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高寒嵩草草甸不同退化梯度下生态系统光合和呼吸响应特征



全 文 :*通讯作者,E-mail:jbwang@igsnrr.ac.cn
收稿日期:2015-07-30;修回日期:2015-11-22
基金项目:国家自然科学基金(31270520;31270576),青海省科
技促进新农村计划项目(2013-N-540)和中国科学院科技服务网络计
划(KFJ-EW-STS-125)共同资助
作者简介:张法伟(1981- ),男,河南义马人,高级工程师,博士
研究生,2007年7月毕业于中国科学院西北高原生物研究所,主要
从事高寒生态系统管理和评价,发表论文60余篇,E-mail:fwzhang
@nwipb.cas.cn.
DOI:10.16742/j.zgcdxb.2006-01-06
高寒嵩草草甸不同退化梯度下生态系统光合和呼吸响应特征
张法伟1,3,4,王军邦2,*,李以康1,3,林 丽1,3,曹广民1,3
(1.中国科学院西北高原生物研究所,青海 西宁 810001;2.中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络
观测与模拟重点实验室,北京 100101;3.中国科学院高原生物适应与进化重点实验室,
青海 西宁 810001;4.中国科学院大学,北京 100049)
摘要:青藏高原高寒草甸生态地位突出但退化严重,其植被光合和系统呼吸特征如何响应仍不清楚。于植被生
长的旺盛期(7月中旬~8月中旬)在青藏高原祁连山南麓分别选取原生草地、中度退化和重度退化3类高寒草甸,使
用自制同化箱和LI-6400便携式光合仪测定生态系统CO2 净交换(NEE)、生态系统暗呼吸(RES)和生态系统初级
光合(GEP),研究退化程度对高寒嵩草草甸生态系统CO2 通量的影响特征。结果表明不同退化程度的 NEE、RES
和GEP的单峰日变化格局没有明显差异,日极值出现时间相近。日均NEE和日均RES随着退化加剧逐渐升高,重
度退化较原生草地分别显著(P<0.05)升高了41.8%和12.2%。日均GEP略有下降。退化降低了RES的温度敏
感度(Q10),提高了群落表观光量子产额(a),但对系统潜在CO2 最大同化速率(Pmax)无明显影响。在植被生长旺
盛期,高寒草甸生态系统碳收支对退化的响应主要表现在系统的呼吸强度而非群落光合速率。
关键词:CO2 通量;光响应特征;呼吸温度敏感度;同化箱;青藏高原
中图分类号:Q147   文献标识码:A   文章编号:1673-5021(2016)01-0034-07
  近年来,在气候变化和人类活动(尤其是超载过
牧)的双重驱动下,中国草地退化十分严重[1]。草地
退化影响了植被系统同化CO2 的光合能力,改变了
土壤呼吸的时空格局,加剧了土壤有机碳的释放,进
而反馈于温室效应[2]。高寒草甸是青藏高原的主体
植被类型之一,占高原陆地面积的10.7%,承载区
域生态保护和社会发展的重要功能,保障青藏高原
在中国“两屏三带”生态安全格局的战略地位[3~4]。
由于高寒草甸的生态脆弱性和放牧管理的粗放性,
系统退化日益严重,极度退化的“黑土滩”次生裸地
广泛分布,严重影响了高寒草甸生态系统的生态、生
产和生活等服务功能[5]。高寒草地生态系统退化过
程中,植物群落多样性降低、空间异质性增强致使冠
层结构趋于简单化,导致了群落的光能利用效率下
降[6],植被生产力[7]和地上、地下分配策略[8]以及土
壤酶活性及养分发生改变[9],而呼吸强度下降[10~11]
或有所升高[12~13],系统碳功能由碳汇或碳中性转变
为碳源[10,14]。在重度退化的“黑土滩”,土壤表层(0
~20cm)碳储降低了约一半[15],鹅绒委陵菜(Po-
tentilla anserina)和细叶亚菊(Ajania tenuifolia)
等阔叶型杂类草迅速扩充,致使群落叶面积指数相
对稳定,植被最大地上生产力略有降低[4]甚至升
高[14],但由于其较低的水分利用效率,加大了系统
水分的散失强度和空间异质性[16],导致表层土壤的
干旱和草地退化程度的加剧[17~18],草场质量发生质
变[3]。青藏高原高寒草甸的退化已呈现出多途径、
多状态和变异强的空间演替格局[19~20],而植被光合
和系统呼吸特征对退化过程的响应受环境水热、退
化程度和植被类型综合调控[2,21],导致退化高寒草
甸生态系统的碳收支更加难以全面准确地评估[22]。
