全 文 ：第 21 卷 第 2 期
2012 年 6 月
青 海 草 业
QINGHAI PRATACULTURE
Vol． 21． No． 2
Jun． 2012
文章编号:1008 － 1445(2012)02 － 0002 － 06
试验研究
模拟增温对矮嵩草草甸莎草科
功能群植物的影响
赵建中1，刘 伟2，周玉碧2
(1．青海省草原总站，青海 西宁 810001;
2．中国科学院西北高原生物研究所，青海 西宁 810001)
摘要:本论文以青藏高原矮嵩草草甸植物群落为主要研究对象，采用国际冻原计划(ITEX)模拟增温对植
物影响的研究方法设置模拟增温样地，探讨了模拟增温对高寒矮嵩草草甸莎草科功能群植物的影响，结
果表明，莎草科功能群植物的生物量随温度的逐渐升高先增大后减小;盖度在试验第一、二年均随温度
的升高先增加后减小，在试验第三年盖度随温度的升高逐渐减小;植物高度随温度的升高逐渐增大;重
要值在试验第一、二年随温度的升高先增大后减小，在试验第三年随温度的升高而逐渐增大。
关键词:模拟增温;矮嵩草草甸;功能群
中图分类号:S812． 5 文献标识码:A
目前，全球变化(global change)、生物多样性
(biodiversity)和可持续发展(sustainable develop-
ment)等全球性环境问题为世人瞩目，被称为世界
三大环境热点，而其中的 CO2 浓度升高导致的温
室效应和全球气候变化对陆地生态系统的影响，
以及生态系统对全球气候变化的响应和反馈是关
系到人类社会和经济生活、农林牧业生产、资源和
生存环境的重大问题，成为众多科学工作者、各国
政府领导人及普通民众所共同关注的焦点问题，
全球变化与陆地生态系统(Global change and ter-
restrial ecosystem，GCTE)是全球变化研究的重要
内容，而气候变化对陆地生态系统的影响及其反
馈是 GCTE研究的热点［1］。
有“世界屋脊”之称的青藏高原属于气候变化
的敏感区和生态脆弱带［2］，是研究陆地生态系统
对气候变化响应机制的理想场所。从 1982 ～ 1999
年 18 年的气象数据来看，青藏高原生长季温度平
均每年增加 0． 071℃，高于全国的 0． 046℃［3］。冰
芯记录的结果显示青藏高原古代气温和现代气温
变化幅度均比低海拔地区大，冻土退化的研究结
果也证实了青藏高原气温转暖的事实［4］。可以看
出，近 20 年来青藏高原的气温变化与全国一致，
表现为升温，而且升温幅度较大。有关研究表明
青藏高原草地植被活动在增强，并且植被活动的
变化与气候变化(尤其是温度上升)密切相关［5］。
一些全球变化作物模型的预测结果表明，气候的
改变会导致荒漠化、干旱和作物减产，而且会增加
病虫害风险［6］。
1 研究区域自然概况
该研究在青海省青南地区果洛藏族自治州玛
沁县大武乡格多牧委会进行。地理位置为 34°20
～ 34°26N，100°22 ～ 100°30E，平均海拔 4120m，
范围 3800 ～ 4800m，为三江源地区，属青藏高原的
2
一部分。该地区气候具有典型的高原大陆性气候
特点，无四季之分，仅有冷暖季之别，冷季漫长、干
燥而寒冷，暖季短暂、湿润而凉爽。温度年差较小
而日差较悬殊，太阳辐射强烈。各地历年日照平
均值在 2500h以上，年总辐射量在 623． 8 ～ 629． 9
kj /cm2，冷季持续时间长达 7 ～ 8 个月;暖季湿润，
长达 4 ～ 5 个月，平均气温在 0℃以下。全年无绝
对无霜期，年降水量为 420 ～ 560mm，多集中在 5
～ 10 月。土壤为高山草甸土和高山灌丛草甸土，
土壤表层和亚表层中的有机质含量丰富。矮嵩草
草甸为该地区主要冬春草场，建群种为矮生嵩草
(Kobresia humilis) ，主要伴生种有:高山嵩草(K．
pygmaea)、双柱头藨草(Scirpus distigmaticus)、垂
穗披碱草(Elymus nutans)、早熟禾(Poa spp．)、异
针茅(Stipa aliena)、短穗兔耳草(Lagotis brachys-
tachya)、矮火绒草(Leontopodium nanum)、细叶亚
菊(Ajania tenuifolia)、兰石草(Lancea tibetica)、美
丽凤毛菊(Saussurea superba)、鸟足毛茛(Ranun-
culus brotherusii)等主要牧草［7 － 11］。
2 研究方法
2． 1 样地设置
在国家“十五”科技攻关项目:“江河源区退
化草地治理技术与示范”建立示范样区时进行的
较为平坦的轻度退化矮嵩草草甸内设置增温试验
样地(面积大小为 40m × 33m)［12］。开顶式温室，
使用材料为聚氯乙烯塑料，圆台型框架用细钢筋
制作，基本形状类同于周华坤等［13］(图 1)。开顶
式温室依据温室越小温度越高的原理设置温度梯
度，温室从小到大依次设置 5 个处理，即 A、B、C、
D、E;温室底部直径依次为 0． 85，1． 15，1． 45，
