不同封育年限高寒草甸植被/土壤碳密度及净生态系统CO2交换量的比较

封育是推广范围最广的草地恢复措施之一. 为研究不同封育年限高寒草甸植被、土壤碳密度变化, 对1 a、6 a和16 a不同封育年限样地监测结果进行分析.结果表明: 不同封育年限高寒草甸植被现存碳密度表现出封育16 a>封育1 a>封育6 a, 分别为1 522.57 gC·m^-2、1 323.12 gC·m^-2和1 148.17 gC·m^-2, 但不同封育年限之间植被现存碳密度差异不显著(P>0.05). 土壤碳密度垂直分布明显, 0~5 cm和5~10 cm土层有机碳密度较高, 随土层深度增加土壤有机碳密度明显下降, 土壤容重上升;不同封育年限之间0~40 cm层次土壤碳密度和土壤容重差异性均不显著, 但仍可表现出土壤碳密度封育1 a>封育6 a>封育16 a, 分别为28 636.32 gC·m^-2、26 570.92 gC·m^-2和26 060.71 gC·m^-2;同时, 土壤容重随封育时间延长而下降. 对7月下旬到10月上旬净生态系统CO₂交换率(NEE)监测来看, 封育1 a植被土壤碳吸收速率显著高于封育16 a(P<0.05);而排放率与封育16 a样地接近, 差异不显著(P>0.05).     

青藏高原多年冻土区高寒草地生物量与环境因子关系的初步分析

以青藏高原多年冻土区3种高寒草地植被为研究对象,设置6个样地,并结合附近活动层观测场环境因子数据,定量分析生物量与环境因子的关系.结果表明,各高寒草地地下生物量对总生物量的贡献率最大,而地下生物量在0～10cm集中分布;对于总生物量和地下生物量,各因子影响程度大小次序为:土壤盐分土壤含水量空气温度,而对地上生物量,依次为土壤含水量土壤盐分空气温度;土壤温度同生物量存在负相关关系.同时,伴随多年冻土退化,活动层表层不同深度(10～50cm)土壤温度明显升高,含水量逐渐降低,土壤盐分不断增加,从而使高寒草地植被类型出现由高寒沼泽草甸、高寒草甸至高寒草原的逆向演替过程,群落总盖度及生物量均表现出明显降低的趋势.     

中国草地植被地上和地下生物量的关系分析

草地生物量大部分集中在地下,地下生物量对于估算草地生态系统碳储量及其碳固持效应都至关重要。由于草地地下生物量数据缺乏,利用地下与地上的根冠比(R/S)或者地下与地上生物量的关系对草地地下生物量进行估算,是目前最常用的方法。本文在综述草地生物量研究进展的同时,利用2004~2010年已发表文献的草地生物量数据对中国不同类型草地的根冠比进行了探索,同时分析了不同类型草地的地上与地下生物量的相关关系(高寒草甸、高寒草原、山地草甸、温性草甸草原、温性草原和温性荒漠草原)。分析结果表明:不同类型草地的根冠比存在显著差异(F=3.524,p0.01);进一步分析发现,山地草甸的根冠比显著低于其他类型草地(p0.01),R/S较大的草地类型为温性草甸草原和温性荒漠草原,均值分别为7.0和6.8。对地上与地下生物量相关关系的分析表明,3种类型草地的地上与地下生物量存在幂函数相关关系,即高寒草原(R~2=0.67)温性荒漠草原(R~2=0.36)高寒草甸(R~2=0.13),其他3种类型草地几乎不存在地上与地下生物量的相关关系。这为以后估算地下生物量提供依据,即地下生物量估算应该综合考虑根冠比和地下与地上生物量关系。     