本研究通过空间替换时间的方法设置高寒草甸退化
梯度(原生草地、中度退化和重度退化),系统研究在
植物旺盛生长季(7月中旬~8月中旬)的生态系统
CO2 通量的时间动态,解析群落光合和系统呼吸的
与退化程度的耦合特征,为科学评估退化高寒草甸
的系统碳收支提供数据支撑和理论依据。
1 方法与材料
1.1 研究区概况
试验样地设置于青海海北高寒草地生态系统国
家野外科学观测研究站(海北站,37°37′N、101°19′
E,3200m)。海北站地处青藏高原东北隅,位于祁连
—43—
第38卷 第1期
Vol.38 No.1
         
中 国 草 地 学 报
Chinese Journal of Grassland
         
2016年1月
Jan.2016
山冷龙岭东段南坡的大通河谷地。站区年均气温和
降水量分别为-1.7℃和580mm,雨热同季于植被
生长季的5月~9月。高寒嵩草草甸是站区典型的
植被类型,矮嵩草(Kobresia humilis)为其建群种,
异针茅(Stipa aliena)、垂穗披碱草(Elymus nu-
tans)、麻花艽(Gentiana straminea)、高山唐松草
(Thalictrum alpinum)等为其优势种。土壤为暗沃
寒冻雏形土(Mat Cry-gelic Cambisols),富含有机
质但速效养分缺乏(0~10cm 土壤有机质高达
106.7‰但速效氮仅为0.039‰)。高寒系统土壤、
植被对退化的响应主要表现在植被旺盛生长季[23]。
因此在2014年植被生长旺盛期的7月中旬~8月
中旬,以可食牧草(莎草类、禾本类、部分豆科类植物
和少许杂类草)相对盖度 >80%、40%~60%、<
20%的标准设置原生草地、中度退化和重度退化的
样地[9,24]。为了尽可能消除空间异质性的影响,3
个梯度样地最大空间距离不超过200m。原生草地
为稳定性的地带植被类型,是放牧退化演替的原生
群落[25],退化梯度样地概况详见表1。每个退化梯
度的5cm 和10cm 土壤温度由 HOBO Weather
Station(Onset computer corporation,美国)的土壤
温度传感器(S-TMB-M002)每30min自动测量
并记录,同时每个梯度设置3个重复样地测定CO2
通量。
表1 高寒嵩草草甸退化梯度样地概况
Table 1 Description of degradation gradients’plots of an alpine Kobresia meadow
退化梯度
Degradation
gradients
群落结构
Community
structure
植被组成
Plant composition
地上生物量与叶面积指数*
Above-ground phytomass
and leaf area index
原生草地 双层冠层结构,密丛
根茎嵩草为建群层
片,草丛禾草为辅助
层片
相对盖度95%以上,以禾草、嵩草为主,上层为异针茅、
藏异燕麦(Helictotrichon tibeticum)、垂穗披碱草等,下
层为矮嵩草、双柱头藨草(Scirpus distigmaticus)、早熟
禾(Poa crymophila)、花苜蓿(Melissilus ruthenicus)、
异叶米口袋(Gueldenstaedtia diversifolia)。
338.13g/m2 和2.67m2/m2;禾草类和莎
草类地上生物量比例分别为 41.6% 和
10.6%。
中度退化 双层冠层结构,禾草
与杂类草共生群落
相对盖度达90%左右,禾草、杂类草盖度相当,优势种为
垂穗披碱草、鹅绒委陵菜等。
252.06g/m2和2.14m2/m2,禾草类和莎
草类植物地上生物量的比例分别为19.8%
和1.5%。
重度退化 单层冠层结构,黑土
型-杂类草次生裸地
相对盖度50%左右,少有可食牧草,优势种为鹅绒委陵
菜、西伯利亚蓼(Ligularia virgaurea)和细叶亚菊等。
149.59g/m2和1.61m2/m2,禾草类和莎
草类植物地上生物量的比例分别为9.7%
和0.7%。
  注:*表示地上生物量和群落叶面积指数为基于0.5m×0.5m样方的收获法获取。
Note:*represents that above-ground phytomass and leaf area index was obtained by harvesting method with 0.5m×0.5mquadrats.
