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2019年36卷4期

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2019, 36(4): 1-4.
[摘要](1) [HTML全文] (2) [PDF 375KB](1)
摘要:
青藏高原高寒草地生态系统的适应性管理
孙建, 张振超, 董世魁
2019, 36(4): 933-938. doi:
[摘要](1161) [HTML全文] (381) [PDF 417KB](103)
摘要:
青藏高原约有1/3的草地经历着不同程度退化,严重危害区域生产、生活和生态安全。草地退化是气候变化等自然因素和过度放牧等人为因素综合作用的结果,主要表现为植被群落结构失调、功能减弱、土壤理化性质恶化。目前,草地恢复的主要措施有围栏封育、人工建植、鼠虫害及毒杂草防除等,需根据不同草地退化情况,因地制宜,采取合理有效的治理方案。对退化草地进行恢复治理,协调高寒草地生态系统生态、经济和社会功能的关系,实现高寒草地的可持续利用,关系到生态安全、区域稳定和经济发展,主要应从宏观功能区划,畜牧业科学发展、政策法规和教育落实3个方面进行。高寒草地生态系统的适应性管理应以生态学理论为基础,实现草地资源的可持续利用和草地生态系统的保护与恢复。作为青藏高原高寒草地生态系统适应性管理的前期探索和阶段性总结,本专辑收录了BG视讯青藏高原草地退化和恢复关键生态过程和机制等方面的研究成果,以期为高寒草地生态系统的保护和管理提供科学依据。
前植物生产层
若尔盖地区沙化草地土壤酶协同和抑制效应
王毅, 刘碧颖, 刘苗, 孙建, 曾涛
2019, 36(4): 939-951. doi:
[摘要](191) [HTML全文] (163) [PDF 1229KB](12)
摘要:
近年来,在不合理人类活动和气候变化的共同作用下,若尔盖地区高寒草甸沙化日趋严重,草地生态系统遭到严重破坏。土壤承载着植物、微生物和土壤动物等的生命活动,研究其理化性质、酶活性及二者的关系对草地生态系统的保护和恢复具有重要意义。本研究在若尔盖地区沙化草地设置样地,收集植物群落信息、采集土壤样品、分析土壤理化性质和酶活性,探讨不同沙化梯度下高寒退化草地的土壤理化性质和酶活性动态特征及其之间关系。结果发现: 随着沙化程度的加剧,土壤容重、pH和碱性磷酸酶活性呈增加趋势,土壤6种营养元素(有机碳、全碳、速效氮、全氮、速效磷和全磷)及脲酶、木质素过氧化物酶、β-葡萄糖苷酶和N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶呈递减趋势;土壤pH与碱性磷酸酶呈显著正相关关系(P<0.01),与木质素过氧化物酶、β-葡萄糖苷酶和N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶均呈显著负相关关系(P<0.01)。碱性磷酸酶与木质素过氧化物酶和β-葡萄糖苷酶均呈显著线性负相关关系(P<0.01,R2=0.27;P<0.05,R2=0.17),碱性磷酸酶活性的增加对木质素过氧化物酶和β-葡萄糖苷酶有一定的抑制效应。木质素过氧化物酶与β-葡萄糖苷酶和N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶均呈显著线性正相关关系(P<0.01,R2=0.59;P<0.01,R2=0.26),木质素过氧化物酶活性的增加对β-葡萄糖苷酶和N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶有一定的促进作用,它们之间存在一定的协同关系。该研究为进一步探索若尔盖地区草地沙化土壤酶活性机理提供了科学依据和重要的参考价值。
青藏高原北麓河流域不同退化程度高寒草甸土壤呼吸特征
赖炽敏, 薛娴, 赖日文, 李成阳, 尤全刚, 张文娟, 刘斐耀, 彭飞
2019, 36(4): 952-959. doi:
[摘要](166) [HTML全文] (151) [PDF 942KB](12)
摘要:
土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要环节之一,而青藏高原高寒草甸的大面积退化对土壤呼吸及碳循环造成重要影响。为了进一步探明高寒草甸退化对土壤呼吸的影响,对北麓河区不同退化程度高寒草甸土壤呼吸及其相关因子进行了测定,分析了土壤呼吸与生物量、地下净初级生产力以及土壤温度的关系。结果表明: 1)不同退化程度高寒草甸土壤呼吸在生长季均表现出相似的动态特征,随退化程度加剧呈先增加后降低的变化趋势,在中度退化程度达到最大值,且在生长季中期变化显著(P < 0.05)。2)土壤呼吸和地上、地下生物量及地下净初级生产力均显著线性正相关(P < 0.05)。3)土壤温度与土壤呼吸之间呈指数关系,但不同退化程度下土壤呼吸对土壤温度的敏感性不同,土壤呼吸敏感性在轻度退化(Q10 = 3.26)和中度退化程度(Q10 = 3.22)大于未退化(Q10 = 2.66),而在重度退化(Q10 = 2.49)和极度退化程度(Q10 = 1.96)小于未退化;这主要是由不同退化程度土壤温度、地下生物量以及土壤有机碳含量的差异造成。研究的结果有助于进一步认识退化草地的碳循环过程。
