宗宁 作品数:28 被引量:464 H指数:14 供职机构: 中国科学院地理科学与资源研究所 更多>> 发文基金: 国家自然科学基金 国家重点基础研究发展计划 中国科学院战略性先导科技专项 更多>> 相关领域: 农业科学 生物学 环境科学与工程 更多>>
藏北两个临近不同高寒草地碳通量对气候条件的响应 2024年 生态系统碳循环应对气候变化的敏感性研究是“碳中和”背景下的重要议题。青藏高原高寒草地面积广阔,碳储量丰富,脆弱性高,近年来随着观测技术尤其是涡度相关技术和模拟技术的发展,已有不少研究致力于揭示青藏高原高寒草地生态系统碳水通量对气候变化的响应过程。但是,相同气候背景下不同高寒草地类型对环境变化的响应规律及敏感性尚不清楚。本研究基于藏北高原两个临近的高寒草地生态系统,高寒草甸和高寒湿地涡度相关观测的碳水通量数据,对比分析了不同水分条件下藏北高寒草甸和高寒湿地碳循环的气候敏感性。结果表明,高寒草甸的碳交换量要显著小于高寒湿地,高寒草甸是碳中性的,年净CO_(2)交换量为(18.09±40.66) g C·m^(-2) ,而高寒湿地是稳定的碳汇,年净CO_(2)固定量为(155.09±32.85)g C·m^(-2) 。水分条件对高寒草甸和高寒湿地植被光响应曲线最大的光合速率(α)的影响较弱,与饱和光强下的总初级生产力(Amax)呈显著正相关关系。水分对生态系统呼吸与温度的指数响应关系的调节作用主要体现在基础呼吸值(a)上,高寒湿地a的均值是高寒草甸的3.76倍,而对两个高寒草地生态系统呼吸敏感性(Q10)的调节均不显著。高寒草甸和高寒湿地Q10的均值(1.84)以及随温度升高而减小的趋势基本一致。藏北高寒草地生态系统的碳源汇特征对环境因子的响应取决于多因素共同限制,因此,基于区域性的联网协同观测有助于更加清晰地理解高寒生态系统碳交换响应气候变化的机理。 徐玲玲 牛犇 张宪洲 何永涛 何永涛 宗宁 石培礼 王向涛关键词:碳循环 高寒草地 气候 敏感性 藏北高原 羌塘高原降水梯度植物叶片、根系性状变异和生态适应对策 被引量:30 2020年 叶片和根系是植物获取资源的最重要的器官,其性状随环境梯度的变化反映了植物光合碳获取和水分与养分的吸收能力及其对环境变化适应的生态对策。羌塘高原降水梯度带高寒草地群落叶片和根系成对性状关系研究不仅能揭示环境梯度对植物性状的塑造作用,也可为理解寒、旱和贫瘠等极端环境下植物的适应策略提供依据。为此,选择3组具有代表性的叶片和根系成对性状:比叶面积(SLA)和比根长(SRL);单位质量叶氮含量(LNmass)和单位质量根氮含量(RNmass);单位面积叶氮含量(LNarea)和单位长度根氮含量(RNlength),分析不同优势植物地上、地下成对性状变异特征及其与环境因子的关系,探讨植物性状对高寒生态系统水分和养分限制因素的适应策略。研究表明,区域气候和土壤环境导致的叶片性状变异大于根系性状的变异,干旱端的植物既具有高的SRL,又具有高的叶片和根系的养分含量(LNmass,LNarea和RNmass)。SLA⁃SRL、LNmass⁃RNmass、LNarea⁃RNlength均表现为权衡关系,在干旱端(年降雨量MAP<400 mm)的高寒草原、荒漠草原和极湿润端(MAP>600 mm)的高寒草甸这种权衡关系更为明显,而中间区域(400 赵广帅 刘珉 石培礼 石培礼 张鑫 宗宁关键词:羌塘高原 生态适应对策 降水量变化对藏北高寒草地养分限制的影响 被引量:10 2021年 生态系统净初级生产养分限制的模式是现代生态学关注的重要问题。养分的可利用性是草原生态系统生产力动态变化的关键决定因素,但土壤养分可利用性与整个生态系统中养分限制之间的关系尚不清楚。该研究通过在藏北降水梯度上4种类型高寒草地(从东到西依次是高寒草甸、高寒草甸草原、高寒草原和高寒荒漠草原)设置氮磷养分添加试验,系统研究氮磷养分添加对不同类型高寒草地的影响,并探讨降水梯度上高寒草地的氮磷限制模式。