[目的]在全球气候变化背景下,分析中国温带草原和荒漠区域春季物候变化趋势,探索该区域春季物候与气候因子之间的关系。[方法]利用1982—2015年归一化植被指数(NDVI)数据集,提取中国温带草原和荒漠区域植被生长季开始日期(SOS),评估整个研究区及草甸、草原和荒漠SOS的线性趋势。利用偏相关和多元线性回归方法,分析SOS与季前(5月—上一年11月)温度和季前降水的关系,并分析SOS对气候变化响应的空间模式。[结果]1982—2015年中国温带草原和荒漠区域SOS以0.14 d·a~(-1)的速率显著提前。空间上,68%的地区呈提前趋势,32%的地区呈延迟趋势。SOS与不同季前时期的平均温度和降水均呈负相关,且与季前平均温度的相关性更显著。SOS分别与季前40 d平均温度和季前200 d降水的相关性最大。1982—2015年,季前(40 d)平均温度上升1℃,SOS显著提前1.31 d;季前(200 d)降水增加10 mm,SOS提前0.44 d。空间上,长期平均季前(200 d)降水增加10 mm,SOS温度敏感性增加0.093 d·℃~(-1),SOS降水敏感性降低0.019 d·10 mm~(-1)。[结论]过去34年中国温带草原和荒漠区域SOS表现提前趋势。季前平均温度是控制SOS变化的主要因子。季前平均温度升高和季前降水增加会导致SOS提前。季前降水决定SOS温度敏感性和SOS降水敏感性的空间格局。季前降水越多的地区,SOS对季前平均温度越敏感;季前降水越少的地区,SOS对季前降水越敏感。

针对中国草原、荒漠草原生态系统承载的温室气体量在区域大尺度上无法有效量化的问题,本研究通过生态系统温室气体值(green-house gas value,GHGV)模型,利用国内1990–2015年共6期的草原、荒漠草原的土地利用数据,开展草原时空变化分析,结合全球和中国本地化后的两套模拟参数分别模拟分析中国草原、荒漠草原近25年来对3类主要温室气体(CO2、CH4、N2O)的封存潜力。结果显示,研究时段内,草原、荒漠草原的面积呈下降趋势,对温室气体的封存潜力有所减弱,封存的温室气体减少了1.93 Pg·CO2-eq–1。通过对比参数本地化和模型自带参数的模拟结果发现,本地化参数后草原、荒漠草原生态系统的温室气体模拟值均大于使用全球参数的模拟值。本研究同时发现,从草原面积到草地的碳储量,当前研究均面临量值差异的挑战,亟待开展更多深入的研究。

荒漠草原分布于干旱区和半干旱区,对气候变化的响应极为敏感,但目前学术界对于荒漠草原物候与生产力变化的研究仍较为薄弱。有鉴于此,论文采用2000—2017年MODIS NDVI数据和气象数据,利用通用数量化方法提取内蒙古荒漠草原植被的生长季始期(start of season, SOS)和生长季末期(end of season, EOS);基于CarnegieAmes-Stanford Approach (CASA)模型估算了植被净初级生产力(NPP),并分析了植被物候和净初级生产力之间的关系。研究结果表明:①2000—2017年内蒙古荒漠草原SOS呈显著提前趋势(0.88 d/a,P0.05),生长季长度(length of season, LOS)呈显著延长趋势(0.76 d/a)。81.53%像元的SOS与2—4月平均气温呈负相关(8.21%显著相关,P<0.05),60.80%像元的SOS与4月降水量呈负相关关系(6.12%显著相关,P<0.05);65.16%像元的EOS与9月平均气温呈负相关(5.03%显著相关,P<0.05),78.61%像元的EOS与7—9月降水量呈正相关关系(10.12%显著相关,P