藏北高寒草地土壤有机质化学组成对土壤CO2排放的影响
马书琴, 鲁旭阳
2019, 36(4): 960-969. doi:
[摘要](351) [HTML全文] (167) [PDF 734KB](17)
摘要:
土壤有机质(Soil organic matter, SOM)是草地生态系统的重要碳库,但由于SOM形成的复杂性,长期以来对SOM化学组成特征的研究存在一定挑战性。本研究基于热裂解气相色谱–质谱联用(Pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry, Py-GC/MS)的方法,从SOM化学组成的角度分析了其对藏北高寒草甸和高寒草原两种高寒草地土壤CO2排放的影响。研究结果显示: 1)含氮化合物是两种高寒草地SOM化学组成中重要成分,分别占总SOM的38.0%和52.5%;2)多糖类和萜烯类在两种高寒草地SOM中差异性达到显著水平(P < 0.05);3)通过分析两种草地SOM化学组成与土壤CO2排放量之间的相关关系,发现多糖直接影响着土壤CO2累积排放量,拟合方程为Y = 86.76X + 344.87(R2 = 0.63, P< 0.05),式中Y为CO2累积排放量,X为多糖类的相对含量;4)SOM化学组成中多糖类、含氮化合物和芳香烃物质与土壤中细菌、真菌、放线菌、革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌之间显著相关(P < 0.05)。综上可知,高寒草地SOM化学组成直接关系着土壤微生物的数量和CO2的排放过程,SOM的化学成分和化学组成可以在一定程度上直接用于预测土壤CO2的排放特征。
人工干预对黄河源区沙化草地土壤微生物群落的影响
张文娟, 薛娴, 彭飞, 尤全刚, 潘晶, 李成阳, 赖炽敏
2019, 36(4): 970-979. doi:
[摘要](223) [HTML全文] (164) [PDF 930KB](9)
摘要:
土壤微生物作为生态系统的重要组成部分,其群落变化可以反映土壤变化并有效指示退化土地的恢复成效。本研究以黄河源区沙化草地为对象,应用Illumina MiSeq测序技术对无任何人工干预措施的对照样地(CK)、播草种样地(P1)、4年砾石方格沙障 + 播草种样地(P2)和12年砾石方格沙障 + 播草种样地(P3)的土壤细菌和真菌群落进行了高通量测序,分析了不同干预措施(沙障 + 播草种/播草种)和干预时间(4年/12年)对沙化草地土壤细菌和真菌群落组成的影响。结果发现: 1)细菌群落在CK和P1样地聚为一组,P2和P3样地聚为另一组,真菌群落在CK、P1和P2样地聚为一组,P3单独为一组;2)表层土壤有机碳和硝态氮含量在P3样地中显著高于CK和P2样地(P < 0.05),而土壤铵态氮在各样地间无显著差异(P > 0.05);3)植被盖度在P3样地中显著高于CK和P2样地(P < 0.05),杂类草地上生物量在P3样地中显著高于CK样地(P < 0.05)。研究认为,砾石方格沙障 + 播草种的干预措施促进了黄河源区沙化草地表层养分的积累,改变了土壤微生物群落结构,有利于植被的定殖和生长,且随措施实施年限的延长,改善成效愈加明显,是高寒地区严重沙化土地治理的一种有效措施。
藏北高寒草地土壤冻融过程水热变化特征
冉洪伍, 范继辉, 黄菁
2019, 36(4): 980-990. doi:
[摘要](188) [HTML全文] (168) [PDF 3060KB](13)
摘要:
为深入认知藏北高寒草地土壤冻融循环过程,依托申扎高寒草原与湿地生态系统观测试验站,开展了高寒草地土壤剖面水热变化过程监测,基于2015–2016年数据,对藏北高寒草地冻融循环过程中温度、含水率变化特征进行了分析,并探讨了冻融过程与气温、降水的关系。结果表明,土壤剖面各土层温度和含水率均呈准周期性变化,且变化幅度随深度增加而降低;11月初至次年4月底是藏北高寒草地土壤的冻结期,可分为初冻期(11月)、稳定冻结期(12月至2月上旬)、消融前期(2月中旬至3月下旬)和消融后期(3月下旬至4月中旬)4个阶段;观测期土壤冻结的最大深度在160 cm左右;冻结深度上下限和积温呈现出显著的相关关系,含水率和温度变化相互影响,水分在土壤热量传递时有着重要作用。研究结果可为进一步理解冻融水热耦合作用及生态系统对冻融的响应提供理论支持。
冻融过程土壤水热力耦合作用及其模型研究进展
冉洪伍, 范继辉, 黄菁
2019, 36(4): 991-999. doi:
[摘要](1181) [HTML全文] (309) [PDF 543KB](61)
摘要:
冻融过程水热力耦合是寒区水文循环的重要内容,是寒区农业、建筑、生态领域需要迫切解决的问题。本研究对冻土冻融过程、水热力耦合机理研究进行了分析: 目前对于水分迁移驱动力大多归结于土壤水势梯度,采用土壤水分特征曲线进行求解,但是这种方法并没有考虑土体温度、土体形变以及土壤的物理特性指标。水热力耦合模型实现了水分、温度、应力之间的耦合,但是水分、温度、应力的变化对土壤特征参数的反馈机制并未体现;在多场作用下的分凝冰形成机理是解决土体冻胀的关键,对该问题有待进行深入研究。同时对目前主流的水动力学模型、刚性冰模型、热力学模型3类耦合模型在适用性和准确性方面进行了讨论。最后,针对目前冻融过程水热力耦合研究存在的问题进行分析并提出研究的构想。
围栏封育高寒草地植物地上生物量和物种多样性对关键调控因子的响应
陈智勇, 谢迎新, 刘苗
2019, 36(4): 1000-1009. doi:
[摘要](1004) [HTML全文] (224) [PDF 1134KB](77)
摘要:
高寒草地退化日益严重,且限制区域的可持续发展。本研究分析了围栏恢复措施下土壤理化性质的变化对地上生物量和群落多样性的影响,探讨退化草地植物恢复中的关键调控因子。通过对西藏申扎地区退化草地4、5、7、8和9年的围栏样地调查分析发现: 1)退化草地生物多样性、地上生物量和植被盖度均随着围栏年限的增加而先增加后减少,围栏年限为7年时出现拐点;2)土壤含水量、土壤有机质、速效氮和全氮对地上生物量和生物多样性有显著正效应(P < 0.05),而土壤pH和容重对地上生物量和生物多样性都表现出显著的负相关关系(P < 0.05)。可知,保持或者提升土壤水分和养分是退化草地恢复关键过程,此外,藏北申扎地区退化地恢复的最优围栏年限为7年左右。
青藏高原不同退化梯度高寒草地植被与土壤属性分异特征
詹天宇, 侯阁, 刘苗, 孙建, 付顺
2019, 36(4): 1010-1021. doi:
[摘要](755) [HTML全文] (200) [PDF 959KB](58)
摘要:
高寒草地是青藏高原生态系统的重要组成部分,草地退化严重影响区域可持续发展。目前,不同草地退化的演替过程中,土壤属性与植被特征的变化机理尚未理清。本研究以青藏高原为研究对象,整合分析(meta-analysis)不同退化梯度草地的植被群落、生产力及土壤属性特征。结果表明: 不同退化梯度下,植被地上和地下生物量均降低,土壤特征均呈恶化趋势。尤其是在重度退化草地中,地上生物量、地下生物量、物种丰富度和物种均匀度较未退化草地分别显著降低了42.44%、60.64%、21.08%和8.36%,土壤含水量、有机碳、全氮和全磷同样较未退化草地分别显著下降了33.57%、45.75%、22.70%和11.23%,而土壤容重显著上升了12.12%(P<0.05)。就效应比而言,植被生物量与土壤主要性质(有机碳、全氮和全磷)均呈显著正相关关系,表明草地退化过程中植被生产力与土壤性质互相影响,相较氮和磷含量,碳含量的流失非常严重。研究结果可为青藏高原地区受损草地的修复提供科学依据。
牦牛放牧强度对青藏高原东缘高寒草甸群落结构与土壤理化性质的影响
周国利, 程云湘, 马青青, 申波, 曲久, 田富, 常生华
2019, 36(4): 1022-1031. doi:
[摘要](780) [HTML全文] (226) [PDF 992KB](68)
摘要:
为探究牦牛放牧干扰对不同地区高寒草甸的影响,本研究分析了青藏高原东缘甘肃省甘南州玛曲县(放牧强度: G1 = 13 sheep·hm–2,G2 = 17.6 sheep·hm–2,G3 = 32.5 sheep·hm–2)和青海省果洛州玛沁县(放牧强度: G1 = 13.2 sheep·hm–2,G2 = 15 sheep·hm–2,G3 = 43.5 sheep·hm–2)高寒草地在不同放牧强度(G1 < G2 < G3)下的牧草地上生物量(aboveground biomass, AGB)、地下生物量(belowground biomass, BGB),物种丰富度(Richness)、多样性指数(Shannon-Wiener diversity index)、优势度指数(Simpson dominance index)、均匀度指数(Pielou evenness index)、0–10 cm土壤水分(soil moisture, SM)及土壤有机碳(soil organic carbon, SOC)含量。结果表明: 1)甘南和果洛地区AGB均随着放牧强度的增加而下降,且放牧区的AGB均低于未放牧区域;放牧强度为G3时,果洛的AGB显著低于甘南(P < 0.05)。在同等放牧强度下,果洛的BGB都显著低于甘南(P < 0.05)。2)在甘南地区,植物群落Richness、Shannon-Wiener index以及Pielou index均随放牧强度增加而增加。