1.2 材料与方法
采用透光率大于95%的亚克力材料自制同化
箱 (箱体大小0.5m×0.5m×0.5m,箱内顶部侧面
加装风扇,保障箱内气体混合均匀的同时降低遮光
效果),连接LI-6400便携式光合仪(LI-Cor,美国)
测定不同退化样地的生态系统 CO2 净交换速率
(Net ecosystem CO2exchange,NEE)、植被-土壤
系统的暗呼吸速率(Ecosystem dark respiration,
RES)和生态系统初级光合速率(Gross ecosystem
photosynthesis rate,GEP)。同化箱底座为不锈钢
底槽,垂直砸入地面5cm并保持底座水平,测量时
利用水封保证同化箱内部的气密性[4]。在晴朗无云
的白天(6∶30~20∶00),每30min测定样地的
NEE和RES。由于高原气候多变,舍弃了下午出现
阴雨天时上午的测量数据。首先利用同化箱测定
NEE。水封同化箱待系统稳定后(一般10s),利用
LI-6400自动采集5组数据(组/10s),计算同化箱
内CO2 变化速率(△CO2,μmol CO2/mol·s),利
用公式(1)计算 NEE;NEE测定完成后,为了避免
系统“CO2 饥饿”现象,将同化箱与不锈钢底座分离
1min后,待同化箱内外气体混合均匀再测定RES。
用遮光布罩住同化箱,以相同频率测定△CO2,利用
公式(1)计算RES。GEP为NEE与RES之差。
Fc=ρ
·V·△CO2
S =
ρ·V·△CO2
(T+273.15)·R·S
(1)
Fc为生态系统CO2 通量(μmol/m
2·s),ρ是
大气压(Pa),V为同化箱体积(m3),△CO2 为CO2
摩尔浓度变化速率(μmol/mol·s),T为同化箱内
的空气温度(℃),R是气体常数(8.314×10-6 Pa·
m3/μmol·K),S为同化箱底部面积(m
2)。
分别采用直角双曲 Michaelis– Menten模型
(方程(2))和Van’t Hoff函数(方程(3))检验不同
退化梯度间生态系统光合速率的光响应差异和生态
系统暗呼吸的温度敏感度[26]。
—53—
张法伟 王军邦 李以康等   高寒嵩草草甸不同退化梯度下生态系统光合和呼吸响应特征
  NEE=RES,d-
a×Pmax×PPFD
a×PPFD+Pmax
(2)
  RES=RES,refe1n(Q10)(Ts-10)/10 (3)
其中,PPFD 和 Ts 为光合光量子通量密度
(μmol photon/m
2·s)和5cm土壤温度(℃),均为
仪器观测变量。RES,d为白天的生态系统呼吸速率
(μmol/m
2·s),a和Pmax分别是生态系统表观光
量子效率(μmol CO2/μmol photon)和潜在CO2 最
大同化速率(μmol/m
2·s,即PPFD趋向极大时生
态系统光合速率)。RES,ref为在Ts为10℃时生态
系统的参考呼吸速率(μmol/m
2·s),Q10是生态系
统呼吸速率对温度变化的敏感度(即温度升高10℃
时呼吸速率增加的倍数)。以上参数为基于最小二
乘法的非线性方程拟合值。
1.3 统计分析
首先基于 Kolmogorov-Smirnov对 NEE、RES
和GEP的数据分布进行正态检验和方差齐性检验。
结果表明三者日变化数据为正态分布(0.13<P<
0.88,N=54),方差齐性(0.09< P<0.38,N=
54)。再以退化梯度为单因素,对 NEE、RES和
GEP进行方差分析,利用最小方差法(LSD)进行梯
度间差异的显著性分析。在分析CO2 通量日变化
时,为了消除天气影响,将测定的所有数据按照相同
时刻进行平均。统计分析和参数拟合在 OriginLab
8.5(OriginLab Corporation,美国)完成。
2 结果
2.1 不同退化梯度下CO2 通量的日变化特征
不同退化梯度间 NEE、RES和GEP均呈现相
似的单峰型日变化特征,且极值出现时间基本一
致(图1),表明退化并未显著改变生态系统 CO2
通量的日变化格局。原生草地、中度退化和重度
退化的日均NEE和RES分别为-7.75和12.80、
-6.15和13.70、-4.51和14.36μmol/m
2·s,
其中仅原生草地与重度退化之间差异显著(P<
0.05),重度退化的日均 NEE和 RES较原生草地
分别升高了41.8%和12.2%。原生草地、中度退
