我国高寒草甸植被生产力及其影响因子

生物量是重要的植物群落数量特征，直接反映生态系统生产者的物质生产量，是生态系统生产力的重要体现。高寒草甸广泛分布于青藏高原，是高寒生态系统的主要植被类型。回顾了高寒草甸生物量的研究成果。高寒草甸生物量呈典型的金字塔式垂直分布格局，地上生物量主要集中于0—10cm的冠层，地下生物量也集中分布于0—10cm的土层内。增温和多雨会降低生物量，叶面积和物种丰富度与地上生物量成正相关关系，氮素的增加有助于植被生物量的增长，而放牧率与生物量成显著负相关。     

干旱风沙区植被重建初期对土壤微生物群落结构的影响

为揭示干旱风沙区植被重建对土壤微生物群落结构的影响,以乌海至玛沁高速公路腾格里沙漠段生态防护体系的植被重建区土壤为研究对象,以流动沙丘为对照,运用高通量测序技术研究植被重建区土壤微生物群落结构随植被恢复重建的变化特征。结果表明:植被重建区与流沙区土壤微生物群落组成相似,均以放线菌门(58.53%～67.85%)、变形细菌门(16.53%～19.68%)等为优势类群;优势菌属包括诺卡氏菌属、甲基柔膜菌属、微红微球菌属和微枝型杆菌属。与流沙区对照相比,植被重建区显著增加了土壤大部分菌门相对丰度和多样性。植被恢复重建后土壤pH、电导率及盐分含量降低;土壤微生物量磷(MBP)、土壤微生物量碳(MBC)与土壤微生物量碳氮比(MBC:MBN)在植被重建区浅层土壤(0～5 cm、5～10 cm和10～20 cm)显著高于流沙区。因此,对于沙漠公路生态防护体系而言,植被重建能显著改善其浅层土壤养分状况、微生物相对丰度和多样性水平,是改善沙漠生态环境的重要措施。     

河西走廊荒漠绿洲过渡带封育对土壤和植被的影响

在河西走廊荒漠绿洲过渡带,封育天然植被是植被群落恢复、防止绿洲沙漠化的有效措施。以流动沙丘作为对照(0年),对封育5年和15年的半固沙和固定沙丘植被群落以及土壤进行调查取样和分析。结果表明:随着封育年限增加,天然固沙植被群落生物多样性增加,灌木层和草本层植物密度、盖度和生物量都显著增加,灌木层盖度从10%增加到40%,草本层以一年生草本植物为主,物种从5种增加到8种,生物量从1 g·m^-2增加到13 g·m^-2。随着天然植被盖度增加,土壤表层沙土细粒化明显,沙土中黏粉粒含量显著增加,土壤质地由粗质沙粒向细质沙粒转变;随着沙土中黏粉粒成分的增加,沙土有机质、全氮、全磷含量也增加,灌丛下土壤养分含量高于灌丛间,“沃岛效应”明显。同时,在灌丛下表层土壤出现明显的盐分集聚现象,其中SO₄^2-、K⁺、Na⁺含量分别增加了6、3、17倍。在降水100 mm左右的荒漠绿洲过渡带,封育可以显著恢复固沙植被群落和提高沙土质地和养分。     

施氮对高寒草甸草原植物群落和土壤养分的影响

于2013-2014年在青藏高原东缘测定了不同梯度施氮后植物群落特征、牧草营养和土壤质量的变化,并分析了施氮后的经济效益。结果表明:(1)施氮显著增加了各功能群植物的高度和禾本科功能群植物盖度,而对莎草科和豆科植物盖度无显著影响;施氮显著增加了禾本科、莎草科、豆科和植物群落生物量,降低了杂类草盖度和生物量,其中施肥量为30.86～38.58 g·m^-2时效果最为显著。(2)施氮显著增加了0～20 cm土层根系生物量;施氮当年显著增加了根冠比,施氮第2年根冠比无显著变化。(3)施氮不同程度降低了高寒草甸草原植物群落多样性,其中,施肥量在30.86～38.58 g·m^-2时最低。(4)施氮不同程度地提高了禾本科、莎草科和杂类草植物的粗蛋白含量,降低了各功能群植物纤维含量;施氮不同程度提高了高寒草甸草原土壤养分和有机碳含量,其中在施肥量为30.86～38.58 g·m^-2时最高。(5)施氮当年和第二年净收益均在施肥量为30.86 g·m^-2时最大,分别为1 860元·hm^-2和878元·hm^-2。施氮缓解了青藏高原东缘高寒草甸草原植物生长的营养限制,提高了可食牧草产量,30.86～38.58 g·m^-2可作为该区最佳施氮水平。     