【目的】研究荒漠草原猪毛蒿生长和代谢特征对降水变化的响应，可为荒漠草原植被恢复与重建提供参考。【方法】本文采用野外增减降水试验，于2017-2020年研究了降水改变（增水30%、对照和减水30%）条件下猪毛蒿生长特征及其代谢产物，旨在探讨猪毛蒿生长代谢对降水改变的响应机制。【结果】在降水量较多的2018年（385.6 mm），降水改变对猪毛蒿生长影响较小，而在降水较少的2020年（205.8 mm）猪毛蒿的地上生物量、密度、株高和冠幅对降水变化响应显著。在猪毛蒿茎叶中检测出772种代谢物，主要包括黄酮、酚酸类、脂质等。3种降水处理间具有显著差异的43种代谢物主要是黄酮、酚酸类、有机酸、脂质、氨基酸及其衍生物等。增加和减少降水处理间出现差异的代谢物为52种，差异代谢物以上调为主，上调数量占到了差异代谢物数量的76.07%，而增减水和对照处理三者间共同的差异代谢物仅为2种，说明水分可显著影响猪毛蒿生长代谢。在代谢通路方面，降水量改变主要影响了猪毛蒿茎叶的花青素生物合成通路、精氨酸生物合成与淀粉和蔗糖代谢通路。【结论】荒漠草原猪毛蒿通过增强地上生物量、密度、株高和冠幅等表型可塑性来适应降水的变化，降水偏枯年份的表型可塑性变异比丰水年更明显，而且降水变化可显著改变猪毛蒿茎叶代谢物，这可能是干旱环境下猪毛蒿生理可塑性的表现。虽然本研究发现了猪毛蒿在不同降水处理下差异明显的KEGG代谢通路，但差异通路上具体的调控机制还需要进一步深入探究。

【目的】研究不同放牧强度下荒漠草原植被地上部、根系碳密度及土壤有机碳含量的动态变化,旨在揭示不同放牧强度对荒漠草原植被、土壤碳截存的影响。【方法】在内蒙古苏尼特右旗荒漠草原试验示范基地,设置轻度、中度、重度、极重度放牧和围栏封育(对照区,CK)5个处理,于2012-05-09测定不同放牧强度下荒漠草原植被地上部碳密度、根系碳密度及土壤有机碳含量。【结果】在5-9月,随着放牧强度的增加,荒漠草原植被地上部、0~30cm土层根系碳密度及土壤有机碳含量均呈下降趋势。除轻度放牧区外,其他强度放牧区地上部碳密度与对照区均有明显差异。在不同放牧强度下,荒漠草原地上部碳密度5-9月的动态变化规律一致,均呈单...

全球变暖导致的水文水资源问题越来越突出。为了预测气候变化对径流水资源的影响,该文利用全国469个小流域20多年年平均降水量、年平均气温和年平均径流量数据,细分不同的气候情景,分析径流变化对气候变化的响应程度。结果表明:一般来说,径流与降水变化趋势一致,与气温变化趋势相反,但是在局部地区由于温度的升高增加的降水超过蒸发的影响,径流随着气温升高反而增加;干旱地区径流对气温比对降水的响应更加显著,而在湿润地区径流对降水比对气温的响应更加显著;其中年平均气温11℃～15℃、年降水量400mm～800mm的华北地区,年均径流深对年均降水量的响应最敏感,而年平均气温低于5℃、年降水量低于400mm的内蒙古...

基于野外调查构建了伊犁新垦区土地荒漠化敏感性的评价指标体系,并在GIS支持下完成了研究区土地荒漠化敏感性综合评价。结果表明:伊犁新垦区超过70%的土地呈现出不同程度的荒漠化敏感性,其中以具有轻度敏感性的荒漠化土地为主,占到新垦区土地总面积的一半以上;中度敏感和高度敏感的荒漠化土地比重分别为14.31%和6.90%。从土地荒漠化敏感性的类型及空间分布来看,南岸大渠灌区的土地主要受水蚀荒漠化影响,近80%的土地具有荒漠化敏感性,高度敏感的荒漠化土地比重超过10%;伊犁河北岸灌区是新垦区内沙质荒漠化敏感性程度最高的区域,超过70%的土地受到荒漠化威胁;察布查尔县伊犁河灌区和团结灌区主要受土壤次生盐渍...