1． 75，2． 05m ，顶部直径依次为0． 40，0． 70，1． 00，
1． 30，1． 60m，植物高度 0． 4m，每种处理随机设置四
次重复，温室外未做任何处理的样地为对照(F)。
2． 2 功能群划分
根据植物的寿命及经济类群，将该区草地植
物划分成 3 种功能群类型［14］。
(1)莎草科功能群:主要包括矮生嵩草、黑褐
苔草(Carex alrofusca)、高山嵩草、双柱头藨草等。
(2)多年生禾本科功能群:主要包括垂穗披碱
草、草地早熟禾(Poa pratensis)、异针茅等。
(3)杂类草功能群:主要包括短穗兔耳草、鸟
足毛茛、矮火绒草、细叶亚菊、兰石草、美丽凤毛菊
等。
图 1 圆台形开顶式温室示意图(处理 C)
2． 3 温、湿度测定
(1)用 HOBO － H8 4 通道温湿度数据采集器
(6 套)记录地表(10cm)温度。从 5 月份起每隔
2h时自动记录一次，到 9 月份植物枯黄期为止，
计算日平均地表温度。
(2)用 FDR湿度仪器每两天测定一次土壤湿
度，计算平均值，每天测定三次(分别在早上 10
点、中午 2 点、下午 6 点进行湿度测定) ，计算平均
值。
2． 4 群落调查
在各处理中分别用 25cm × 25cm 样方调查群
落结构，重复 6 次。分别记录样方内植物种类组
成、种盖度、植物高度及群落总盖度等，完备后齐
地面剪下，并按矮生嵩草、莎草科、禾本科和杂类
草进行分类，带回实验室在 70℃的恒温箱中烘干
至恒重，称重，进行有关分析。
2． 5 土壤数据采集方法
在群落调查样方的中部，用土钻分别采集 0
～ 10cm、10 ～ 20cm、20 ～ 30cm 的土样，4 次重复。
测定各温室和对照样地土壤养分参数，包括土壤
全 N、全 P、全 K含量。
2． 6 数据分析
优势度:重要值 =(相对植物高度 +相对盖度
+相对生物量)/3
数据均用 Excel、SPSS 统计软件进行统计分
析。
3 结果与分析
3． 1 温度变化
温室内的地表温度和地温明显升高，三年的
平均温度 A温室中最大(地表温度为 12． 1℃) ，在
对照中最小(地表温度为 9． 7℃) ;与对照相比，
3
模拟增温对矮嵩草草甸莎草科功能群植物的影响 赵建中等
2008 年、2009 年、2010 年 A 温室地表温度分别平
均升高了 2． 1℃、2． 9℃、2． 2℃(表 1)。不同处理
间温度变化不一致，但总体来看随温室从大到小
而逐渐升高的，从 2008 年至 2010 年，实验期间温
度有逐渐升高的趋势(表 1)。本模拟增温试验温
室的增温量，在大气环流模型(GCMs)预测的 21
世纪全球温度将升高 1． 5 ～ 4． 5℃ 的范围内
(IPCC，1994) ，而且各温室间的温度变化与温室
大小显著或极显著相关(表 2)。说明各处理间的
模拟增温是比较理想的。
表 1 2008 年 ～ 2010 年处理间气温变化
处理
气温 (℃) (± sd)
2008 2009 2010 平均
A 10． 8 ± 0． 9 12． 3 ± 0． 6 13． 1 ± 0． 8 12． 1 ± 0． 8
B 9． 6 ± 1． 0 11． 2 ± 0． 4 12． 5 ± 1． 1 11． 1 ± 0． 8
C 9． 4 ± 0． 9 10． 9 ± 0． 5 12． 2 ± 1． 0 10． 8 ± 0． 8
D 9． 1 ± 0． 9 10． 6 ± 0． 4 11． 5 ± 0． 9 10． 4 ± 0． 7
E 8． 9 ± 1． 0 10． 4 ± 0． 6 11． 2 ± 1． 2 10． 2 ± 0． 9
F 8． 7 ± 1． 0 9． 4 ± 1． 0 10． 9 ± 1． 3 9． 7 ± 1． 1
表 2 气温与温室底面积大小的相关性
时间 2008 2009 2010
相关系数(r) － 0． 91* － 0． 93* － 0． 99＊＊
注:* 表示相关显著(P ＜ 0． 05) ;＊＊表示相关极显著(P ＜ 0． 01)
3． 2 土壤湿度变化
土壤湿度三年的变化规律有所差别，但总体
趋势基本一致，从对照 F 到 A 温室随着温度的升
高，土壤湿度逐渐减小，三年的平均土壤湿度在 A
温室中最低(42． 5%) ，在对照 F 中最大(46． 1%)
(表 3)。
表 3 2008 年 ～ 2010 年处理间土壤湿度变化
处理
土壤湿度 (%) (± sd)
2008 2009 2010 平均
A 39． 2 ± 1． 2 39． 0 ± 1． 9 49． 2 ± 2． 0 42． 5 ± 1． 7
B 39． 4 ± 1． 2 41． 0 ± 1． 0 48． 4 ± 1． 2 42． 9 ± 1． 1
C 41． 1 ± 1． 8 41． 3 ± 0． 9 50． 7 ± 2． 0 44． 4 ± 1． 6
D 39． 5 ± 1． 7 43． 1 ± 1． 3 45． 6 ± 1． 5 42． 7 ± 1． 5
E 44． 4 ± 1． 3 41． 9 ± 1． 5 53． 7 ± 2． 0 46． 7 ± 1． 6