化和 重 度 退 化 的 日 均 GEP 分 别 为 -21.55、
-20.96和-19.90μmol/m
2·s,三者之间无显著
差异(P=0.46)。原生草地、中度退化和重度退
化的RES/GPP分别为0.58、0.63和0.67,三者间
差异显著(P<0.05),即随退化程度加剧,系统呼
吸消耗了更多的光合产物。因此,RES而非GEP
图1 不同退化梯度下高寒草甸生态系统CO2
通量的平均日变化特征
Fig.1 The average diurnal variations of CO2fluxes in an
alpine meadow under degradation gradients
的显著差异表明在植被旺盛生长季,高寒草甸碳收
支对退化的响应可能更多地体现在系统暗呼吸而非
初级光合。
  与地上生物量、群落叶面积指数、禾草(莎草)类
比例等生物因子的相关分析表明,原生草地GEP和
RES分别与禾草类地上生物量和群落地上生物量
显著相关(P<0.05),中度退化和重度退化的CO2
通量与上述生物因子无显著关系。以退化梯度为
“哑变量(Dummy variable)”(原生草地、中度退化
和重度退化分别定义为1、2和3),逐步回归的结果
表明GEP主要由群落叶面积指数调控(R2=0.85,
P<0.01,N=9),而RES和NEE则分别受地上生
物量(R2=0.70,P<0.01,N=9)和退化梯度(R2
=0.99,P<0.01,N=9)影响。
2.2 不同退化梯度下系统光合的光响应特征
原生草地、中度退化和重度退化 NEE的光响
应曲线呈现出相似的特征,其光响应拟合方程的决
定系数(R2)分别为0.95和0.96和0.98(图2)。原
生草地、中度退化和重度退化的a和RES,d分别为
0.096和13.53、0.10和15.60、0.16μmol CO2/
μmol photon和18.48μmol/m
2·s,随退化程度表
现出升高的趋势。其中原生草地的a和RES,d显著
低于重度退化(P<0.03),中度退化和重度退化之
间的a差异显著(P=0.04),原生草地的a和RES,d
和中度退化之间无显著差异(P>0.21)。原生草
地、中度退化和重度退化的 Pmax分别为31.39、
31.78和30.39μmol/m
2·s,随退化程度先升高后
降低,但三者之间无显著差异(0.12< P<0.69)。
重度退化的光补偿点(73.0μmol photon/m
2·s)显著
低于原生草地(100.1μmol photon/m
2·s)和中度
—63—
中国草地学报 2016年 第38卷 第1期
退化(108.5μmol photon/m
2·s)。上述结果表明,
草地退化提高了高寒草甸生态系统的a和RES,d,
即增强了系统弱光利用效率的同时,提高了系统呼
吸强度。
图2 不同退化梯度下高寒草甸生态系统净光
合速率的光响应特征
Fig.2 The photosynthetic response curve of net ecosystem CO2
exchange along degradation gradients in an alpine meadow
2.3 不同退化梯度下系统暗呼吸的温度敏感度
由于植被覆盖和裸地的“热岛”效应,原生草地、
中度退化和重度退化的5cm 土壤温度分别为
14.8、17.6和19.8℃,随退化梯度表现出升高的趋
势,但仅原生草地和重度退化之间差异极显著(P<
0.01)。原生草地、中度退化和重度退化的生态系统
暗呼吸对土壤温度表现出相似的指数增长特征,其
回归方程的R2 分别为0.67和0.80和0.80(图3)。
原生草地、中度退化和重度退化的RES,ref和 Q10分
别为9.90和1.63、8.64和1.63、9.37μmol/m
2·s
图3 不同退化梯度下高寒草甸生态系统暗呼吸的温度敏感度
Fig.3 The temperature sensitivity of ecosystem dark
respiration along degradation gradients in an alpine meadow
和1.41,其中RES,ref随退化加剧先降低后升高,而
Q10则有所降低。该结果表明高寒草甸系统暗呼
吸的温度敏感性随草地退化程度加剧而降低。
3 讨论
3.1 高寒草甸生态系统植被的光合