结果表明:(1)氮磷添加对不同高寒草地的影响存在差异:氮添加显著提高了高寒草甸和高寒草甸草原地上生产力,而对高寒草原和高寒荒漠草原无影响;单独磷添加对4种高寒草地均无显著影响,而氮磷添加对4种高寒草地地上生产力均有促进作用。(2)通过计算氮磷共同限制指数发现:随着降水量减少,高寒草地氮限制指数从1.18逐渐降低到0.52-0.64,养分限制模式从氮限制过渡到氮磷共同限制;磷限制指数在高寒草甸草原和高寒草原为负值,说明单独磷添加对高寒草甸的生产力有负向作用,高寒草甸主要受氮限制;高寒草甸草原介于氮限制与氮磷限制之间,受到氮磷共同限制,单独磷添加有负向作用;高寒荒漠草原受到氮磷共同限制。研究表明,高寒草地氮磷限制模式存在环境梯度上的递变规律,随着降水量减少,高寒草地养分限制模式从氮限制逐渐过渡到氮磷共同限制。由此推断,未来气候变化条件下氮沉降增加对不同类型高寒草地的影响可能存在差异。同时,利用养分添加恢复不同类型退化高寒草地时也应将氮磷限制模式的差异考虑进去。 宗宁 石培礼 赵广帅 郑莉莉 牛犇 牛犇 侯阁关键词:草地类型 植物功能群 青藏高原高寒灌丛草甸和草原化草甸CO2通量动态及其限制因子 被引量:26 2018年 高寒灌丛草甸和草甸均是青藏高原广泛分布的植被类型,在生态系统碳通量和区域碳循环中具有极其重要的作用。然而迄今为止,对其碳通量动态的时空变异还缺乏比较分析,对碳通量的季节和年际变异的主导影响因子认识还不够清晰,不利于深入理解生态系统碳通量格局及其形成机制。该研究选取位于青藏高原东部海北站高寒灌丛草甸和高原腹地当雄站高寒草原化草甸年降水量相近的5年(2004–2008年)的涡度相关CO_2通量连续观测数据,对生态系统净初级生产力(NEP)及其组分,包括总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸的季节、年际动态及其影响因子进行了对比分析。结果表明:灌丛草甸的CO_2通量无论是季节还是年际累积量均高于草原化草甸,并且连续5年表现为"碳汇",平均每年NEP为70 g C·m^(–2)·a^(–1),高寒草原化草甸平均每年NEP为–5 g C·m^(–2)·a^(–1),几乎处于碳平衡状态,但其源/汇动态极不稳定,在2006年–88 g C·m^(–2)·a^(–1)的"碳源"至2008年54 g C·m^(–2)·a^(–1)的"碳汇"之间转换,具有较大的变异性。这两种高寒生态系统源/汇动态的差异主要源于归一化植被指数(NDVI)的差异,因为NDVI无论在年际水平还是季节水平都是NEP最直接的影响因子;其次,灌丛草甸还具有较高的碳利用效率(CUE,CUE=NEP/GPP),而年降水量和NDVI是决定两生态系统CUE大小的关键因子。两地区除了CO_2通量大小的差异外,其环境影响因子也有所不同。采用结构方程模型进行的通径分析表明,灌丛草甸生长季节CO_2通量的主要限制因子是温度,NEP和GPP主要受气温控制,随着气温升高而增加;而草原化草甸的CO_2通量多以季节性干旱导致的水分限制为主,其次才是气温的影响,受二者的共同限制。此外,两生态系统生长季节生态系统呼吸主要受GPP和5 cm土壤温度的直接影响,其中GPP起主导作用,非生长季节生态系统 柴曦 李英年 段呈 张涛 宗宁 石培礼 何永涛 何永涛关键词:青藏高原 CO2通量 温度 土壤含水量 涡度相关 围栏封育对藏北高寒草地植物多样性与生态系统多功能性的影响 2025年 本研究选择藏北高原降雨梯度带四种类型高寒草地(高寒草甸、高寒草甸草原、高寒草原、高寒荒漠草原),通过测定围栏封育与自由放牧样地中与养分循环和牧草供给等功能密切相关的指标,利用平均值法和多阈值法来探讨围栏封育工程对生态系统多功能性的影响。