三江源高寒草甸不同退化阶段植被和土壤呼吸特征

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2020.0014

冰川冻土 ›› 2020, Vol. 42 ›› Issue (2): 662-670.doi: 10.7522/j.issn.1000-0240.2020.0014

三江源高寒草甸不同退化阶段植被和土壤呼吸特征

张光茹¹^,⁵(), 张法伟², 杨永胜¹^,⁶, 贺慧丹³, 祝景彬¹^,⁵, 罗谨¹, 王春雨¹^,⁵, 罗方林¹^,⁵, 王军邦¹^,⁴, 李英年¹^,⁶()

^1.中国科学院西北高原生物研究所，青海西宁 810008
^2.洛阳师范学院生命科学学院，河南洛阳 471934
^3.枣庄学院，山东枣庄 277100
^4.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101
^5.中国科学院大学，北京 100049
^6.中国科学院高原生物适应与进化重点实验室，青海西宁 810008

收稿日期:2019-11-11 修回日期:2020-03-18 出版日期:2020-08-31 发布日期:2020-09-11
通讯作者: 李英年 E-mail:18404967849@163.com;ynli@nwipb.cas.cn
作者简介:张光茹（1994 - ），女，山东潍坊人， 2017年在山西农业大学获学士学位，现为中国科学院西北高原生物研究所在读硕士研究生，从事全球变化生态学研究. E-mail： 18404967849@163.com
基金资助:
国家重点研发计划项目(2017YFA0604802);国家自然科学基金项目(41877547);青海省科技基础条件平台项目(2018-ZJ-T09)

Vegetation and soil respiration at different degradation stages of an alpine meadow in the Sanjiangyuan region

Guangru ZHANG¹^,⁵(), Fawei ZHANG², Yongsheng YANG¹^,⁶, Huidan HE³, Jingbin ZHU¹^,⁵, Jin LUO¹, Chunyu WANG¹^,⁵, Fanglin LUO¹^,⁵, Junbang WANG¹^,⁴, Yingnian LI¹^,⁶()

^1.Northwest Institute of Plateau Biology，Chinese Academy of Sciences，Xining 810008，China
^2.College of Life Sciences，Luoyang Normal University，Luoyang 471934，Henan，China
^3.Zaozhuang University，Zaozhuang 277100，Shandong，China
^4.Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100101，China
^5.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China
^6.Key Laboratory of Adaptation and Evolution of Plateau Biota，Chinese Academy of Sciences，Xining 810008，China

Received:2019-11-11 Revised:2020-03-18 Online:2020-08-31 Published:2020-09-11
Contact: Yingnian LI E-mail:18404967849@163.com;ynli@nwipb.cas.cn

摘要/Abstract

摘要：

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。

关键词: 高寒草甸, 退化阶段, 植被群落特征, 土壤呼吸, 协同关系, 三江源

Abstract:

Vegetation community， soil respiration characteristics and their relationships at different degradation stages were explored， and the temperature sensitivity of soil respiration was analyzed by monitoring the vegetation and soil respiration at different degradation stages of an alpine meadow in Maqen County， Sanjiangyuan region in 2017. The results show that： As the degree of degradation increase， the Gramineae decreases， but poisonous weed increases significantly （P<0.05）； vegetation coverage， species index， and diversity index decrease significantly （P<0.05）. The aboveground biomass under the condition of heavy degradation has decreased by 25.36% and 22.37% in comparison with light and moderate degradation （P<0.05）. Under the condition of moderate degradation， evenness index and underground biomass increased significantly （P<0.05）. Soil respiration at each degradation stage has a unimodal change during the year， showing high in growing season and low in non-growing season， especially in a highest peak growth period （July - August） of the vegetation and a significant exponential relationship with soil temperature at 5 cm depth （P<0.05）； total soil respiration emissions in 2017 under light， moderate and heavy degradation are 626.89 gC·m^-2， 386.66 gC·m^-2 and 393.81 gC·m^-2， respectively. Soil respiration rate decreases with the degree of degradation. Temperature sensitivity coefficients （Q₁₀） of soil respiration at light degradation， moderate degradation and heavy degradation stages are 2.82， 3.54， and 2.35， respectively， indicating that the temperature sensitivity is the highest under moderate degradation and the lowest under heavy degradation. These results would be useful for understanding the vegetation and soil respiration characteristics at different degradation stages of alpine meadows on the Tibetan Plateau.

Key words: alpine meadow, degradation stages, vegetation community characteristics, soil respiration, synergistic relationship, Sanjiangyuan region

中图分类号:

S812.2

张光茹, 张法伟, 杨永胜, 贺慧丹, 祝景彬, 罗谨, 王春雨, 罗方林, 王军邦, 李英年. 三江源高寒草甸不同退化阶段植被和土壤呼吸特征[J]. 冰川冻土, 2020, 42(2): 662-670.

Guangru ZHANG, Fawei ZHANG, Yongsheng YANG, Huidan HE, Jingbin ZHU, Jin LUO, Chunyu WANG, Fanglin LUO, Junbang WANG, Yingnian LI. Vegetation and soil respiration at different degradation stages of an alpine meadow in the Sanjiangyuan region[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2020, 42(2): 662-670.