在植被旺盛生长季,不同退化程度间高寒草
甸的日均GEP差异不显著,表明退化虽然改变了
植物种类的组成和盖度及生产力,但对系统的光
合初级生产力影响较小。这与青海省南部玛沁县
不同退化程度的高寒草甸研究结果相似[14]。这主
要由于随退化程度加剧,虽然优良牧草盖度有所
下降,但阔叶型杂类草如鹅绒委陵菜的快速克隆
生长,弥补了禾草和莎草的空间缺失,群落叶面积
指数下降较慢[24],而高寒群落GEP更多取决于参
与光合作用的植物组织的数量而非质量[27],因此
不同退化梯度的 GEP差异不显著[14,27]。另外高
寒植物光合能力的种间差异较小[28],而群落的有
机结构更削弱了这种差异性[29]。但是,阔叶型杂
类草相对较低的水分利用效率将会增大土壤水分
通过光合作用的蒸腾散失[17],致使群落生境的干
旱化,极可能会导致浅根系的杂类草遭遇生理干
旱而生长缓慢甚至死亡,从而群落盖度降低,系统
光合能力下降。因此,尽管退化对植物旺盛生长
季的高寒草甸 GEP降低效果不显著(图1),但青
藏高原未来气候干暖化的趋势可能会削弱重度退
化的系统光合能力。此外,上述结果暗示仅根据
光合初级生产力(GPP)来评估区域尺度的高寒生
态系统的健康状况具有一定的风险。
3.2  CO2 通量的光响应特征和温度敏感性
原生草地 NEE最小即系统CO2 同化能力最
大,这主要可能由于较高的植被盖度导致其土壤
温度较低,而土壤温度是高寒草甸呼吸强度的主
要调控因子[8,11],从而使 RES较小而 NEE较强。
退化导致了植物群落由禾草-莎草群落向杂类草群
落转变,而双子叶杂类草的a相对禾草类、莎草类
植物较高[30],在群落植被盖度维持在一定水平时,
退化系统是可以具有较强的弱光能利用效率(图
2)。但青藏高原辐射较强,光照并非高寒植物光
合强度的主要限制因子,a对系统光合能力的影响
十分有限[26]。
土壤呼吸贡献了全球CO2 排放量的1/4但具
有极大的时空异质性[2]。试验样地的光照、降水
—73—
张法伟 王军邦 李以康等   高寒嵩草草甸不同退化梯度下生态系统光合和呼吸响应特征
和气温相同,但重度退化的RES和RES,d最高,这
和三江源高寒草地研究结果相似[14]。这主要由于
重度退化的土壤温度最高,具有突出的热岛效
应[18],而暗沃寒冻雏形土的有机质含量丰富,为微
生物的代谢活动提供丰富的底物[11],同时自养呼
吸高的温度敏感性和根际的激发效应也存在一定
的贡献[12]。另外重度退化土壤结构松散,粉粒多
而粘粒少,也为深层土壤CO2 的释放提供了充足
的通道[2]。高寒草甸 RES/GEP随退化程度显著
增高,表明植被光合固定的碳被系统呼吸所消耗
的比例逐渐升高[10],也印证了系统暗呼吸增强的
趋势。因此,退化通过影响系统暗呼吸强度而非
光合速率来调控系统碳收支,而系统呼吸强度更
适宜作为高寒草甸退化的评价指标。
原生草地的 RES,ref和 Q10相对中度退化和重
度退化,表现出较强的呼吸敏感性,这与高寒草
原[12]和高寒草甸[7~8]的研究结果一致。这主要可
能由于原生草地具有最高的植被生产力和土壤有
机碳[12,24],能为系统提供相对充足的呼吸底物,而
高寒系统呼吸的温度敏感度取决于呼吸底物的数
量而非质量。同时,重度退化降低了植被系统对
土壤的水热调控能力[21],土壤温度变化剧烈而持
水能力下降,不利于高温下土壤微生物和植物根
系的生理代谢活动[2]。另外重度退化系统土壤的
纤维素分解细菌和真菌的数量[8]及其土壤酶活
性[9]也显著低于原生植被,也削弱了系统呼吸的
温度敏感性。
4 结论
在植被旺盛生长季,高寒草甸生态系统退化
程度没有显著改变CO2 通量的单峰日变化格局,
但显著(P<0.05)提高了日均NEE和日均RES,
略降低了日均 GEP(P=0.46)。草地退化加剧降
低了系统呼吸的温度敏感度,提高了植被群落的
弱光利用效率。研究结果表明系统呼吸强度,而
非群落光合速率,是退化高寒草甸系统碳收支的
适宜评估指标。
参考文献(References):
[1] Han J.G.,Zhang Y.J.,Wang C.J.,et al.Rangeland deg-
radation and restoration management in China[J].The Range-
land Journal,2008,30(2):233-239.