F 42． 8 ± 0． 7 45． 0 ± 1． 8 50． 6 ± 2． 0 46． 1 ± 1． 5
从年间变化来看，有逐年增大的趋势，平均土
壤湿度 2010 年 ＞ 2009 年 ＞ 2008 年。2008 年、
2009 年、2010 年对照 A与 F温室相比土壤湿度分
别平均降低了 3． 6%、6． 0%、1． 4%(表 3)。
3． 3 土壤养分变化
从对照 F到 A温室，随着温度的逐渐升高，土
壤养分含量均有所变化，但总体变化规律不明显。
全氮、全钾含量除了 A温室较对照有所下降外，其
它温室内变化不太明显;不同温室内外全磷变化
均不明显(表 4)。
表 4 不同处理间土壤养分的变化
A B C D E F
全氮(%) 0． 35 0． 42 0． 44 0． 41 0． 42 0． 41
全磷(%) 0． 065 0． 062 0． 069 0． 069 0． 063 0． 065
全钾(%) 1． 36 1． 88 1． 83 1． 80 2． 13 1． 84
4
青海草业 2012 年 第 21 卷 第 2 期
3． 4 功能群结构及其数量特征变化
2008 年，从对照 F 到 A 温室随着温度的升
高，莎草科功能群除植物种数未发生变化外，生物
量、盖度、植物高度、重要值均发生明显变化。从
E温室到 A 温室随着温度的升高，生物量变化规
律不明显，处理间差异不显著。盖度、重要值均呈
单峰曲线变化，即先增加后减小，均在 B 温室中达
到最大值，分别为 50． 25，26． 05，B 温室与对照相
比，盖度、重要值分别升高了 7%，17%，盖度在处
理间差异不显著。植物高度随温度的升高逐渐增
大，在 A温室中达到最大值为 9． 25cm，与对照 F
相比植物高度增加了 94%，而且差异达到极显著
水平(F = 9． 7，df = 5，P ＜ 0． 01) (表 5)。
表 5 2008 年 ～ 2010 年莎草科功能群数量特征
2008
种 生物量(g) 盖度(%) 高度(cm) 重要值
A 3 4． 62Aa 26． 75Bb 9． 25Aa 19． 71
B 3 5． 56Aa 50． 25Aa 7． 45ABab 26． 05
C 3 4． 73Aa 42． 17ABab 6． 49ABCb 22． 50
D 3 5． 64Aa 37． 42ABab 6． 08BCDbc 20． 43
E 3 3． 63Aa 26． 33Bb 5． 20CDcd 15． 19
F 3 5． 43Aa 47． 00Aa 4． 78Dd 22． 35
总数 3 － － － － － － － －
平均 － － 4． 98 38． 32 6． 54 21． 04
注:小写字母表示 0． 05 水平上差异显著;大写字母表示 0． 01 水平上差异显著
2009 年，从对照 F 到 A 温室随着温度的升
高，生物量、盖度、重要值均呈单峰曲线变化，即先
增加后减小。生物量在 D 温室中达到最大值为
7． 48g，与对照 F相比升高了 54%，但差异不显著，
A温室与 D 温室相比，A 温室中生物量降低了
11%，差异未达到显著水平。盖度在 C 温室中达
到最大值为 54． 05%，与对照 F 相比升高了 26%，
A温室与 C温室相比，A温室中盖度降低了 25%，
处理间差异均未达到显著水平。重要值在 C 温室
中达到最大值为 29． 43，与对照 F 相比升高了
34%，A温室与 C 温室相比，A 温室中重要值降低
了 8%。从对照 F到 A温室随着温度的升高，植物
高度逐渐升高，在 A 温室中达到最大值为10． 86
cm，与对照 F 相比植物高度增加了 94%，差异达
到极显著水平(F = 7． 2，df = 5，P ＜ 0． 01) (表 6)。
2010 年，生物量随温度的升高先增加后减小，
在 D温室中达到最大值为 8． 73g，与对照 F相比升
高了 44%，A温室与 D温室相比，A温室中生物量
降低了 18%，但差异均未达到显著水平。盖度随
温度的升高而逐渐降低，A 温室中盖度最小为
33． 88%，与对照相比盖度下降了 21%，差异未达
到显著水平。重要值、植物高度均随温度升高而
逐渐增大，在 A 温室中达到最大值分别为 37． 2、
20． 53cm，与对照 F 相比分别增加了 57%、179%，
植物高度的差异达到极显著水平(F = 20． 7，df =
5，P ＜ 0． 01) (表 7)。
表 6 2008 年 ～ 2010 年莎草科功能群数量特征
种 生物量(g) 盖度(%) 高度(cm) 重要值
A 3 6． 68Aa 40． 83Aa 10． 86Aa 26． 99
B 3 6． 42Aa 42． 00Aa 10． 08Aab 25． 98
C 3 6． 75Aa 54． 05Aa 8． 89Aab 29． 43
D 3 7． 48Aa 42． 42Aa 9． 53Aab 26． 42
E 3 6． 71Aa 36． 50Aa 8． 13ABb 22． 70
F 3 4． 85Aa 42． 90Aa 5． 61Bc 22． 00