柳江流域岩溶草丛群落生物量和碳储量的初步研究

根据柳江流域草丛群落类型、高度及其分布面积选择平均高度>1.5m、0.5~1m和<0.5m的高、中、低3种高度的代表性草丛,通过收获法研究了其群落生物量,并对其碳储量进行了初步估算。研究结果表明:(1)五节芒(Miscanthusflorid-ulus)、毛秆野古草(Arundinellahirta)和假俭草(Eremochloaophiuroides)草丛群落的生物量分别为8609.68g/m2、1022.61g/m2和821.63g/m2,生物量与高度呈正相关,但随群落高度增加,地上生物量增加迅速,地下生物量增长平缓;(2)随群落高度增加,生物量迅速向地上部分聚集,低矮的假俭草群落地下生物量与地上生物量的比值为1.91,高度中等的毛秆野古草群落为1.32,但高度大的五节芒群落仅为0.21,地下/地上生物量比值与群落高度呈负相关,其中毛秆野古草与五节芒群落的地下生物量和地上生物量可以用幂函数很好的拟合(R2>0.79,P<0.01),因此二者可以依据地上生物量便捷的估算其地下生物量,但假俭草地下和地上生物量的关系模型不理想;(3)地下生物量以幂函数关系随深度递减(R2>0.95,P<0.01),主要集中分布在0~20cm土层,可达根系生物量的80%以上,40cm以下土层中根系很少;(4)柳江流域岩溶区草丛植被的碳储量达9.51TgC。      

三江源高寒草甸不同退化阶段植被和土壤呼吸特征

通过监测三江源玛沁县高寒草甸2017年度植被特征及土壤呼吸通量, 探讨了不同退化阶段植被群落、 土壤呼吸特征及其协同关系, 并分析了土壤呼吸的温度敏感性。结果表明： 随着高寒草甸退化程度加剧, 禾本科植物重要值降低, 毒杂草显著增加（P<0.05）; 植被盖度、 物种数、 多样性指数显著下降（P<0.05）, 重度退化阶段的地上生物量比轻度、 中度退化阶段降低了25.36%、 22.37%（P<0.05）; 在中度退化条件下, 均匀度指数和地下生物量显著增多（P<0.05）。在各退化阶段, 土壤呼吸年内均呈单峰式变化过程, 表现出生长季高、 非生长季低的特征, 植物生长旺季（7 - 8月）最高, 且与5 cm深度处土壤温度之间呈显著指数关系（P<0.05）; 2017年轻度退化、 中度退化和重度退化阶段的土壤呼吸碳排放总量分别为626.89 gC·m^-2、 386.66 gC·m^-2、 393.81 gC·m^-2; 同时, 土壤呼吸与植被群落演替具有显著的协同性, 随着退化程度加剧土壤呼吸速率下降。轻度退化、 中度退化、 重度退化阶段土壤呼吸的温度敏感性系数（Q₁₀）分别为2.82、 3.54和2.35, 表明中度退化条件下的温度敏感性最强, 重度退化条件下最弱。     

广西弄岗喀斯特区域不同群落的稳定性评价分析

选取群落本地种盖度和多样性等5个方面共9项具有表征群落稳定特性的主要指标构成指标体系,运用主成分分析法和灰色关联度分析法,综合评价分析了广西弄岗喀斯特区域群落稳定性;并根据稳定性分级公式将群落划分为强、中、差三个等级。结果表明:肥牛树(Cephalomappa sinensis)+秋枫(Bischofia polycarpa)-网脉核实(Drypetes perreticulata)-高脚沿阶草(Ophiopogon dracaenoides)等群落的稳定度指数较大。飞机草(Eupatorium odoratum)+三叶葛藤(Pueraria phaseoloides)等群落的稳定度指数较小。肥牛树+秋枫-网脉核实-高脚沿阶草等8个群落为强稳定性级别群落,苦楝(Melia azedarach)+任豆(Zenia insignis)-野桐(Mallotus japonicus)-蔓生莠竹(Microstegium fasoiculatum)+飞机草等4个群落为中等稳定性级别群落,飞机草+三叶葛藤群落、红花三宝木(Trigonostemon lutescens)+潺槁树(Iitsea glutinosa)-飞机草等14个群落为差稳定性级别群落。植被的稳定性大小顺序(原生性天然林>次生天然林>灌丛/人工林>草丛),反映了演替稳定性规律,即群落稳定性随着演替的进行而增高。      

