数R2达到0.997以上。高寒草甸退化程度越高,土壤侵蚀越强。退化较强的草甸区的平均侵蚀模数是退化较弱区的2.23倍,最大侵蚀模数可达2960.22t/(km2.a)。     

寒冻雏形土不同地形部位土壤湿度及其与主要植被类型的对应关系

寒冻雏形土不同地形部位土壤湿度均有较高的水平,0cm～60cm整层土壤湿度北坡＞滩地＞南坡.土壤湿度在年内可分为春季水分消耗期、雨季初水分补给期、水分波动消耗期和冬季冻结水分稳定聚集期.在垂直方向随深度加深湿度逐渐降低,北坡极为明显,南坡及滩地降低幅度均匀.土壤湿度随时间的变化过程分解为周期性变化项、随机性分量项及趋势项.同时表明,在土壤湿度较低的南坡,以小嵩草等为主的草原化草甸植被类型;土壤湿度适中的滩地,多以矮嵩草为主的高寒嵩草草甸植被类型;湿度较高的北坡,多以金露梅为主的灌丛草甸植被类型;而在土壤湿度很高、地表长久积水的河边,多以藏嵩草等为主的沼泽化草甸植被类型.     

藏北高山嵩草草旬植被和多样性在沙漠化过程中的变化

为确定沙漠化对高山嵩草草甸植被组成、结构和物种多样性的影响，了解高寒区草甸沙漠化的原因，选择西藏那曲安多县南部沙漠化严重区域为调查区，按照沙漠化的不同程度设置样地，系统调查了轻度、中度、重度和极重度沙化草甸的植被变化，结果表明：中度、重度和极重度沙化区的植被与轻度沙化草甸有显著的差异；在中度和重度沙化区，高寒草甸的建群种高山嵩草已被家畜不喜食或更具抗性的植物种所取代，而在极重度沙化的流动沙丘上无植被生长；从过牧的退化草甸到半流动、流动沙丘，植物种多样性呈显著的降低趋势。轻度沙化草甸物种数、个体密度和丰富度指数最多；中度沙化草甸的Shannon-Wiener指数和均匀度指数最大，而优势度指数最小；在沙化过程中，高寒草甸的植被盖度显著下降，地上生物量也在下降，虽然轻度、中度和重度沙化草地的地上生物量显著高于极重度沙化区，但前者之间却无显著差异。地下根系生物量也呈显著下降的趋势。过牧是造成高山嵩草草甸沙化的主要原因。     

藏北高山嵩草草甸植被和多样性在沙漠化过程中的变化

为确定沙漠化对高山嵩草草甸植被组成、结构和物种多样性的影响,了解高寒区草甸沙漠化的原因,选择西藏那曲安多县南部沙漠化严重区域为调查区,按照沙漠化的不同程度设置样地,系统调查了轻度、中度、重度和极重度沙化草甸的植被变化,结果表明：中度、重度和极重度沙化区的植被与轻度沙化草甸有显著的差异;在中度和重度沙化区,高寒草甸的建群种高山嵩草已被家畜不喜食或更具抗性的植物种所取代,而在极重度沙化的流动沙丘上无植被生长;从过牧的退化草甸到半流动、流动沙丘,植物种多样性呈显著的降低趋势。轻度沙化草甸物种数、个体密度和丰富度指数最多;中度沙化草甸的Shannon\|Wiener指数和均匀度指数最大,而优势度指数最小;在沙化过程中,高寒草甸的植被盖度显著下降,地上生物量也在下降,虽然轻度、中度和重度沙化草地的地上生物量显著高于极重度沙化区,但前者之间却无显著差异。地下根系生物量也呈显著下降的趋势。过牧是造成高山嵩草草甸沙化的主要原因。     

高寒矮嵩草（Kobresia humilis）草甸能量平衡和闭合状况的初步研究

在青藏高原北部海北高寒矮嵩草草甸地区，利用涡度相关法观测的2002年和2003年净辐射通量（Rn）、潜热通量（LE）、显热通量（H）、土壤热通量（G）等数据，分析了该地区能量分配的日、季节变化特征及能量闭合状况。结果表明，高寒矮嵩草草甸Rn、LE、H和G均呈现出日、季节变化规律。在能量分配过程中，不同季节LE、H和G占Rn的比例有所不同，降水丰富的暖季表现出LE〉H〉G，降水稀少的冷季表现出H〉LE〉G。就2a平均来看LE、H、G分别占Rn的34．0％、33．6％和-0．34％。能量平衡比率（EBR）日变化呈现白天高夜晚低，年变化呈现弱的季节趋势，全年平均在0．68，其中冷季稍大，暖季稍小。EBR与土壤容积含水量具有一定的负线性相关，与气温则呈现指数负相关关系。     

青藏高原退化高寒草甸生长季承载力

近年来,在气候变化和人类活动的共同影响下,青藏高原部分地区草场退化严重。在青藏高原北麓河流域多年冻土区选取中度退化及未退化高寒草甸,用热红外辐射器模拟气候变暖,研究草地退化和气候变化对生长季草场数量和营养承载力（可消化蛋白承载力和代谢能承载力）的影响。结果表明：（1）退化后,莎草科植物在群落中的重要值降低,而禾本科和杂草类植物重要值逐渐增加;（2）退化对植被地上生物量无显著影响,但退化伴随着气候变暖使地上生物量在6月和9月分别显著降低了（87.17±6.93） g·m^-2和（38.89±2.23） g·m^-2;（3）退化在6月和9月使牧草粗蛋白含量分别显著降低了29.15%和33.74%,但使牧草中酸性洗涤纤维含量分别显著增加了11.68%和15.34%,牧草品质下降明显;（4）退化伴随着气候变暖使数量承载力和代谢能承载力在6月分别降低了（2.63±0.21）、（6.94±0.55）羊单位·hm^-2,在9月分别降低了（1.17±0.07）、（3.1±0.17）羊单位·hm^-2。研究区草场代谢能承载力>可消化蛋白承载力>数量承载力。研究区生长季牧草营养供给充足,适宜承载力为数量承载力     