总数 3 － － － － － － － －
平均 － － 6． 48 43． 12 8． 85 25． 59
注:小写字母表示 0． 05 水平上差异显著;大写字母表示 0． 01 水平上差异显著
5
模拟增温对矮嵩草草甸莎草科功能群植物的影响 赵建中等
表 7 2008 年 ～ 2010 年莎草科功能群数量特征
2010
种 生物量(g) 盖度(%) 高度(cm) 重要值
A 3 7． 14Aa 33． 88Aa 20． 53Aa 37． 20
B 3 7． 77Aa 34． 50Aa 18． 20Aa 25． 74
C 3 7． 37Aa 35． 00Aa 18． 33Aa 31． 98
D 3 8． 73Aa 32． 00Aa 9． 33Bb 22． 46
E 3 7． 56Aa 47． 70Aa 9． 76Bb 29． 25
F 3 6． 06Aa 42． 83Aa 7． 37Bb 23． 66
总数 3 － － － － － － － －
平均 － － 7． 44 37． 65 13． 92 28． 38
注:小写字母表示 0． 05 水平上差异显著;大写字母表示 0． 01 水平上差异显著
4 讨论
本项研究结果显示，从 2008 年至 2010 年间，
试验样地中的地表温度呈上升趋势，与 2008 年相
比，2010 年地表温度升高了 1． 0 ± 1． 1℃。相关研
究也表明，在本世纪，人类活动导致的气候变暖将
使温度上升 1． 7 摄氏度至 8． 0℃［15］。尽管各种方
法所估算的结果在量上存在一定的差别，但变化
的趋势是一致的，到 2100 年为止，全球气温估计
将上升大约 1． 4 ～ 5． 8℃(2． 5 ～ 10． 4F)［1］。在全
球气候变暖的趋势下，降水格局也将发生变化，而
且就某一地区而言，降水的变化有很大的差
异［16］。全球气候变化将会使高纬度地区的降水
量增加［17］，即便温度稍微增加，气候变暖可能会
导致土壤水分蒸腾蒸发损失总量将会增加而且植
物生长条件更加干旱［18］。我们的研究结果显示，
在同一年中不同处理间随着温度的升高，土壤湿
度逐渐减小，而从年间变化来看，土壤湿度却逐年
增加，说明不同年间影响土壤湿度变化的主要因
子是降水量的大小，该地区虽然温度逐年升高，但
降雨量依然逐年增加，在一定程度上减弱了由于
温度升高而对植物的影响。
由于温室限制了在水平方向的空气流动，一
定程度上也降低了垂直方向的对流过程，同时温
室具有明显的“花房效应”，室内空气的湍流作用
明显减弱，最终导致了温室特定范围内的温度增
高，植物蒸腾增强，以致植物生理过程发生改变，
同时也会使温室内的季节冻土层发生消融与融冻
等过程，以及土壤的其它物理条件发生改变，结果
必然对植物的生长和演替产生影响［19］。本研究
结果显示，莎草科功能群的生物量均呈单峰关系，
即随温度的逐渐升高先增大后减小;盖度在试验
第一、二年均随温度的升高先增加后减小呈单峰
关系，在试验第三年盖度随温度的升高逐渐减小，
呈负相关关系;植物高度随温度的升高逐渐增大，
呈正相关关系;重要值在试验第一、二年与温度均
呈单峰关系，即随温度的升高先增大后减小，在试
验第三年随温度的升高而逐渐增大呈正相关关
系。在模拟增温条件下，莎草科功能群的生物量、
盖度均随温度的升高先增大后减小，主要是由于
莎草科功能群植物对极端温度的耐受力较高，小
幅度的温度变化对莎草科功能群植物影响不
大［20］，而植物高度随温度的升高逐渐增大，这是
由于禾草占据上层空间形成郁闭环境，因此下层
莎草科、杂类草功能群植物为了争取更多的阳光
和生存空间，种间竞争作用增强，植物高度整体增
加。
参考文献:
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STUDY ON AQUASORB FOR PLANTING TURF GRASS GROWING EFFECT
LI Sheng － jun
(Haibei State Grassland Station ，Xihaizhen Qinghai 810200，China)
Abstract:The qinghai － tibet plateau due to its special geographical conditions and climate conditions，cultivat-
ed lawn because of drought，water shortage and most serious degradation，experiment chooses the bluegrass
lawn precocious (Poa pratensis) ，violet sheep spear (Festuca rubra l．) ，perennial ryegrass (Lolium perenne)
(Lolium perenne l．)according to certain than mixed seeding listed，used together with the concentration of su-