放牧强度为G1时,果洛地区高寒草甸的Richness、Shannon-Wiener index、Simpson index以及Pielou index均显著高于甘南地区(P < 0.05)。3)在禁牧区域,优良牧草(禾本科 + 莎草科)的AGB约占草地生物量的50%;随着放牧强度的增加,优良牧草的比例降低而杂草(可食杂草 + 有毒杂草)比例增加。4)在G1和G2放牧处理下,甘南地区高寒草地的土壤有机碳显著高于果洛(P < 0.05);长期的放牧干扰显著降低了土壤水分,且甘南显著低于果洛(P < 0.05);地区差异对物种多样性和土壤有机碳、土壤水分产生影响。综上所述,放牧对甘南的植被和土壤影响更大。
青藏高原高寒草地植被物候时空变化特征
黄文洁, 曾桐瑶, 黄晓东
2019, 36(4): 1032-1043. doi:
[摘要](639) [HTML全文] (215) [PDF 1377KB](102)
摘要:
植被物候是生态系统对气候变化反馈的重要感应器,研究青藏高原高寒草地植被物候变化对揭示高寒生态系统对全球气候变化的响应机制具有重要的科学意义。本研究选取2001–2015年MODIS植被指数(vegetation index, VI)16 d最大值合成产品MOD13A1,以TIMESAT 3.2平台为基础,采用阈值法提取青藏高原高寒草地植被物候期,包括返青期(start of growth season, SOG)、枯黄期(end of growth season, EOG)和生长季长度(length of growth season, LOG),分析青藏高原高寒草地2001–2015年植被物候时空变化及其驱动力。结果表明,1)随着水热条件的差异,青藏高原由东南向西北,返青期逐渐推迟,从儒略日第110天推迟到第170天;枯黄期逐渐提前,从儒略日第300天提前到第260天;生长季长度逐渐缩短,由170 d逐渐缩短为100 d。不同草地类型的物候期表现出明显的差异。2)青藏高原高寒草地植被物候年际变化中返青期呈提前趋势,枯黄期也呈提前趋势,整体上,生长季长度呈增长趋势。3)海拔是影响青藏高原高寒草地类型物候空间分布异质性的主要因素。在3 500 m以下,植被物候随海拔变化的波动较大,没有明显的规律;在3 500–5 000 m,物候与海拔的关系密切,随着海拔升高,不同草地类型的返青期逐渐推迟,枯黄期逐渐提前,生长期长度也逐渐缩短。
青藏高原北麓河流域不同退化程度高寒草甸生产力和群落结构特征
李成阳, 赖炽敏, 彭飞, 薛娴, 尤全刚, 张文娟, 刘斐耀
2019, 36(4): 1044-1052. doi:
[摘要](565) [HTML全文] (176) [PDF 1070KB](71)
摘要:
近年来,青藏高原高寒草甸部分地区退化严重,对生态环境及牧民畜牧业生产造成了不利的影响。在草地不同退化阶段中存在着关键阶段,超过了这个阶段,极难恢复。因此,确定草地退化的关键阶段是草地可持续恢复的基础。研究样地设在青藏高原北麓河流域多年冻土区,根据植被和土壤特征选取了未退化到极度退化的5个退化梯度,探讨不同退化程度对植被地上、地下生物量以及群落中各功能群相对盖度的影响,为揭示多年冻土区高寒草甸植被退化关键阶段提供依据。结果表明: 1)随着退化程度加剧,禾本科和杂草类植物相对盖度显著增加(P < 0.05),而莎草科植物相对盖度则显著降低(P < 0.05);2)地上生物量在轻度退化阶段无显著变化(P > 0.05),中度退化阶段开始显著降低(P < 0.05);3)地下生物量和地下净初级生产力均在中度退化阶段后显著降低(P < 0.05),地下净初级生产力在各土壤深度比例有向深处增加的趋势;4)不同退化程度莎草科植物相对盖度和地下净初级生产力在0–10 cm土壤深度所占比例极显著正相关(P < 0.01),但与10–20 cm土壤深度地下净初级生产力所占比例无显著相关(P > 0.05),与20–30 cm和30–50 cm土壤深度地下净初级生产力所占比例均显著负相关(P < 0.05),而杂草相对盖度和地下净初级生产力在各土壤深度所占比例则表现出与莎草科植物相反的趋势。中度退化是草地退化的关键阶段。
气候要素和土壤质地对青藏高原草地净初级生产力和降水利用率的影响
何楷迪, 孙建, 陈秋计
2019, 36(4): 1053-1065. doi:
[摘要](363) [HTML全文] (255) [PDF 3586KB](14)
摘要:
植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)和降水利用率(precipitation-use efficiency,PUE)是直观反映群落生长状况以及植被对降水的利用效率的重要指标。以青藏高原为研究区,利用2000–2015年植被NPP遥感产品,结合同时期的气象和土壤质地数据,采用回归分析、相关性分析和构建结构方程模型分析降水、气温和土壤质地对青藏高原NPP和PUE变化的影响。结果表明,1)降水(|r| = 0.71,P < 0.001)和气温(|r| = 0.67,P < 0.001)与NPP呈极显著正相关关系,且降水对NPP影响大于温度;2)降水(|r| = 0.4,P < 0.001)和气温(|r| = 0.56,P < 0.001)与PUE呈极显著正相关关系,但降水对PUE变化的解释能力低于温度;3)土壤黏粒含量和PUE之间呈极显著正相关关系(|r| = 0.41,P < 0.001),土壤砂粒含量和PUE之间呈显著负相关关系(|r| = 0.35,P < 0.001)。综上可知,在青藏高原降水是NPP的第一限制因子,而温度是控制PUE的首要因子,土壤质地对PUE的影响应予以长期关注,这有利于为不同质地条件下的水资源分配方式提供参考。
藏北高寒草原典型物种凋落物分解与养分动态
陈有超, 马书琴, 鲁旭阳
2019, 36(4): 1066-1073. doi:
[摘要](190) [HTML全文] (167) [PDF 732KB](14)
摘要:
凋落物分解在陆地生态系统碳循环和养分循环中起着重要作用,以往的研究主要集中在森林生态系统和温带草原生态系统,而对于高寒草原生态系统关注不足。本研究采用凋落物袋法,通过为期3年的野外分解试验,研究青藏高原北部高寒半干旱草原4种典型物种凋落物[紫花针茅(Stipa purpurea)、青藏苔草(Carex moocroftii)、火绒草(Leontopodium pusillum)、昆仑蒿(Artemisia nanschanica)]的分解动态。结果表明,4种凋落物的质量损失在不同物种和分解时间下存在显著差异,在试验结束时,各物种凋落物失重率大小顺序为昆仑蒿(46.69%) > 紫花针茅(44.97%) > 青藏苔草(33.55%) > 火绒草(17.05%);凋落物的分解常数在0.07~0.22,分解的半衰期在3.14~10.50年,分解的周转期在13.59~45.37年;分解过程中氮(N)、磷(P)养分主要表现为累积–释放和直接释放两种模式,在试验结束时,4种凋落物N、P养分的残留量均表现为火绒草 > 青藏苔草 > 紫花针茅 > 昆仑蒿。本研究将丰富对高寒地区半干旱草原生态系统的生物地球化学循环过程的认识。
基于BIOMOD的黄河源区高原鼠兔潜在分布及其影响因子
杜嘉星, 孙义, 向波, 陈建军, 秦彧, 侯秀敏, 于红妍, 宜树华
2019, 36(4): 1074-1083. doi:
[摘要](341) [HTML全文] (184) [PDF 789KB](12)
摘要:
高原鼠兔(Ochotona curzoniae)在黄河源区广泛分布,是高寒草地生态系统中的关键种。认识高原鼠兔的空间分布及其影响因子对了解草地退化的原因、“黑土滩”的形成和高原鼠兔对栖息地的选择以及在生态系统中的作用有重要意义。本研究使用无人机获取黄河源区的高原鼠兔存在/不存在数据,使用BIOMOD物种分布集成预测平台,用10种不同模型对该区域的高原鼠兔潜在分布进行预测。结果表明,应用BIOMOD能降低预测的不确定性和误差,提高预测的精度,随机森林(random forest, RF)能较好地预测该区域的高原鼠兔分布。本研究为预测高原鼠兔潜在分布提供了新的方法,研究结果可为当地高原鼠兔防治提供相应的科学依据。
高山草原鼠兔(Ochotona curzoniae)洞口密度与植被物种和土壤性质的关系: 以申扎县为例
侯阁, 詹天宇, 刘苗
2019, 36(4): 1084-1093. doi:
[摘要](576) [HTML全文] (191) [PDF 1120KB](60)
摘要:
本研究以高山草原鼠兔(Ochotona curzoniae)为研究对象,对5个不同鼠洞密度梯度的草地生境、植物群落组成、土壤养分以及地上生物量研究分析。结果表明: 1)草地生境土壤温度、容重与鼠兔洞口数量呈显著负相关关系(P < 0.05),而植物群落中高山豆(Tibetia himalaica)数量的变化与鼠兔洞口数量变化相一致;2)随着鼠兔洞口数量的增多,土壤养分(土壤全碳、全氮、全磷、有机碳、速效氮和速效磷)含量增加,但未通过显著性水平检验(P > 0.05),地上生物量显著增多(P < 0.05),但是地上植物多样性却显著降低(P < 0.05)。研究结果揭示了高原鼠兔更偏好于保暖性好和干燥的土壤,以及棘豆类植物主要分布的草地;此外,高原鼠兔洞口数量的增加,在一定范围内,能够改善高寒草原的土壤营养环境,促进地上生物量的增长。
高原鼠兔洞穴密度与高寒草甸植物群落结构以及土壤因子的关系
田富, 程云湘, 周国利, 马青青, 申波, 曲久, 常生华
2019, 36(4): 1094-1104. doi:
[摘要](220) [HTML全文] (177) [PDF 747KB](18)
摘要:
本研究采用有效洞穴法确定高原鼠兔(Ochotona curzoniae)鼠洞密度(从低到高划分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4个梯度),通过分析鼠洞密度与研究区裸地面积、土壤物理特征、植被结构特征的关系探究鼠兔活动对果洛藏族自治州高寒草甸土壤和植被的影响。结果表明: 1) 4个梯度的有效鼠洞数量依次为每100 m2(4 ± 3)个(Ⅰ)、(15 ± 2)个 (Ⅱ)、(24 ± 2)个(Ⅲ)、(37 ± 5)个(Ⅳ);2)高寒草甸表层(0–10 cm)土壤含水量受鼠洞密度影响,在梯度之间差异显著(P < 0.05),随鼠洞密度增加表层土壤含水量急剧下降,在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ样地基本在50%以下;3)鼠洞密度对表层土壤紧实度影响不显著(P > 0.05),仅梯度Ⅱ样地内的土壤紧实度显著高于梯度Ⅰ样地(P < 0.05),其他梯度两两之间差异不显著(P > 0.05);4)有效洞口数影响样地内裸地面积(P < 0.001),其中梯度Ⅳ样地裸地面积最多(占比8.75%);5)鼠洞密度对高寒草甸群落盖度影响显著(P < 0.001),梯度Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ样地的植物群落总盖度(46.55%~41.15%)显著低于梯度Ⅰ样地(98.7%);6)鼠洞密度影响高寒草甸植被群落结构,伴随鼠洞密度的增加,优势种高山嵩草(Kobresia pygmaea)、矮嵩草(Kobresia humilis)的重要地位未改变,伴生种秦艽(Gentiana macrophylla)、垂穗披碱草(Elymus nutans)、毛果婆婆纳(Veronica eriogyne)的重要值逐渐增大,矮泽芹(Chamaesium paradoxum)、西藏堇菜(Viola kunawarensis)、矮金莲(Trollius farreri)逐步退出群落结构;7)鼠洞密度对高寒草甸群落多样性指数影响微弱(P > 0.05),不同鼠洞密度梯度样地之间植物多样性指数差异不显著。综上所述,适当的鼠兔干扰有助于改善鼠兔生境,推动高寒草甸生态系统正向演变,当高原鼠兔干扰过高时,生境质量下降迫使高寒草甸生态系统逆向演替。
三江源草地植被群落与土壤性质对不同鼠兔密度的响应
刘碧颖, 王毅, 刘苗, 曾涛
2019, 36(4): 1105-1116. doi:
[摘要](1017) [HTML全文] (201) [PDF 932KB](55)
摘要:
为了探究高原鼠兔(Ochotona curzoniae)对高寒草地的影响,2016年在三江源高寒草原选取4个不同高原鼠兔密度梯度的采样点取样,分别对植被群落特征、地上地下生物量、土壤理化性质与高原鼠兔密度梯度进行相关分析。结果表明,1)植被群落的物种丰富度整体上随鼠兔密度的增加呈现显著下降的趋势,但适量的高原鼠兔能够改变草甸植物群落的组成。2)地上生物量和地下生物量都随着高原鼠兔密度的增加而减少,但其根茎比整体随高原鼠兔种群密度梯度呈逐渐升高的趋势。3)不同土壤属性及其在不同土壤深度上对鼠兔种群密度梯度的响应差异显著,在0–20 cm的土壤中,多数土壤属性值随鼠兔种群密度梯度的增加呈现波动状递减趋势;无鼠兔采样点与高密度和低密度鼠兔采样点的土壤属性整体上差异显著,而与中密度鼠兔采样点的土壤属性值趋于近似。4)通过对所有采集的土壤性质指标与根茎比做热度图分析,发现土壤因子是影响植物根茎比变化的主要驱动力。结果表明,适度的高原鼠兔密度能够改变草原的植物群落结构,改善土壤营养,为草原生态系统的可持续发展做出一定贡献。
植物生产层
西藏日喀则地区8个引进燕麦品种的生产性能和营养品质比较
张光雨, 王江伟, 张豪睿, 付刚, 沈振西
2019, 36(4): 1117-1125. doi:
[摘要](217) [HTML全文] (230) [PDF 858KB](18)
摘要:
草畜平衡对于西藏草原的可持续发展和畜牧业的高效生产非常必要,为了筛选出适宜在西藏日喀则地区种植的燕麦 (Avena sativa) 品种,缓解过度放牧对天然草地的压力,本研究在西藏日喀则地区南木林县艾玛岗草原站对8个燕麦品种的干重、株高、叶茎比、穗长、穗重和千粒重以及粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、木质素指标进行综合评比。生产性能结果表明,青引1号的干草产量最高(12 406.95 kg·hm–2)、穗重最大(3.67 g),青引3号的穗长最长(25.60 cm)、株高最高(159 cm),林纳的千粒重最大(43.94 g);营养品质结果表明: 青引2号的粗蛋白含量最高(6.40%),青燕1号的酸性洗涤纤维含量最低(28.55%),林纳的中性洗涤纤维含量最低(52%),青引1号的粗脂肪含量最高(52.7%),青燕1号的灰分含量最高(4.97%),青引2号的木质素含量最低(24.18%)。应用灰色关联度理论对燕麦的产量与营养品质进行综合分析发现,青引1号、青引3号和青引2号适宜在西藏日喀则地区种植推广。