结果表明:高寒草地植物多样性、物种丰富度和生态系统多功能性都会随降水量减少而降低(P<0.05)。围栏封育显著提高植物多样性、物种丰富度以及地上生物量。进一步分析发现,生态系统多功能性与Margalef指数、Simpson指数和Shannon-Weiner指数、物种丰富度均呈显著正相关(P<0.05),而与Pielou指数不相关。多阈值法显示围栏封育和自由放牧样地物种丰富度对生态系统多功能性的有效驱动分别在1%~84%和5%~82%阈值区间内,最大效应值分别是0.69和0.70。综上,围栏封育会使植物多样性发生变化,进而影响生态系统多功能性,保护物种多样性对于维持生态系统多功能性具有重要意义。 李振威 缪雨珏 宗宁关键词:植物多样性 平均值法 模拟增温对西藏高原高寒草甸土壤供氮潜力的影响 被引量:17 2019年 过去几十年青藏高原呈现显著的增温趋势,冬季增温幅度显著高于生长季的季节非对称特征。气候变暖会对生态系统氮素循环产生重要影响,但关于全年增温与冬季增温对高寒生态系统氮循环的不同影响仍缺乏研究。在青藏高原高寒草甸区开展模拟增温试验,研究季节非对称增温对高寒草甸生态系统氮循环的影响。该试验布设于2010年7月,设置3种处理(不增温、冬季增温与全年增温)。研究结果发现,开顶箱增温装置造成了小环境的暖干化:显著提高了地表空气温度和表层土壤温度,降低了表层土壤含水量。冬季增温会加剧土壤中氮素的流失,所以在经历了冬季增温后土壤氮含量显著降低;在生长季节,土壤氮素周转速率受土壤水分的调控,在降雨较少的季节,增温引起的土壤含水量降低会抑制土壤氮周转速率。对于土壤微生物量而言,高寒草甸土壤微生物量碳表现出明显的季节动态,在生长季旺盛期较低,在生长季末期和初冬季节反而较高,这说明为了降低对土壤养分的竞争,高寒草甸植物氮吸收与土壤微生物氮固持在时间上存在分离。研究结果表明,冬季增温导致的土壤养分含量变化会影响随后生长季植物群落的生产力、结构组成与碳氮循环等过程,对生态系统过程产生深远的影响。 宗宁 石培礼关键词:高寒草甸 不同类型高寒草地群落结构与生产对施氮的响应及其敏感性 被引量:5 2020年 大气氮沉降增加被认为是目前重要的环境问题,会引起生物多样性的丧失和生态系统稳定性的降低。但作为草地改良的管理措施,养分添加被广泛应用于退化草地的恢复。但由于不同类型草地所处气候与群落组成的差异,对氮输入的响应可能不同。通过在藏北高原高寒草甸与高寒草甸草原设定长期氮添加梯度试验(对照,25,50,100,200 kg N hm-2 a-1),来探讨氮输入对生物多样性与生产的影响,并估算不同类型高寒草地的氮饱和阈值。施氮对高寒草甸物种多样性指数无影响,而随着施氮量的提高高寒草甸草原植物物种数和多样性指数均逐渐降低。开始施肥前两年,随着施氮量提高高寒草甸地上生物量呈现逐渐增加趋势,随着施肥时间的延长地上生物量呈现先增加后降低的趋势。在高寒草甸草原随着施氮量提高地上生物量均呈现先增加后降低的趋势。随着施氮量提高,开始施氮前三年高寒草甸禾草植物地上生物量逐渐提高;随着施氮时间的延长,禾草和豆科植物地上生物量呈现先增加后降低的趋势。高寒草甸莎草植物地上生物量由施氮开始时的逐渐增加转变为先增加后降低趋势,最后变为逐渐降低的趋势,这说明施氮不利于莎草植物的生长。施氮只在施肥第四年显著提高杂草植物地上生物量。高寒草甸草原呈现不同的规律,开始施氮前三年随着施氮量提高,禾草植物地上生物量呈现先增加后降低的趋势;随着施氮时间的延长,禾草地上生物量逐渐提高。莎草和杂草植物地上生物量呈现先增加后降低趋势。利用对氮输入响应最敏感的植物功能群禾草生物量估算的高寒草甸和高寒草甸草原的氮饱和阈值分别是109.5、125.8 kg N hm^-2 a^-1,这说明高寒草甸氮敏感性显著高于高寒草甸草原。