海洋底栖古群落演替模式--以华蓥山茅口组腕足动物群落为例

以热力学理论和信息熵原理为基础,分析了古群落的热力学本质和信息熵的内涵,指出古群落演替可分为4个阶段:开始阶段、发展阶段、顶极阶段和衰退阶段.不同阶段具有明显不同的信息量(信息熵),信息熵为最大值阶段也就是古群落最复杂、最无序的顶极阶段.为此,可利用这一特性对地层进行高精度的划分和对比.经研究,初步总结出5条判别古群落演替不同阶段的基本原则:①地层层序率原则;②生物演进原则;③信息熵最大原则;④物种多样性指数呈对数正态分布原则;⑤古群落取代原则.在以川东华蓥山地区茅口期腕足动物群落演替分析的实例中,选择了4个统计量作为计算反映古群落结构特征信息熵的参数,即物种多样性指数(d)、物种个体平均大小(g)、物种生物量(s)及物种平均凸度(t),对两个古群落不同演替阶段的信息熵进行了计算和讨论,指出本地区茅口组地层分为上下两段,下段还可以分为3个亚段.同时发现在没有突发事件的影响下,古群落演替以衰退阶段历时最长,大约是顶极阶段的6～8倍.     

环境因子影响下疏勒河上游高寒草甸物种丰富度与生物量间的关系

生物多样性与生产力的关系是生态学领域争论不休的重要科学问题。调查了青藏高原疏勒河上游高寒草甸典型植物群落物种丰富度、生物量及环境因子,分析了不同植物群落物种丰富度与生物量的关系及其差异性,并探讨了影响两者间关系的关键环境因子。结果表明：1）以莎草科或毛茛科物种为主要建群种的植物群落物种丰富度与生物量不存在显著的相关性（P>0.05）,如高山嵩草+苔草群落、线叶嵩草+黑褐苔草群落、唐松草+矮火绒群落、草苔草+昆仑蒿群落;而以禾本科为建群种的植物群落（紫花针茅+紫菀群落、紫花针茅+沙生风毛菊群落）两者间存着显著正相关性（P<0.05）.2）CCA排序中,环境因子对植物群落分布格局的累计解释量为83.4%,这说明环境异质性是影响植物群落空间格局的主要原因,其中冻土上限埋深是影响植物群落特征及分布的关键环境因子。冻土上限埋深小于-4m时,丰富度与生物量间存在着显著的正相关;冻土上限埋深大于-4m时,两者间无显著相关性。这有助于深刻认识生物多样性与高寒草甸生态系统功能的关系。     

青藏高原多年冻土区典型高寒草地生物量对气候变化的响应

多年冻土区冻土生态系统对气候变化极其敏感,利用在长江黄河源区实测的高寒草甸和高寒草原植被生物量数据以及青藏高原降水、气温以及地温等的空间分布规律,建立了长江黄河源区高寒草甸与高寒草原等主要高寒生态系统地上与地下现存生物量对气候要素变化的多元回归模型.预测分析表明:如果未来10 a气温增加0.44℃·(10a)^-1,在降水量不变的情况下,高寒草甸和高寒草原地上生物量分别递减2.7%和2.4%,如果同时降水量小幅度增加8 mm·(10a)^-1,则地上生物量可基本保持现状水平略有减少;在气温增加2.2℃·(10a)^-1,在降水量不变的情况下,高寒草甸和高寒草原地上生物量年分别平均减少达6.8%和4.6%,如果同期降水量增加12 mm·(10a)^-1,高寒草甸地上生物量可基本维持现状水平略有增加,而高寒草原地上生物量则递增5.2%.高寒草原植被地上生物量对气候增暖的响应幅度显著小于高寒草甸,而对降水增加的响应程度大于高寒草甸.明确高寒草地植被生物量随气候变化的演变趋势,对于青藏高原生态环境保护和研究气候变化对青藏高原生态系统碳循环和河源区水循环的影响具有重要意义.     