荒漠草原地区草地的灌丛化使得草地资源空间分布具有异质性,并且灌丛的自持能力也逐渐得到了增加。荒漠草原灌丛沃岛是荒漠草原地区灌木灌丛下限制性土壤资源的显著聚集现象,其中的资源为土壤水分、养分、微生物、动物以及由灌丛带来的非生物环境等的总和。沃岛集聚养分,改善土壤构造,在养分的空间和养分循环中发挥着重要的生态和水文效应,成为许多生物物种,包括草本植物和小型动物的庇护所,这种效应被称之为"沃岛"效应。"沃岛"效应的发生很可能促进了灌丛化草地的形成和维持,同时也加速了草原的荒漠化过程。"沃岛"效应的存在是荒漠草原受损生态恢复与重建的重要基础和依据。学者对于"沃岛"效应引起的土壤资源的异质性分布研究较深,但对于养分在灌木植物下土壤表层的积累研究较浅。如何把握"沃岛"效应各个复杂过程中植物、土壤和土壤生物扮演的确切角色,还亟待解决。本文从"沃岛"的概念和形成机制出发,对"沃岛"的结构特征和生态效应以及土壤与植被系统的关系进行了总结,对于深入了解"沃岛"效应的机理具有重要的意义,也对荒漠草原地区的植被演替和恢复重建具有重要的生态学意义,同时也为荒漠草原地区的水土治理提供基础理论。

比较分析了荒漠草原5种禾本科牧草光合生理特性及其主要影响因子。结果表明:5种牧草净光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)日变化均呈双峰曲线,并且均以沙生冰草最高,蒙农杂交冰草最低,品种间达到显著差异水平(P新麦草>沙芦草>无芒雀麦>蒙农杂交冰草,Chl a和Chl b含量大小表现为相同规律;5种牧草净光合速率受生理、生态因子的影响不同,其中主要影响因子为蒸腾速率(E)、水分利用效率(WU...

在宁夏盐池县荒漠草原区选择3种生境(风沙土、风化基岩残积土、灰钙土),利用野外增减雨试验装置,对猪毛蒿(Artemisia scoparia)进行连续两年的数量动态及生长监测。通过编制动态生命表,分析了猪毛蒿种群在异质生境下的生存状况。结果表明,猪毛蒿种群的存活曲线接近于Deevey-Ⅰ型,呈凸型。猪毛蒿数量在年际间存在显著差异(2018年数量多于2017年),且均于7月份达到峰值。从土壤类型来看,灰钙土生境下猪毛蒿种群存活数和累积生存率高于风沙土和风化基岩残积土。从增减雨条件来看,风沙土生境,2017年增雨区内种群的标准化存活量高于正常区和减雨区,2018年则与之相反;而风化基岩残积土、灰钙土生境,增雨区的标准化存活量均较低,这主要是由降水和种内竞争作用导致的。综合分析,灰钙土生境下猪毛蒿种群的存活量较多;降水量一定程度影响了猪毛蒿的存活,在较多的年份里,猪毛蒿的种内竞争加剧,进而降低了种群存活量。