图/表 9

表1

图1

表2

不同退化阶段物种重要值"

功能群	物种	重要值
功能群	物种	轻度退化	中度退化	重度退化
禾本科	山地早熟禾（Poa orinosa）	0.10±0.03^a	0.05±0.01^a	0.07±0.02^a
	紫花针茅（Stipa purpurea）	0.03±0.02^a	0.03±0.02^a	0.02±0.02^a
	垂穗披碱草（Elymus nutans）	0.08±0.03
莎草科	矮嵩草（Kobresia humilis）	0.05±0.00^b	0.07±0.00^ab	0.08±0.01^a
	二柱头藨草（Scirpus distigmaticus）	0.05±0.00^b	0.04±0.00^b	0.05±0.00^a
	小嵩草（Kobresia myosuroides）	0.00±0.00^b	0.07±0.01^a
豆科	黄花棘豆（Oxytropis ochrocephala）	0.05±0.01^a	0.07±0.01^a	0.06±0.00^a
	异叶米口袋（Gueldenstaedtis diversifolia）	0.06±0.00^a	0.03±0.01^b	0.05±0.01^ab
	青海黄芪（Astragalus tanguticas）	0.01±0.01^a	0.03±0.01^a	0.01±0.01^a
杂类草	矮火绒草（Leontopodium nanum）	0.01±0.00^b	0.07±0.01^a	0.10±0.01^a
	獐牙菜（Swertia tetraptera）	0.06±0.01^a	0.06±0.00^a	0.06±0.01^a
	麻花艽（Gentiana straminea）	0.05±0.01^a	0.06±0.00^a	0.06±0.01^a
	雪白委陵菜（Potentilla nivea）	0.02±0.01^a	0.04±0.00^a	0.02±0.01^a
	黄帚橐吾（Ligularia virgaurea）	0.07±0.01^a	0.07±0.01^a	0.05±0.01^a
	线叶龙胆（Gentiana farreri）	0.05±0.00^a	0.04±0.01^a	0.06±0.01^a
	钝叶银莲花（Anemone obtusiloba）	0.04±0.01^a	0.04±0.00^a	0.05±0.01^a
	兰石草（Lancea tibetica）	0.04±0.01^a	0.01±0.01^b	0.01±0.00^b
	青海刺参（Morina kokonorica）	0.01±0.01^a	0.05±0.03^a
	蒙古蒲公英（Taraxacum mongolicum）	0.03±0.00^a	0.00±0.00^b	0.03±0.01^a
	短穗兔耳草（Lagotis brachystachya）	0.03±0.00
	三裂叶毛茛（Halerpestes tricuspis）	0.01±0.01
	独一味（Lamiophlomis rotata）	0.03±0.01
	狼毒（Stellera chamaejasme）	0.01±0.01^b	0.05±0.01^a	0.06±0.00^a
	柔软紫菀（Aster tataricus）	0.01±0.01
	三脉梅花草（Parnassia trinervis）	0.00±0.00
	纤杆蒿（Artemisia demissa）	0.02±0.01^a	0.02±0.01^a	0.03±0.01^a
	乳白香青（Anaphalis lacteal）	0.01±0.01
	鹅绒委陵菜（Potentillaanserine）	0.00±0.00^b	0.05±0.00^a	0.01±0.00^b
	湿生扁蕾（Gentianopsis paludlsa）	0.00±0.00^a		0.02±0.01^a

表2

表3

表4

图2

图3

图4

图5

参考文献 47

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退化阶段	总盖度	平均高度/cm	放牧干扰	优势种
轻度退化（LD）	80% ~ 100%	1 ~ 4	较小	高原早熟禾、矮嵩草、钝叶银莲花（Anemone obtusiloba）等
中度退化（MD）	60% ~ 80%	4 ~ 6	适中	矮火绒草、麻花艽、黄帚橐吾（Ligularia virgaurea）等
重度退化（HD）	60%以下	6 ~ 10	较大	矮火绒草、黄帚橐吾等

退化阶段	物种数/个	多样性指数	均匀度指数
轻度退化	20.0±0.63^a	2.85±0.03^a	0.95±0.00^b
中度退化	17.6±0.40^b	2.80±0.02^ab	0.98±0.00^a
重度退化	16.8±0.73^b	2.73±0.04^b	0.97±0.01^a

退化阶段	群落分种总盖度/%	地上生物量/ （g⋅m^-2）	地下生物量/ （g⋅m^-2）
轻度退化	163.80±3.57^a	283.83±15.04^a	528.30±72.40^b
中度退化	165.00±5.68^a	272.87±63.15^a	817.91±56.99^a
重度退化	124.44±1.24^b	211.83±56.07^a	427.95±28.80^b

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三江源高寒草甸不同退化阶段植被和土壤呼吸特征

Vegetation and soil respiration at different degradation stages of an alpine meadow in the Sanjiangyuan region

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