中国北方草地植物群落碳、氮元素组成空间变化及其与土壤地球化学变化的关系

碳、氮元素是土壤中的关键元素.在我国黄土高原北部-宁夏中东部处于荒漠化初期阶段的草地中,土壤的碳、氮元素组成出现了异乎寻常的特征,即相对于碳含量,氮含量异常偏低.认识造成这一现象的原因对我国北方草地的保护和重建具有重要意义.植被的输入是土壤中碳、氮元素组成的最为重要的控制因素之一.为认识植被碳、氮含量的空间变化对上述现象产生的贡献,对包括草地碳、氮异常区在内的区域进行了沿线植物群落的化学组成研究.结果表明:1.植物群落平均碳含量约为40%～50%,不同植物群落类型碳含量以苦豆子、达乌里胡子枝群落最高(44.225%),蛛丝蓬、骆驼蓬群落最低(35.516%).绝大多数植物群落平均氮含量约为2%～4%,不同植物群落类型含氮量以猪毛菜、星状角果藜群落最高(4.482%),蛛丝蓬群落最低(1.356%);2.植物群落生物量空间分布与对应降雨量变化趋势一致,说明降雨量是限制群落地理分布的关键因子;3.植物群落与土壤C/N比值随纬度呈现不一致的变化规律,相关分析表明,两者呈现统计学上的显著负相关关系,相关系数为:r=-0.392(P＜0.05,n=32).上述结果表明,在研究地区荒漠化初期阶段的草地中,植被输入不是引起该区域土壤C/N异常升高的原因.     

数据挖掘算法在高寒草地退化驱动因素相关性分析中的应用

高寒草地的退化受到众多自然、人为活动的影响,退化与驱动因素之间的耦合关系复杂。本文以青海省称多县为研究区,提取2005—2014年归一化植被指数(NDVI,normalized difference vegetation index)时间序列数据集,结合温度、降水、社会经济因素,运用基于数据挖掘的提升度算法进行相关性分析,研究影响高寒草地退化指标与表示高寒草地退化指标之间两者的关系。本文采用提升度算法针对3个等级的NDVI、可食量、植株高度与相应的温度、降水、鼠害和放牧强度之间的关系进行分析,能够更精确地分析各驱动因子在不同等级取值范围下对草地不同等级退化的贡献率,发现驱动因素与草地退化之间的影响关系并不是单向的,而是到达一定的程度时会出现逆向影响关系。本研究得到如下结论:(1)草地植被覆盖度低与气温和降水存在负相关;(2)草地可食量低与气温和人口存在负相关,与牲畜存在正相关;(3)地上植株高度低与牲畜呈现正相关。     

青藏高原不同类型草地生态系统下土壤可培养细菌数量及多样性分布特征研究

以青藏高原北麓河不同类型草地生态系统下土壤为研究对象,研究了可培养细菌数量和多样性的季节性变化.结果显示研究区域可培养细菌数量为0.4×107～4.6×107 CFU.g-1,不同类型草地生态系统下可培养细菌具有明显的季节差异：高寒沼泽草甸和高寒沙化草原生态系统下土壤细菌在5月生物量最高,而高寒草甸生态系统下在7月有最...     

基于BP神经网络的青藏高原土壤养分评价

土壤养分在养分循环和土壤-植物关系中起着重要作用,在高海拔生态系统中,由于缺乏系统的实地观测,土壤养分在高山草原中仍然知之甚少。为了了解青藏高原多年冻土区高寒草地土壤养分的基本情况以及土壤养分的等级划分,利用青藏高原腹地西大滩至安多地区采集的154个土壤样品数据,基于BP神经网络模型建立具有3层网络,10个中间层节点的土壤养分评价模型。在MATLAB软件中进行BP神经网络的训练和验证后,对青藏高原多年冻土区高寒草地土壤养分进行综合评价。结果表明：2009年青藏高原高寒草地的土壤养分综合评价等级为4级,属于较低水平。综合评价结果与基于主成分分析方法的土壤质量指数（SQI）基本一致,说明BP神经网络模型对青藏高原土壤养分的评价结果是合理的。对评价结果与海拔、植被盖度和植被类型的关系分析表明,海拔越高或植被盖度越高,土壤养分的评价等级越高;不同植被类型的评价等级表现出高寒沼泽草甸（2级）>高寒草甸（4级）>高寒草原（5级）的趋势。BP网络作为一种简单又准确的识别方法,不仅可以评估土壤养分等级,还可以比较不同地区的土壤养分高低状况,希望为青藏高原的土地资源管理与保护提供基本的科学依据。     

Phytolith reference study for identifying vegetation changes in the forest−grassland region of northeast China