由此可见,未来氮沉降增加会对不同类型高寒草地产生不同的影响,在不同类型高寒草地进� 宗宁 石培礼关键词:高寒草地 群落结构 功能群 施氮 敏感性 饱和阈值 短期氮素添加和模拟放牧对青藏高原高寒草甸生态系统呼吸的影响 降和放牧是影响草地碳循环过程的重要环境因子,但很少有研究探讨这些因子交互作用对生态系统呼吸的影响.在西藏高原高寒草甸地区开展了外源氮素添加与刈割模拟放牧实验,测定了其对植物生物量分配、土壤微生物碳氮和生态系统呼吸的影响.... 宗宁 石培礼 蒋婧 熊定鹏 孟丰收 宋明华 张宪洲 沈振西关键词:高寒草甸 生态系统 土壤微生物 环境因子 长期增温对西藏高寒草甸土壤团聚体周转和稳定性影响 被引量:3 2023年 【目的】近几十年来青藏高原增温显著,但是增温对土壤团聚体的稳定性影响研究较少,温度升高是否通过影响土壤团聚体的周转和稳定性进而影响土壤有机碳变化还有待探明。【方法】研究以10年的长期增温野外试验为依托,采用物理化学联合分组的方法,探明长期增温对西藏高寒草甸土壤团聚体形成、周转和稳定性的影响;同时揭示团聚体物理保护对土壤有机碳变化的影响。【结果】长期增温没有对土壤有机碳含量产生影响。长期增温对>2 mm大团聚体的含量无显著影响,但使2~0.25 mm大团聚体、大团聚体内闭蓄态微团聚体、大团聚体内闭蓄态微团聚体外游离的细的颗粒有机质、大团聚体内闭蓄态微团聚体中的粉粒+粘粒的含量分别减少15.4%、25.1%、52.7%和40.5%;0.25~0.053 mm微团聚体及<0.053 mm粉粒+粘粒的含量分别增加了14.8%和43.5%。长期增温处理下,土壤团聚体质量分数的变化导致几何平均直径、平均重量直径和大团聚体比重分别减少23.0%、11.1%和19.5%。土壤有机碳主要分布在2~0.25 mm大团聚体和0.25~0.053 mm微团聚体中,两者约占全土有机碳的71.6%~83.2%。长期增温使0.25~0.053mm、<0.053 mm粉粒+粘粒和大团聚体内闭蓄态微团聚体中的粉粒+粘粒的SOC含量分别增加16.8%、61.4%和86.5%,大团聚体内闭蓄态微团聚体和大团聚体内闭蓄态微团聚体外游离的细的颗粒有机质的SOC含量分别减少27.4%和20.6%。长期增温后大团聚体内闭蓄态微团聚体外游离的细的颗粒有机质与大团聚体内微团聚体外的粗颗粒有机质的比值显著降低20.6%。【结论】综上,增温增加了富碳的2~0.25 mm大团聚体的周转速率,降低了团聚体稳定性,长远来看,可能不利于有机碳的物理保护。 王茹 王茹 宗宁 宗宁关键词:增温 土壤有机碳 高寒草甸 高寒草地沙化过程植被与土壤特征变化的生态阈值估算 被引量:7 2020年 草地沙化是目前面临的重要环境问题,会对牧草生产与居民生活环境产生重要影响。目前关于草地沙化的研究主要集中在沙化过程植被特征与土壤性质的变化,选择何种敏感指标指示沙化过程以及如何量化沙化过程的生态阈值仍缺乏研究。本文利用空间代替时间的方法,在半干旱高寒草原区选择5种沙化梯度作为研究对象,系统研究沙化过程中植物、土壤及微生物特征的变化,并对沙化过程的生态阈值进行估算。结果显示,随着沙化程度的加深,群落盖度、地上和地下生物量表现出显著降低的趋势;土壤含水量呈现逐渐降低趋势,而土壤容重呈现逐渐升高趋势,极重度沙化草地的砾石比例显著高于其他沙化梯度。对土壤养分含量的分析显示,表层土壤(0~10cm)全碳、全氮含量逐渐降低,极重度沙化碳氮比显著高于其他沙化梯度。草地沙化过程中植被的生态阈值发生在轻度—中度沙化梯度,土壤和土壤微生物的生态阈值发生在中度—重度沙化梯度。从阈值估算来看,植物反应比土壤更加敏感,把植物群落特征变化作为指示草地沙化程度的指标更科学。同时,轻度到中度沙化梯度是沙化过程的关键时期,所以对沙化草地的早期防治至关重要。 宗宁 石培礼 孙建关键词:高寒草地 植被特征 土壤特征 土壤微生物 生态阈值