【目的】评估中国草地地上生产力氮限制强度的时空变化，为全球环境变化背景下草地适应性管理和氮循环模拟评估提供参考。【方法】以中国草地为研究对象，系统收集了 1980—2020 年已发表的 423 组氮添加试验数据，整合分析地上生产力响应比（ln RR）和氮素敏感系数（ln RR/N，即 ln RR 与氮添加量的比值）及其影响因素。利用直线、双直线和逐步回归等方法，评估了 ln RR/N 的时空动态及其驱动因子。【结果】ln RR 随氮添加量的增加总体呈先增加后持平的趋势。当氮添加量超过（21.1±5.5)g N·m~(-2)·a~(-1)（平均值±95%置信区间）时，ln RR 达到最大值（0.60±0.08）。整合分析结果显示，ln RR/N总体平均为 0.043±0.004，即单位氮添加量（1 g N·m~(-2)·a~(-1)）可提高地上生产力（4.36±0.38）%，且因草地类型、氮添加量、试验持续年限和年代而异。时间尺度上，过去 40 年来 ln RR/N 呈显著降低趋势，且在相对湿润（年降水量 MAP>450 mm）和温暖区（年均温 MAT>4.5℃）的下降速率是相对干旱（MAP≤450 mm）和寒冷区（MAT≤4.5℃）的 1.5—1.7 倍。空间尺度上，降水量和土壤养分是 ln RR/N 变化的主要影响因子。其中，ln RR/N 随着 MAP 的增加而增加，随着土壤氮含量的增加而降低。在相对湿润区，ln RR/N 的变化由土壤氮含量和 MAP 共同占主导，而在相对干旱和温暖区则分别由 MAP 和 MAT 占主导。【结论】中国草地地上生产力仍受氮限制，但在全球环境变化背景下生产力氮限制强度或氮素敏感性持续减弱，尤其以相对湿润区和温暖区最为明显。要准确评估草地生态系统对全球环境变化的响应，需更多关注生产力关键限制因子及其限制强度的时空变化。

【目的】研究燕麦/箭筈豌豆混播及燕麦单播草地产量和水分利用对施肥的响应,以探明混播及施肥影响人工草地水分利用的效应及机理,并提出青藏高原荒漠草原区水分高效利用的栽培草地播种和施肥模式。【方法】大田试验于2017年和2018年在青海省乌兰县金泰牧场开展,试验设置2个种植方式,分别为燕麦/箭筈豌豆混播和燕麦单播,设置2个施肥水平,分别为高肥(120 kg N·hm~(-2), 103 kg P_2O_5·hm~(-2))和低肥(60 kg N·hm~(-2), 51.5 kg P_2O_5·hm~(-2)),共4个试验处理,完全随机区组设计。所有处理在春季播种前进行灌溉,生育期无灌溉。试验测定指标包括主要生育时期人工草地地上生物量、植株氮含量、土壤体积含水量等,计算指标包括牧草生育期内耗水量、干物质水分利用效率和粗蛋白水分利用效率。【结果】通过混播和施肥均可大幅提高草地产量,2017年和2018年高肥处理干物质产量比低肥处理分别提高34.7%和9.7%,粗蛋白产量分别提高41.3%和20.4%,混播处理干物质产量比单播处理分别提高14.4%和9.2%,粗蛋白产量分别提高74.7%和62.9%。混播高肥处理产量为所有处理中最高,2017年收获期干物质和粗蛋白产量分别为10 251.7和827.2 kg·hm~(-2),2018年分别为7 589.3和570.2 kg·hm~(-2)。通过增施化肥增加了草地的水分消耗,同时大幅度提高了草地水分利用效率。2017和2018年两个生长季中高肥处理牧草耗水量分别比低肥处理增加6.2%和4.3%,干物质水分利用效率提高了21.0%和4.9%,粗蛋白水分利用效率提高了30.1%和17.4%。通过混播也增加了草地的耗水量,对草地的干物质水分利用效率影响不显著,但大幅提高了蛋白质水分利用效率。2017和2018年混播草地耗水量分别比单播处增加17.9%和9.2%,干物质水分利用效率比单播处理提高-5.9%和0.5%,粗蛋白水分利用效率比单播处理提高46.7%和51.3%。【结论】通过混播和合理施肥能够减少土壤水分无效蒸发、促进土壤贮水有效利用,提高栽培草地产量、品质及水分利用效率,推荐在高寒荒漠草原区有春季灌溉条件的草地使用。研究可为我国高寒干旱、半干旱区栽培草地建设和优良饲草生产提供一定的借鉴。