per absorbent polymers not counterparts，through to the turf grass plant height，the ground biomass，rootshoot
ratio，density and coverage，and the quality of a material，leaf relative water content，the determination of the
determination of chlorophyll content，and the results showed that the drought uncover implant treasure Ⅱ num-
ber，drought，Ⅲ dew plant treasure of aquasorb concentration in 10g /m2，the condition of the lawn grass bio-
mass than other concentration has a better performance，including Ⅲ th absorbent agent is better． Two kinds of
super absorbent polymers in the concentration of 15g /m2，plant height，lawn grass leaf chlorophyll content，the
relative moisture content have significantly improved，especially Ⅲ th absorbent agent． And absorbent agent in
20g /m2 concentration，the density of the lawn grass has more dramatically increasing．
Key words:Water － retaining agent;Lawn grass;
櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁櫁
Growth impact
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THE RESPONSES OF CYPERACEAE PFTS PLANT TO SIMULATING WARMING
IN ALPINE KOBRESIA HUMILIS MEADOW
ZHAO Jian － zhong et al
(Grassland Station of Qinghai Provience，Xining Qinghai 810001，China)
Abstract:The plant communities in alpine Kobresia humilis meadow as the main research object，we set the ar-
tificial warming and natural warming plots，and they based on the international tundra program (ITEX )simu-
lation of temperature effect on plant research methods． The Responses of Cyperaceae PFTs (Plant Functional
Type)plant to simulating warming in alpine Kobresia humilis meadow was discussed． The results showed that
biomass of Cyperaceae PFTs plants increased at first with temperature increasing and then decreased． Coverage
and important value of Cyperaceae PFTs plants increased at first with temperature increasing and then decreased
in 2008，2009，but it decreased with warming in 2010． Plant height increased with temperature increasing．
Key words:Simulating warming;Kobresia humilis meadow;Plant functional types
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青海草业 2012 年 第 21 卷 第 2 期