[2] Rey A.,Pegoraro E.,Oyonarte C.,et al.Impact of land deg-
radation on soil respiration in a steppe(Stipa tenacissima L.)
semi-arid ecosystem in the SE of Spain[J].Soil Biology &Bi-
ochemistry,2011,43:393-403.
[3] 张法伟,王军邦,林丽,等 .青藏高原高寒嵩草草甸植被群落
特征对退化演替的响应[J].中国农业气象,2014,35(5):
504-510.
Zhang Fawei,Wang Junbang,Lin Li,et al.Response of plant
community of alpine Kobresia meadow on degradation succes-
sion in Qinghai-Tibetan Plateau[J].Chinese Journal of
Agrometeorolgoy,2014,35(5):504-510.
[4] 李媛媛,董世魁,李小艳,等 .围栏封育对三江源区退化高寒
草地植物光合作用及生物量的影响[J].草地学报,2012,
20(4):621-625.
Li Yuanyuan,Dong Shikui,Li Xiaoyan,et al.Effect of enclo-
sure on vegetation photosynthesis and biomass of degraded
grasslands in headwater area of Qinghai-Tibetan Plateau[J].
Acta Agrestia Sinica,2012,20(4):621-625.
[5] 孙银良,周才平,石培礼,等 .西藏高寒草地净初级生产力变
化及其对退牧还草工程的响应[J].中国草地学报,2014,
36(4):5-12.
Sun Yinliang,Zhou Caiping,Shi Peili,et al.The variability of
grassland net primary production in Tibet and its response to no
grazing project[J].Chinese Journal of Grassland,2014,36
(4):5-12.
[6] Naeem S.,Thompson L.J.,Lawler S.P.Declining biodiver-
sity can alter the performance of ecosystems[J].Nature,
1994,368:734-736.
[7] Hirota M.,Zhang P.,Gu S.,et al.Smal-scale variation in e-
cosystem CO2fluxes in an alpine meadow depends on plant bio-
mass and species richness[J].Journal of Plant Research,
2010,123(4):531-541.
[8] Cao G.,Tang Y.,Mo W.,et al.Grazing intensity alters soil
respiration in an alpine meadow on the Tibetan plateau[J].Soil
Biology &Biochemistry,2004,36(2):237-243.
[9] 李以康,韩发,冉飞,等 .三江源区高寒草甸退化对土壤养分
和土壤酶活性影响的研究[J].中国草地学报,2008,30
(4):51-58.
Li Yikang,Han Fa,Ran Fei,et al.Effect of typical alpine
meadow degradation on soil enzyme and soil nutrient in source
region of three rivers[J].Chinese Journal of Grassland,2008,
30(4):51-58.
[10] 王斌,李洁,姜微微,等 .草地退化对三江源区高寒草甸生
态系统 CO2 通量的影响及其原因[J].中国环境科学,
2012,32(10):1764-1771.
Wang Bin,Li Jie,Jiang Weiwei,et al.Impacts of the range-
land degradation on CO2flux and the underlying mechanisms
in the Three-River Source Region on the Qinghai-Tibetan Plat-
eau[J].China Environmental Science,2012,32(10):1764-
1771.
[11] 张金霞,曹广民,周党卫,等 .退化草地暗沃寒冻雏形土
CO2释放的日变化和季节动态[J].土壤学报,2001,38
(1):30-32.
Zhang Jinxia,Cao Guangmin,Zhou Dangwei,et al.Diel and
—83—
中国草地学报 2016年 第38卷 第1期
seasonal changes of carbon dioxide emission from molic-cryic
cambisols on degraded grassland[J].Acta Pedologica Sinica,
2001,38(1):30-32.
[12] 温军,周华坤,姚步青,等 .三江源区不同退化程度高寒草
原土壤呼吸特征[J].植物生态学报,2014,38(2):209-
218.
Wen Jun,Zhou Huakui,Yao Buqing,et al.Characteristics of
soil respiration in different degraded alpine grassland in the
source region of Three-River[J].Chinese Journal of Plant E-
cology,2014,38(2):209-218.
[13] 曹广民,李英年,张金霞,等 .高寒草甸不同土地利用格局
土壤CO2的释放量[J].环境科学,2001,22(6):14-19.
Cao Guangmin,Li Yingnian,Zhang Jinxia,et al.Values of car-
bon dioxide emission from different land-use patterns of alpine
meadow[J].Environmental Science,2001,22(6):14-19.