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。     

过牧及封育对红砂荒漠植被演替的影响

红砂灌丛植被是我国西北荒漠地区的主要放牧地,并在生态保护中具重要作用。本试验以内蒙古阿拉善盟不同过牧强度下的退化(轻度、中度和重度)红砂(Reaumuria soongorica)+无芒隐子草(Cleistogenes songorica)荒漠草地为对象。首次研究报道了不同过牧梯度和围栏封育对红砂植被演替的影响。经过6a过牧(平均1.8只羊·hm^-2),植被总盖度已由12%降至8%,平均每年盖度绝对值下降0.7%。随草地过牧加重红砂灌丛在逐渐消亡,在中度和重度退化样地的盖度已分别较轻度样地(7.5%)下降了74%和84% (P<0.05);质量差或产量低的草本在增加;无芒隐子草和匍根骆驼蓬(Peganum nigellastrum)的增加可分别作为该类草地中度和重度过牧演替的指示种。短期封育效果十分显著,封育一年的各样地平均较放牧样地比,植被盖度绝对值提高了1.7%,产草量增加2188%,红砂种子产量是放牧样地的371倍。然而,优势种红砂的产草量和盖度在封育期的相对恢复速率皆随样地退化加重而显著降低(P<0.05),重度退化区盖度封育当年的恢复速率为0。所以,封育是保护和恢复我国红砂荒漠植被的有效措施,但封育宜尽早开始,否则,红砂将恢复缓慢或难以复存。     

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.     

放牧对浑善达克沙地丘间低地植被群落及土壤的影响

为探究放牧对丘间低地植被群落及土壤的影响,分析了浑善达克沙地丘间低地在重度和轻度放牧下植被的地上生物量、物种重要值、物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Simpson生态优势度指数及0~10 cm土壤中黏粒、粉粒、砂粒、有机碳和全氮含量。结果表明：（1）植被地上生物量、土壤黏粒、粉粒、砂粒、土壤有机碳和全氮含量在不同放牧程度下存在极显著差异（P<0.01）,物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数在不同放牧程度下差异不显著（P>0.05）,Simpson生态优势度指数在不同放牧程度下差异显著（P<0.05）。（2）放牧区植被以禾本科为主,禾本科植被地上生物量占整个植被群落的54.88%~57.76%;重度放牧区植被地上生物量为63.59 g·m^-2,比轻度放牧区低26.61%。（3）羊草（Leymus chinensis）和狗尾草（Setaria viridis）是放牧区的优势种,其重要值依次为14.16%（重度放牧区）和19.10%（轻度放牧区）、13.40%（重度放牧区）和15.42%（轻度放牧区）,重度放牧下雾滨藜（Bassia dasyphylla）、克氏针茅（Stipa krylovii）和猪毛蒿（Artemisia scoparia）的重要值较显著高于轻度放牧区,而羊草则低于轻度放牧区。（4）重度放牧加剧了土壤沙漠化,使砂粒含量增加,草地生产力下降,土壤有机碳和全氮含量降低。     

围栏封育对不同类型高寒草地植物及土壤养分的影响（英文）

围栏封育是高寒草地最为常见的保育方式,不同类型草地的封育效应可能会存在差异。开展该方面的研究,可以评估围栏封育对草地恢复的效应,为藏北高原不同类型退化草地的恢复措施提供科学依据。本研究以藏北地区的高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠3类草地为研究对象,采用单因素方差分析对生物量、叶片–土壤养分含量以及化学计量比进行差异性检验,探讨了围栏封育对这3类高寒草地植物和土壤养分的影响。结果表明,围栏封育能显著提高这3类草地群落的地上生物量,但仅提高了10–20 cm高寒荒漠的地下生物量;围栏封育显著提高了高寒荒漠优势植物叶片的养分含量和10–20 cm土壤中全氮、全钾、有机碳的含量,并显著改变了C、N、P之间的化学计量比;而在高寒草甸和高寒草原围栏封育仅仅显著增加了高寒草原中优势物种叶片的N含量,其他养分指标和化学计量比均没有表现出显著的差异。以上结果表明,从植物和土壤养分来看,围栏封育对高寒荒漠草地的保育作用最为显著。     