不同积雪厚度下的高山草地植物个体与功能群水平的性状
王金牛, 周天阳, 高景, 周海燕, 杜文涛
2019, 36(4): 1126-1136. doi:
[摘要](616) [HTML全文] (198) [PDF 843KB](56)
摘要:
季节性积雪综合影响着高山草地生态系统的结构与功能,以及植物不同水平对环境异质性响应的复杂性。本研究利用山脊风成的自然积雪梯度,首先对比高山草地不同处理之间的土壤环境因子,发现土壤含水量深雪覆盖处理显著较高。全氮、全磷和有机碳含量并无显著变化,而有效磷、微生物生物量碳(microbial biomass carbon, MBC)和微生物生物量氮(microbial biomass nitrogen, MBN)在不同积雪处理下均有显著差异且在生长旺季最低。高山草地植物性状对积雪厚度处理下的响应,高原毛茛(Ranunculus tanguticus)仅有单叶质量(individual leaf mass, ILM)无显著差异。紫罗兰报春(Primula purdomii)在厚雪地段的ILM显著大于浅雪,而甘肃马先蒿(Pedicularis kansuensis)的表现却相反;高原毛茛在浅雪地段的ILM、株高(plant height, PH)均显著高于深雪。中期开花的长叶火绒草(Leontopodium longifolium)和羊茅(Festuca ovina)在厚雪地段具有更大的比叶面积(specific leaf area, SLA)。矮生嵩草(Kobresia humilis)在浅雪地段具有显著更高的SLA、单叶面积(individual leaf area, ILA)和PH。晚期开花的华丽龙胆(Gentiana sino-ornata)的变化类似矮生嵩草;星状雪兔子(Saussurea stella)的单叶重量和大小有地段性差异。功能群水平上雪被厚度仅对植物的株高有显著影响,不同开花物候对叶片性状和PH均有极显著的影响。最后明确了植物性状与环境因子之间的相关性,早花植物的SLA和PH均与pH负相关,SLA与有机碳、全氮和砂粒含量均负相关。中期开花植物的SLA与pH、砂粒含量均正相关,而与全磷负相关;株高与有机碳、全氮和全磷均负相关。不同开花期功能群植物的比叶面积与株高均正相关。植物性状响应雪被厚度变化的物种及开花物候功能群特异性反映了高山草地植物适应环境变化及其异质性的生存策略,在高山草地草场维护与管理中,需要合理配比草种,以保证畜牧业的可持续发展。此结论在高寒工程实践的生态修复中也具有一定的应用价值。
青藏高原东南缘沙地3种治沙草本根系形态格局特征
陈有军, 苟小林, 孙建, 董全民, 周青平
2019, 36(4): 1137-1147. doi:
[摘要](232) [HTML全文] (157) [PDF 966KB](13)
摘要:
植物根系是沙化地中植物固沙的重要基础,为明确不同治沙草本植物根系形态格局特征,本研究在青藏高原东南缘比较了资源圃和沙化地中一年生燕麦(Avena sativa)、多年生垂穗披碱草(Elymus nutans)和以礼草(Kengyilia hirsuta)地下根系根尖数、分枝数、平均直径、根长、根表面积、根体积的形态特征,分析了3种草本根尖比、根长比、根表面积比、根体积比的形态格局特征,探讨3种草本根系对沙化环境的适应能力。结果表明,一年生燕麦根系表面积和根体积在资源圃中显著高于沙地(P < 0.05);垂穗披碱草根系形态在资源圃和沙地中没有明显差异(P > 0.05);以礼草根系根尖数、根分枝数、根长、根表面积在资源圃中明显低于沙地,但是以礼草根系平均直径在资源圃中明显高于沙地(P < 0.05)。一年生燕麦根系体积在沙地中大量减少,增加0.2~0.4 mm各径级下的根尖比、根长比、表面积比、体积比用于适应沙化环境;多年生的垂穗披碱草并未显著调整自身根系结构用于适应沙化环境;多年生以礼草通过减少了较大径级(0.7~0.8 mm)的根长和表面积来增加了小径级(0.1~0.2 mm)的根长、表面积和体积的格局,来增加对沙化环境的适应性;垂穗披碱草和以礼草根系形态格局比燕麦根系形态格局更加适应沙化环境。
后生物生产层
2010 – 2017年藏北高寒退化草地禁牧恢复效果评价
冯云飞, 李猛, 李少伟, 邸迎伟, 沈振西, 张宪洲, 余成群, 严俊, 席永士, 武建双
2019, 36(4): 1148-1162. doi:
[摘要](346) [HTML全文] (186) [PDF 2574KB](19)
摘要:
针对退化草地进行禁牧封育是现行草原生态保护奖励补助政策的重要举措之一,科学地评估禁牧成效并探究其对气候的响应机制对于未来禁牧工程布局优化具有重要意义。本研究以西藏那曲和阿里两地市2 413块禁牧地为对象,计算草原生态保护补助奖励政策实施前(2000–2009年)和政策实施后(2010–2017年)禁牧草地归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)均值差(ΔMeanNDVI)和趋势差(ΔTrendNDVI)来评价禁牧有效性,并结合两个时段内生长季温度和降水的均值差和趋势差探讨气候变化对高寒草地禁牧效果的影响。研究发现: (1) 前后两个时段禁牧有效 ΔMeanNDVI > 0和ΔTrendNDVI > 0地块比例分别为67.3%和40.5%,禁牧出现负面影响,ΔMeanNDVI < 0和ΔTrendNDVI < 0的地块比例分别为22.5%和31.0%;禁牧无显著影响,ΔMeanNDVI ≈ 0和ΔTrendNDVI ≈ 0的地块比例分别为10.2%和28.4%;(2) NDVI与生长季温度和降水相关性系数平均值分别0.27和0.37;前后两个时段NDVI与生长季温度相关性没有显著改变;草原和荒漠区禁牧地NDVI与生长季降水相关系数从0.236提升到0.370。(3)线性回归和方差分析均显示生长及温度和降水对NDVI影响显著但解释度很低(约2%)。本研究表明,藏北高原围栏禁牧对草地植被恢复有效性及其效益规模具有明显的空间异质性。因此,建议禁牧已出现负面影响的地块应及时开放为放牧地,有效的地块未来应探明其最佳禁牧年限,无效的地块应探讨除气候变化以外人文因素的影响。
近35年青藏高原植被带变化对气候变化及人类活动的响应
魏彦强, 芦海燕, 王金牛, 孙建, 王旭峰
2019, 36(4): 1163-1176. doi:
[摘要](193) [HTML全文] (165) [PDF 12111KB](25)
摘要:
植被类型及其生长状况被认为是指示气候及其变化的重要因子,历来受生态学及气候研究重视,而以植被带随气候暖化向高海拔、高纬度地区的迁移为视角的研究则相对较少。本研究以指示植被带生长状况的归一化植被指数(AVHRR/GIMMS-NDVI)为分析手段,选取在气候变化中较为敏感的青藏高原为研究区,分析了1981–2015年35年间其植被带生长状况的时空差异,并与其对应的87个气象站点及同化数据的气温、降水气象资料以及经济统计数据等进行对比,以此来分析植被带对气候变化及人类活动影响的响应。结果显示: 1)整个青藏高原在最近35年植被带生长状况总体上好转,这与气温及降水的增长趋势基本一致,但以高原为整体的研究在原因解释上较为困难。由于高原内部区域间差异很大,以不同的分区来研究植被带变化对气候及人为影响的响应无论在空间变化差异还是在原因解释方面均取得了较好的效果。2)在高原中部及其西南部的高海拔地区,植被带出现了普遍的增长,暖湿化的气候趋势是其主要原因。即气候暖化使得高海拔地区严寒的植被生长环境改善,林线上升,植被带扩展,NDVI增加。3)在高原东北部、东部边缘区及其东南部海拔相对较低、气候环境相对较好的地区其植被带普遍出现了退化趋势,与缓慢的气候变化相比较,人口增加等人为干扰因素的增强是其主要原因。即气候变化使得一些地区适宜于人类游牧和定居,人口迁入,城市化发展,当对植被带的影响超过了其承受能力时则出现逆转现象,植被带退化,NDVI减少。
农户对气候变化的适应能力评价及限制因子: 基于青藏高原典型农业区调查数据
张亮, 魏彦强, 周强, 刘峰贵, 陈琼, 杨登兴, 赵佩, 侯志瑞
2019, 36(4): 1177-1189. doi:
[摘要](171) [HTML全文] (154) [PDF 1298KB](12)
摘要:
全球变化背景下,适应气候变化已成为可持续发展的准则。农户是农村社会最重要、最基本的生产单位,通过农户对气候变化适应能力评价及其限制因子的诊断研究,可以提高农户适应行为的有效性,增强适应能力。本研究借鉴可持续生计框架和适应能力评估框架,以青藏高原典型农业区,湟水中下游14个行政村为研究对象,基于入户问卷调查数据,构建该区域的农户对气候变化适应能力评价指标体系,应用适应能力指数模型,进行农户对气候变化适应能力定量评价,并通过障碍度模型,诊断分析主要限制性因子。结果表明: 1)湟水中下游地区农户对气候变化感知较为准确;2)农户适应能力的高低用适应能力指数 (ACI) 表示,研究区农户适应能力处于较高状态,以适应能力0.280 ≤ ACI < 0.320的农户为主体。研究区自东向西随着海拔的升高,样本村农户适应能力总体呈现下降趋势;3)维度层表明,自然能力和经济能力对农户适应能力的影响较大。指标层表明,耕地质量、经济收入多元性、获得现金帮助的途径、家庭年收入、劳动力受教育水平和农作物需水量紧缺度为主要限制性因子;4)湟水中下游地区农户适应能力高低的核心因子为农户家庭年收入。
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