[14] 李小艳,董世魁,朱磊,等 .三江源区高寒草地退化与恢复过
程中二氧化碳净交换特征[J].生态学杂志,2010,29(10):
1944-1949.
Li Xiaoyan,Dong Shikui,Zhu Lei,et al.Net carbon dioxide
exchange of plant communities on degraded and restored al-
pine grasslands in headwater area of Three Rivers in China
[J].Chinese Journal of Ecology,2010,29(10):1944-
1949.
[15] Wen L.,Dong S.K.,Zhu L.,et al.Changes of soil organic
carbon density of alpine meadow in the headwater areas of
Qinghai-Tibetan Plateau,China[J].Procedia Environmen-
tal Sciences,2010,2:619-624.
[16] 李士美,谢高地 .草甸生态系统水源涵养服务功能的时空异
质性[J].中国草地学报,2015,37(2):88-93.
Li Shimei,Xie Gaodi.Spatial and temporal heterogeneity of
water conservation service for meadaow ecosystem[J].Chi-
nese Journal of Grassland,2015,37(2):88-93.
[17] 李宏林,徐当会,杜国桢 .青藏高原高寒沼泽湿地在退化梯度
上植物群落组成的改变对湿地水分状况的影响[J].植物生
态学报,2012,36(5):403-410.
Li Honglin,Xu Danghui,Du Guozhen.Effect of change of
plant community composition along degradation gradients on
water conditions in an alpine swamp wetland on the Qinghai-
Tibetan Plateau of China[J].Chinese Journal of Plant Ecol-
ogy,2012,36(5):403-410.
[18] 魏茂宏,林惠龙,王钊齐 .江河源区高寒草甸退化序列凸斑热
岛效应研究[J].中国草地学报,2015,37(1):22-29.
Wei Maohong,Lin Huilong,Wang Zhaoqi.Study on the
“Heat Island Effect”of barren patch on degradation sequences
of alpine meadow in the source region of the Yangtze and
Yelow River,Qinghai-Tibetan Plateau,China[J].Chinese
Journal of Grassland,2015,37(1):22-29.
[19] 曹广民,龙瑞军,张法伟,等 .青藏高原高寒矮嵩草草甸碳增
汇潜力估测方法[J].生态学报,2010,(23):6591-6597.
Cao Guangmin,Long Ruijun,Zhang Fawei,et al.A method
to estimate carbon storage potential in alpine Kobresia mead-
ows on the Qinghai-Tibetan Plateau[J].Acta Ecologica Sin-
ica,2010,(23):6591-6597.
[20] 林丽,李以康,张法伟,等 .青藏高原高寒矮嵩草草甸退化演
替主成分分析[J].中国草地学报,2012,34(1):24-30.
Lin Li,Li Yikang,Zhang Fawei,et al.Principal component
analysis on alpine Kobresia humilis meadow degradation suc-
cession in Qinghai-Tibetan Plateau[J].Chinese Journal of
Grassland,2012,34(1):24-30.
[21] 王风玉,周广胜,贾丙瑞,等 .水热因子对退化草原羊草恢复
演替群落土壤呼吸的影响[J].植物生态学报,2003,27(5):
644-649.
Wang Fengyu,Zhou Guangsheng,Jia Binrui,et al.Effects
of heat and water factors on soil respiration of restoring Ley-
mus chinensis steppe in degraded land[J].Chinese Journal of
Plant Ecology,2003,27(5):644-649.
[22] Wang G.,Li Y.,Hu H.,et al.Synergistic effect of vegeta-
tion and air temperature changes on soil water content in al-
pine frost meadow soil in the permafrost region of Qinghai-
Tibet[J].Hydrological Processes,2008,22:3310-3320.
[23] 张法伟,郭竹筠,李以康,等 .青海湖芨芨草干草原植被退化
对土壤温湿特征的影响[J].干旱区研究,2013,30(2):219-
225.
Zhang Fawei,Guo Zhujun,Li Yikang,et al.Effect of soil
temperature and volumetric moisture content on vegetation
degeneration over the Achnatherum splendens steppe around
the Qinghai Lake,China[J].Arid Zone Research,2013,30
(2):219-225.
[24] 周华坤,赵新全,周立,等 .青藏高原高寒草甸的植被退化与
土壤退化特征研究[J].草业学报,2005,14(3):31-40.