长期实验增温对藏北高寒草甸群落营养品质的影响（英文）

草地营养品质与家畜和野生草食动物的幼畜补充和种群动态密切相关。然而,在青藏高原特别是藏北高原,高寒草甸营养品质对气候变暖的响应还没有得到充分的认识。本研究调查了藏北三个高寒草甸样地(A:4313 m、B:4513 m和C:4693 m,实验从2008年开始)的长期实验增温对群落营养品质的影响。基于2018–2019年的粗蛋白(CP)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、粗灰分(Ash)、粗脂肪(EE)和水溶性碳水化合物(WSC)含量,发现实验增温仅使样地B 2019年的CP含量增加了27.25%,ADF增加了89.93%,NDF增加了41.20%,Ash含量减少了57.76%。CP和WSC的含量均随土壤含水量(SM)的增加而增加,CP含量随饱和水汽压差(VPD)的增加而降低。SM和VPD对CP含量、ADF含量和营养品质变异的总的解释度大于气温。与气温相比,VPD更能解释NDF和Ash的变化。因此,气候变暖对藏北高原高寒草甸群落营养品质的影响随着地点和年份的不同而不同;与温度相比,水的有效性对藏北高原高寒草甸群落营养品质的影响更大。     

模拟增温对青藏高原高寒草甸群落碳氮计量学的影响（英文）

低温是影响青藏高原生态系统的重要限制因子。本研究基于青藏高原三个海拔(4300 m、4500 m、4700 m)上的模拟增温实验平台(开顶式增温箱,open top chambers,OTC),观测了2011年8–9月和2012年8月的高寒草甸生态系统的群落地上和地下碳氮计量学特征。结果表明:模拟增温显著增加了21.4%的2011年9月4500 m的群落地上氮含量,显著降低了3.9%的2012年8月4300 m的群落地上碳含量,而对其他情况下的群落碳氮计量学特征无显著影响;模拟增温显著增加了5.5%的2011年8月4500 m的群落地下碳含量,显著增加了28.0%的2011年9月4300 m的群落地下碳氮比,显著降低了15.7%的2011年9月4700 m的群落地下氮含量,显著降低了34.3%的2012年8月4700 m的群落地下碳含量,显著降低了37.9%的2012年8月4700m的群落地下碳氮比,而对其他情况下的群落碳氮计量学特征无显著影响。因此,模拟增温对不同海拔高度和不同月份的群落碳氮计量学的影响不一致,土壤铵态氮与硝态氮含量是影响植物群落碳氮计量学的主要因子。     

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。     

灌丛对川西北高寒草甸土壤资源的影响

以川西北高原红原县为研究区,用方格取样法,在相邻的高寒灌丛草地和高寒草甸样地中分别随机取0~20 cm土样50个,并分析了这些土样的土壤性状。利用SPSS(11.0)软件对实验数据进行了统计、分析和比较,研究了两个样地的各种土壤养分的平均含量、空间异质性和相关关系。结果表明,草甸样地的粘粒含量、Ptotal、Ntotal、ORG、Pavail、Navail、Kavail的含量都高于灌丛样地,且两样地速效养分差异极显著,但草甸样地土壤的ORG、Navail、Kavail的变异系数(CV)却明显小于灌丛样地,特别是Kavail的CV值,灌丛样地比草甸样地高出了53.37%;相关分析还表明,相对于草甸,灌丛样地中各养分元素之间的相关性明显增强。说明灌丛对高寒草甸土壤资源的异质性有明显的影响,其存在降低了草甸土壤养分的均值含量并增强了土壤养分的变异性和侵蚀潜力,不利于高寒草甸土壤养分的保持。     

东祁连山高寒草甸土壤理化性质对海拔和坡向的响应及其与植被特征的关系

为了探索高寒草甸土壤理化性质对海拔和坡向的响应及其与植被的关系,以东祁连山高寒草甸为研究对象,分析了7个海拔和2个坡向高寒草甸的土壤养分含量和生态化学计量比变化规律及其与植被的关系。结果表明：（1） 土壤含水量、电导率、有机碳、全氮、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量、碳磷比（C/P）和氮磷比（N/P）随海拔的升高呈先升高后降低的趋势,土壤容重、全磷和碳氮比（C/N）呈先降低后升高的趋势。（2） 同一海拔,大部分海拔梯度阳坡的土壤土壤容重、速效钾、电导率和全磷高于阴坡,阳坡的土壤含水量、速效磷、C/P和N/P低于阴坡,海拔3200 m梯度以下阳坡的土壤有机碳、全氮、碱解氮和C/N低于阴坡。（3） 不同海拔和坡向的高寒草甸土壤C/N、C/P和N/P处于14.55~38.13、12.61~87.94和0.27~5.01之间。（4） 冗余分析（RDA）发现,土壤容重、全氮和速效磷是影响高寒草甸植被的关键土壤因子,聚类分析发现海拔3200~3400 m的阴坡和阳坡聚为一类。综上所述,东祁连山高寒草甸土壤养分和生态化学计量比随海拔和坡向的变化呈规律性变化,基于对N/P比的分析发现,该区域高寒草甸类草原的初级生产力主要受土壤氮限制且低海拔和高海拔区域尤为明显,基于聚类分析发现,海拔3000 m和3400 m是该区域草地植被和土壤特征发生变化的临界线。建议在高寒草甸类草原的管理过程中,应该充分考虑海拔和坡向的分异性特征。     