祁连山作为我国西部重要的生态区,分布有大量草地,探明祁连山不同草地类型土壤微生物群落组成及其影响因子,对该地区深入研究土壤生态系统结构和维持草地健康具有参考价值。本研究采用Illumina MiSeq高通量测序和OTU分析法比较了位于祁连山东缘青海省刚察县高寒草甸和河西走廊临泽县平山湖荒漠草原0–10 cm土层中土壤细菌群落结构的差异,同时测定土壤理化性质,探讨了土壤细菌群落结构与土壤环境因子之间的关系。结果表明:高寒草甸和荒漠草原土壤细菌的β多样性和细菌群落组成存在显著差异;在门水平上,两种草地类型土壤细菌均以放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和酸杆菌门(Acidobacteria)为主要类群,相对丰度分别占总数的84%和89%;放线菌门为两地优势类群,相对丰度分别为57%和29%。在门水平上,两种草地类型主要细菌类群相对丰度有差异,其中高寒草甸土壤放线菌门和绿弯菌门的相对丰度显著低于荒漠草原(P 0.05)。主要类群与环境因子的Pearson相关性及PCA主成分分析表明:土壤放线菌门和绿弯菌门相对丰度与土壤养分(全氮、全碳、有机碳、含水量和碳氮比)之间呈显著负相关关系(P <0.05)。土壤全碳、全氮、pH、有机碳、含水量、容重和碳氮比是影响两种草地类型土壤细菌菌群分布的重要原因。

以宁夏荒漠草原柠条(Caragana kornshinskii)枯落物为研究对象,采用网袋分解法(4、2和0.01 mm),研究了不同大小柠条灌丛(极小型Ⅰ、小型Ⅱ、中型Ⅲ、大型Ⅳ)下微生境枯落物分解过程中养分质量残留率变化特征。结果表明,1)分解至210 d时,N、K元素在3种网孔内均呈现释放状态,而P元素和纤维素在3种网孔内均呈现富集状态。木质素仅在0.01 mm网孔内的大型灌丛微生境中呈富集状态,而在极小型、小型和中型灌丛微生境中呈释放状态。2)在Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类灌丛微生境中,枯落物养分元素残留率表现为3种网孔间均无显著差异(P> 0.05)。但是在Ⅰ类灌丛微生境中, N、 P和K元素残留率均表现为0.01mm(–32.99%、 121.03%、–2.04%)>4mm(–63.64%、14.31%、–6.95%)> 2 mm(–75.47%、9.79%、–36.32%),木质素残留率表现为0.01 mm(–10.56%)> 2 mm(–46.18%)> 4 mm(–49.59%),而纤维素残留率表现为2 mm(160.44%)> 4 mm(97.80%)> 0.01 mm(21.56%)。研究表明,在宁夏荒漠草原地区,3种网孔分解袋内不同大小柠条灌丛微生境中枯落物N、K、P元素和纤维素变化规律均相似,而木质素受到土壤动物类群分布和柠条灌丛大小的双重影响。

基于福建省气象站1998—2017年的蒸发皿蒸发量(简称蒸发量)观测资料,通过线性倾向估计、Sen′s斜率估计、相关性分析以及Sobol′s敏感性分析方法,分析蒸发量的季节、年际和空间变化特征及其敏感因子.结果表明:福建省近20年的蒸发量呈下降趋势,其速率为4.99 mm·a~(-1),以秋季下降最快,夏季次之;蒸发量地域分布不均,总体上呈现东南多、西北少的分布格局;Sobol′s敏感性分析和相关系数分析结果表明,蒸发量的主要敏感因子为平均风速和相对湿度,次要敏感因子分别为春季最高温度、夏季太阳辐射、秋季太阳辐射、冬季最低温度;蒸发量与平均风速呈显著正相关,与相对湿度呈显著负相关,它们均是影响福建省蒸发量的主要因子.其中内陆地区蒸发量的主要敏感因子为相对湿度,沿海地区蒸发量的主要敏感因子为平均风速.