Zhou Huakui,Zhao Xinquan,Zhou Li,et al.A study on
correlations between vegetation degradation and soil degrada-
tion in the‘Alpine Meadow’of the Qinghai-Tibetan Plateau
[J].Acta Prataculturae Sinica,2005,14(3):31-40.
[25] 周兴民 .中国嵩草草甸[M].北京:科学出版社,2001.
Zhou Xingmin.The Kobresia meadow in China[M].Beijing:
Science Press,2001.
[26] Li H.,Zhang F.,Li Y.,et al.Seasonal and interannual
variations of ecosystem photosynthetic features in an alpine
dwarf shrubland on the Qinghai-Tibetan Plateau,China[J].
Photosynthetica,2014,52(3):321-331.
[27] Baptist F.,Choler P.Functional properties on the seasonal
gross primary production of temperate alpine meadows[J].
Annals of Botany,2008,101:549-559.
[28] Xiong F.,Mueler E.,Day T.Photosynthetic and respira-
tory acclimation and growth response of Antarctic vascular
plants to contrasting temperature regimes[J].American
Journal of Botany,2000,87(5):700-710.
[29] Street L.,Shaver G.,Wiliams M.,et al.What is the rela-
tionship between changes in canopy leaf area and changes in
photosynthetic CO2flux in arctic ecosytems[J].Journal of
Ecology,2007,95:139-150.
[30] 张树源,武海,陆国泉 .青海高原植物生理生态学研究II.高
寒草甸植物的光合作用[J].西北植物学报,1993,13(4):
—93—
张法伟 王军邦 李以康等   高寒嵩草草甸不同退化梯度下生态系统光合和呼吸响应特征
302-307.
Zhang Shuyuan,Wu Hai,Lu Guoquan.The physiological e-
cology,studies on plants in qinghai plateau II.The photosyn-
thesis of plants in alpine meadow[J].Acta Botanica Boreali-
Occidentalia Sinica,1993,13(4):302-307.
Response of Ecosystem Photosynthesis and Respiration to
Degradation Gradients in an Alpine Kobresia Meadow
ZHANG Fa-wei 1
,3,4,WANG Jun-bang2,LI Yi-kang1
,3,LIN Li 1,3,CAO Guang-min1
,3
(1.Northwest Institute of Plateau Biology,Chinese Academy of Sciences,Xining810001,China;
2.Key Laboratory of Ecosystem Network Observation and Modeling,Institute of Geographic
Sciences and Natural Resources Research,Chinese Academy of Sciences,Beijing100101,China;
3.Key Laboratory of Adaptation and Evolution of Plateau Biota,Chinese Academy
of Sciences,Xining810001,China;4.Graduate University of Chinese Academy of
Sciences,Beijing100049,China)
Abstract:Alpine grassland ecosystems plays an essential role in national ecological security shelter,
but it have been widely and severely degraded in the Qinghai-Tibetan Plateau.But the responses of carbon
budgets to degradation process are not fuly understood on the alpine grassland.The experiment of degra-
dation gradients(lightly degradation,medium degradation and severe degradation)on an alpine Kobresia
meadow was conducted.During plant flourishingly growing season,net ecosystem CO2exchange rate
(NEE),ecosystem dark respiration rate(RES)and gross ecosystem photosynthesis rate(GEP)was meas-
ured by LI-6400and carbon assimilation chamber from mid-July to mid-August in 2014on Northeastern
Qinghai-Tibetan Plateau.The results showed that the diurnal unimodal patterns of GEP,RES and NEE
were not significantly influenced along degradation gradients and the peak and valey of diurnal CO2fluxes
from different gradation status occurred almost simultaneously.Daily RES and NEE of severe degradation
plots was evidently(P<0.05)improved by 12.2%and 41.8%than that of light degradation plots,re-
spectively.Daily GEP declined undetectably.Along the degradation gradients,the temperature sensitivity
of RES(Q10)was decreased and ecosystem apparent quantum yield(a)was enhanced,while the ecosys-
tem saturated photosynthetic rate(Pmax)was little changed.Those results indicated that the response of
carbon dynamics of alpine Kobresia meadow to degradation processes was mostly demonstrated by ecosys-
tem respiration CO2efflux rather than photosynthetic CO2uptake during the vegetation flourishing periods
from July to August.
Key words:CO2fluxes;Photosynthetic response curve;Respiration temperature sensitivity;Assimila-
tion chamber;Qinghai-Tibetan Plateau
(责任编辑 李 平)
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中国草地学报 2016年 第38卷 第1期