To provide a basis for tracing changes in vegetation and tree cover density, we studied the phytoliths of 129 common temperate plant species, and extracted the phytoliths from 75 surface soil samples from sites in grassland, forest−grassland ecotone and forest habitats in northeast China. From the analysis of shapes and morphological parameters of the plant samples, we developed a reference data set of herbaceous and woody phytoliths, and subsequently identified 21 herbaceous and 13 woody phytolith types in the surface soil samples. To test the reliability of soil phytolith analysis for distinguishing forest, grassland and the forest−grassland ecotone, we used principal components analysis (PCA) and discriminant analysis (DA) to summarize the soil phytolith assemblage characteristics of the different ecosystems. The results show that the grassland and forest samples are characterized by abundant herbaceous and woody phytoliths, respectively; and that forest−grassland ecotone habitats are characterized by low abundances of blocky polyhedral, multifaceted epidermal and sclereid phytoliths. In general, the surface soil phytolith assemblages can reliably differentiate samples from forest, grassland and the forest−grassland ecotone, with up to 92% of the samples classified correctly. We also tested the reliability of phytolith indices (W/G (1), W/G (2), W/G (3)) for discriminating different vegetation types in our study area, and found that W/G (2) was the most reliable index and corresponded well with the species inventory data. The W/G values for grassland ranged from 0 to 0.3, from 0.3 to 0.6 for the forest−grassland ecotone, and exceeded 0.6 for forest. We conclude that our study provides reliable analogues for phytolith assemblages from palaeoecological contexts, which can be used to reconstruct shifts in forest−grassland ecotones and vegetation succession in temperate areas.     

牧压梯度下海北高寒草甸土壤速效氮变化特征及其影响因素分析

在青海海北高寒矮嵩草草甸设置封育禁牧(CK)、轻牧(LG)、中牧(MG)和重牧(HG)放牧梯度试验样地, 进行了土壤速效氮变化特征及影响因素的分析. 结果表明: 植物生长期的5-9月, 土壤NH₄⁺-N、NO₃^--N和速效氮(NH₄⁺-N和NO₃^--N之和)含量季节变化明显, 基本表现为植物生长初期高, 末期低. CK、LG、MG和HG条件下, 5-9月0~40 cm土壤NH₄⁺-N平均含量分别为17.62 mg·kg^-1、17.84 mg·kg^-1、18.63 mg·kg^-1和16.67 mg·kg^-1, NO₃^--N平均含量为8.91 mg·kg^-1、8.23 mg·kg^-1、7.99 mg·kg^-1和7.94 mg·kg^-1, 速效氮平均含量为26.53 mg·kg^-1、26.07 mg·kg^-1、26.62 mg·kg^-1和24.61 mg·kg^-1, 基本表现出随放牧强度增大而降低. 土壤速效氮月际变化与地上绿体生物量具有一定的负相关关系, 表明地上生物量越大, 消耗土壤速效氮越趋明显; 与枯落物有一定的正相关关系, 与地下生物量关系不甚明显, 与湿沉降呈现负的相关性. 土壤NH₄⁺-N含量与土壤有机碳有负相关关系, 而NO₃^--N含量与有机碳相关性差, 表明土壤有机碳越高, 土壤NH₄⁺-N消耗越明显.     

Impacts of climate change and human activities on the aboveground production in alpine grasslands: a case study of the source region of the Yellow River,China

Changes in aboveground net primary productivity (ANPP) in alpine grasslands are the consequence of climate change and human activities, but it is difficult to disentangle their relative contributions. Based on monthly remote-sensed vegetation index and meteorological data during the period 1982–2010, we analysed the long-term variation of annual ANPP in the source region of the Yellow River and quantified the effects of climate and human activities including grazing on ANPP variability, using the Carnegie–Ames–Stanford Approach (CASA) model and the ANPP-based residual trend analysis method. Our results suggested that ANPP increased in 80% of alpine grasslands. Areas with negative changes in ANPP were found mainly in the eastern portion of the region, accounting for 0.3% of alpine grasslands. ANPP was positively correlated with the monthly mean temperature from June to September and the sunshine duration in September at a regional scale. Moreover, ANPP was negatively correlated with the total livestock numbers. Using the residual trend analysis method, we demonstrated that climate and human activities accounted for 76.6 and 23.4%, respectively, of the variability in ANPP for the entire study region in 1982–2010. We concluded that climate change alleviated climatic constraints, in particular temperature limitations and sunshine duration, resulting in a significant increase in ANPP. Overgrazing was supposed to be the primary driver for grassland degradation in the eastern region. Our study has implications for grassland management and its sustainability to minimize the risk of grassland degradation and desertification processes in geo-ecologically and socially important regions such as the study region in China.     