青藏铁路格尔木至安多段沿线高寒植被、土壤特性与人工植被恢复研究

 对青藏铁路格尔木至安多段沿线不同海拔梯度下高寒植被与土壤特征进行研究。沿线高寒植被的主要分布种有91个,主要建群种为:紫花针茅(Stipa purpurea)、青藏苔草(Carex moorcroftii Falc)、藏异燕麦(Helictotrichon tibeticum)、黄芪(Astragalus)、棘豆(Oxytropis)、粗壮嵩草(Kobresia robusta Maximowicz)、矮嵩草(Kobresia robusta Maximowicz)等。高寒植被物种数、平均盖度、地下生物量和总生物量与海拔呈正相关性,而平均高度和地上生物量与海拔呈负相关性。沿线高寒植物群落主要可划分为海拔小于4 000 m的高寒荒漠植被、海拔4 000~4 500 m的高寒河谷灌丛植被、海拔4 500~4 700 m的高寒草原植被、海拔4 700~4 800 m的高寒垫状植被、海拔4 800~4 900 m的高寒草甸植被和海拔5 000 m左右的高寒沼泽和高寒流石坡植被。土壤全氮和有机质含量都与海拔高度呈正相关性,但全磷、全钾及pH值则在高海拔地区达到最低。沿线土壤颗粒组成主要以中、细沙(d＜0.4 mm)为主,占到了总含量的85%以上,因此,中、细沙是构成沿线土壤的最主要颗粒。沿线植被恢复比较有效的方法是选择紫花针茅、垂穗披碱草、燕麦、棘豆、黄芪、蒿草、梭罗草等当地草种,采取原生植物种子异地繁殖,再经沿线播种或栽培抚育,从而达到植被恢复的目的。该研究对青藏铁路沿线的植被恢复与植物防沙工程具有一定的指导意义。     

青藏高原湿地研究进展

青藏高原具有全球重要性,是地球表面上很少受人类活动干扰的区域之一,在全球变化研究中被作为先兆区或预警区。青藏高原湿地多为高寒沼泽、高寒沼泽化草甸和高寒湖泊,具有生态蓄水、水源补给、气候调节等重要的生态功能,在防止全球水危机方面起着关键的作用。因此青藏高原湿地在全球变化研究中占有特殊的重要地位,已经引起国内外学者的关注。本文从湿地的类型和分布、湿地土壤、湿地植被、泥炭的形成与演化、湿地动物、古植被古气候、温室气体排放以及湿地退化几个方面对青藏高原湿地研究进行了综述,并提出了未来的重点研究领域。     

青藏高原植被覆盖对水热条件年内变化的响应及其空间特征

利用1982-2000年NOAA/AVHRR卫星的NDVI数据(时间分辨率旬,空间分辨率8 km×8 km),结合同时期的气温和降水资料,基于时滞互相关方法和GIS工具,分析了青藏高原植被覆盖对水、热条件年内变化的时滞响应及其空间特征。结果如下:①除高寒荒漠、森林外,青藏高原植被NDVI与同期旬均温和旬降水相关性均呈高度正相关。其中,中等覆盖度的植被受水、热影响表现更为强烈。②青藏高原植被NDVI对气温和降水有滞后效应,且滞后水平存在空间差异,高原北部(柴达木盆地、昆仑山北冀)和高原南部植被对降水、和温度的响应比较迟缓,而高原中、东部地区植被对温度和降水的响应比较敏感。③不同植被类型对水热条件的响应程度也存在差异,由高到低依次是草甸、草原、灌丛、高寒垫状植被、荒漠,最后是森林。     

长湖湿地水生植被演替研究

在2006年调查的基础上,结合长湖湿地历史资料,对长湖湿地1985年至2006年21a间水生植被的演替进行了研究。结果表明,长湖湿地破坏严重,生物多样性下降。长湖现有14个水生群落,其中挺水群落3个,浮叶群落3个,沉水群落8个。优势群落发生了变化,从1985年的菹草(Potamogeton crispus)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)群落演替为1999年的微齿眼子菜(P.maackianus)、苦草(Vallisneria natans)群落;进一步演替为2000年的苦草、微齿眼子菜群落,至2006年演替为莲(Nymphaea nelumbo)、莲 菰(Zizania na-duciflora)群落。优势群落生活型由沉水型转变为挺水型,植被覆盖度由100%减少到30.35%;群落总生物量为2202.08t(未包括挺水植物群落生物量),其中狸藻(Utricularia aurea) 轮叶狐尾藻(M.verticillatum)群丛最大为1633.48t,微齿眼子菜 日本茨藻(N.gracillima)最小为0.43t。群落单位面积平均生物量从1195.67g/m2增加到1850.53g/m2。人类的活动如过度养殖、打捞水草及污水排放等导致了长湖湿地植被面积、种类及总生物量的下降。