有机质对青藏高原多年冻土活动层土壤持水性能的影响

土壤水分特征曲线描述土壤基质势ψ和含水量θ之间的函数关系,表征土壤的持水性能,是研究土壤水分入渗、蒸发、土壤侵蚀及溶质运移的关键。高寒气候特征使有机质在青藏高原地区大量积累,为确定多年冻土活动层土壤持水性能的影响因素,尤其是有机质的影响,在长江源北麓河地区采样分析。结果表明：相比于土壤粒度分布,容重和有机质是影响土壤持水性能的主要因素,其中高基质势下（0~-30 kPa）以容重影响为主,低基质势下（-100~-1 500 kPa）以有机质影响为主;有机质通过改变土壤结构和增强土壤的吸附性而影响土壤持水性能,同时影响程度取决于有机质的多少,土壤持水性与有机质含量呈正相关关系。本次研究有助于认识高寒地区土壤水文特征,对展开土壤水文过程的研究提供理论基础。     

退化沙质草地土壤种子库和地上植被对封育的响应机理

从植物种和植物功能类群两个水平系统探讨退化沙质草地土壤种子库和地上植被对短期封育管理响应机理的研究尚不多。以内蒙古东部的科尔沁沙地退化沙质草地为研究对象,采取随机样方法对禁牧6 a的封育区及与其相邻的自由放牧草地的土壤种子库和地上植物群落的物种密度进行了比较研究,草本植物群落被区分为一年生禾本科植物、非禾本科一年生植物和多年生植物3个主要功能类群。利用测定数据,分析研究了短期禁牧封育对土壤种子库和地上群落不同植物种和各植物功能类群的生态恢复作用机理。主要研究结果是：①短期封育显著促进了退化沙质草地植被的生态恢复,但发现土壤种子库和地上植被对禁牧的响应模式和机理存在明显差异,短期禁牧使土壤种子库中所有3个植物功能类群的密度均得到显著提高,而仅提高了地上植被一年生禾本科植物和多年生植物两个类群的密度;相反,禁牧显著提高了地上植被所有3个功能类群的物种丰富度和多样性,仅提高了土壤种子库中多年生植物类群的物种多样性。②短期禁牧显著增加了地上植物群落组成中可食和优良牧草的比例,提高了草地的经济利用价值。主要结论是：短期禁牧封育是一种经济有效的提高退化沙质草地植被多样性、生产力及对植物群落物种组成和草地品质进行优化调控和改良的重要草地管理手段。研究建议,今后应重点开展不同禁牧时间下对退化沙质草地土壤种子库和地上植被多样性、生产力及其物种组成变化影响的长期生态学控制实验研究。     

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。     

开垦对高寒草甸土壤有机碳影响的初步研究

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站地区,选择高寒草甸开垦后形成的一年生人工草地作为研究对象,开垦年限分别为0、1、11、16和20年,利用土壤有机碳密度分组法,进行了0~40cm土层土壤有机碳及不同组分（轻组有机碳,重组有机碳）含量及随开垦年限变化关系的研究。结果表明：高寒草甸开垦后其土壤有机碳的变化主要发生在0~10cm土层,土壤中SOC、LFOC和HFOC呈下降趋势,至20年时分别下降了10.5 %、26.7%、8.1 %,主要原因为当地较为强烈的风蚀作用、耕作侵蚀和开垦加剧了表层（0 ~10cm）土壤有机质的氧化分解,表层土壤中的粗有机物质在降水淋溶作用下,在土体下部重新淀积。而0 ~40 cm土体内,SOC、LFOC和HFOC略有增加,开垦20年,他们的累积速率分别为0.08 t C·hm-2·yr-1、0.07 t C·hm-2·yr-1、0.14 t C·hm-2·yr-1。人工草地长期种植虽然没有改变高寒草甸作为碳汇的基本功能,但却大大降低了其碳汇效应,植物-土壤系统年固定碳量由未开垦前的7.38t C·hm-2·yr-1下降至6.89 t C·hm-2·yr-1。     

全球变化对塔里木盆地北部盐化草甸植被的影响

本文探讨了全球变化对塔里木盆地北部盐化草甸净第一性生产力和群落演替的影响。全球变化对土壤蒸发和盐分积累的影响依地下水埋深的不同而有所差异,地下水埋深愈大,ＮＰＰ对全球的响应愈明显,ＮＰＰ的增幅也愈显著。地下不埋深愈小,土壤积盐愈强烈,盐化草甸植被的演替也愈明显,由此导致多数草甸植物的逐渐消失和多汁盐类灌木数量的不断上升。