Quantitative evaluation of the effect of prohibiting grazing policy on grassland desertification reversal in northern China

In northern China, the recent eco-environment protective policies played a very important role in the ecological environment protection and rehabilitation. To better understand the quantitative effect of the prohibiting grazing policy on grassland desertification reversal process, in this paper, Yanchi County was selected as a case study to conduct a quantitative research on the effect of prohibiting grazing policy. System dynamics research method was used in this study, also both natural factors and human factors which importantly related to desertification had been considered in the index system of the system dynamics method. According to the different grazing prohibition degree from 0 to 100 %, model was set up to simulate the grassland desertification degree. The results showed that grassland desertification degree decreased with the increase of the grazing prohibition degree. When the grazing prohibition degree was 30 %, grassland desertification began to reverse, and when the grazing prohibition degree was 40 %, the trend of grassland desertification reversal was steady, and the speed of desertification reversal was the same when the grazing prohibition degree changes from 40 to 100 %. Therefore, the full prohibiting grazing policy in Yanchi County currently is not necessary at all. These results could be very useful for the applying of prohibiting grazing policy in Yanchi County and other regions with the similar eco-environment protective policies.     

1901—2018年三江源地区大气冻融指数变化特征

三江源地区是我国重要生态安全屏障,冻土是其高寒生态系统的重要组成部分,冻土的变化深刻影响高寒生态系统固碳及水源涵养。基于英国东英吉利大学（University of East Anglia,UEA）气候研究中心（Climatic Research Unit,CRU）月平均气温再分析资料,利用线性倾向法和滑动平均法并结合GIS空间分析和制图,计算并分析了三江源地区1901—2018年冻融指数变化趋势及其空间分布特征。结果表明：三江源地区冻结指数在1901—2018年整体以-1.1 ℃·d·a^-1的斜率呈波动减少趋势,经历了三个波动变化阶段：1901—1943年的下降（-3.4 ℃·d·a^-1）、1943—1966年的升高（8.8 ℃·d·a^-1）、1966—2018年的再次下降（-4.3 ℃·d·a^-1）。融化指数与冻结指数的变化相反,整体以0.34 ℃·d·a^-1的斜率呈波动上升趋势,呈现升高（1901—1943年,3.3 ℃·d·a^-1）、下降（1943—1981年,-3.1 ℃·d·a^-1）、再次升高（1981—2018年,2.9 ℃·d·a^-1）的趋势。在空间分布上,自西向东随海拔和多年冻土连续性降低,冻结指数由3 400 ℃·d递减到600 ℃·d,融化指数由接近0 ℃·d增加到1 800 ℃·d。长江源区冻结指数最大,融化指数最小;黄河源区冻结指数最小,融化指数最大。研究成果可为三江源地区冻土变化及其对高寒生态环境的影响研究提供科学借鉴。     

基于主成分分析的青藏高原多年冻土区高寒草地土壤质量评价

土壤质量评价是提高对土壤质量理解的关键环节。为了了解青藏高原多年冻土区高寒草地土壤质量的基本情况,在青藏高原腹地西大滩至安多地区,根据不同海拔梯度和植被盖度共采集了154个土壤样品。通过主成分分析（PCA）法确定了影响青藏高原多年冻土区高寒草地土壤质量的最小数据集（MDS）：全氮、全磷、全钾。根据影响土壤质量的最小数据集对青藏高原多年冻土区高寒草地土壤质量进行评价,得出了不同海拔、不同植被盖度下的土壤质量指数（SQI）。通过对不同海拔、不同植被盖度的土壤质量指数进行对比研究表明：随着海拔的升高,SQI呈增加的趋势,即海拔4 300～4 600 m（0.270±0.043） < 海拔4 600～4 900 m（0.326±0.061） < 海拔4 900～5 200 m（0.410±0.075）;随着植被盖度的增加,SQI也呈现增加的变化趋势,即植被盖度小于50%（0.262～0.265） < 植被盖度大于50%（0.336～0.344）。在分别考虑了有机质、盐分、土壤水分对土壤质量的影响下得出的土壤质量指数值与基于最小数据集得到的土壤质量指数相一致,说明基于主成分分析的最小数据集可以对青藏高原多年冻土区高寒草地土壤质量做出较准确的评价。