以青藏高原腹地典型高寒草甸植被类型为研究对象,采用红外灯加热的方法模拟全球增温,并利用水分探头,于2012年植物生长季(5—9月)获取0～100 cm不同土层深度土壤水分含量数据,并分析其对增温的响应。结果表明:(1)短期增温对高寒草甸土壤水分含量有提高作用,但增幅并不显著(P> 0. 05),平均提高2. 85%。(2)土壤水分含量随土层深度的增加呈现先减少后增加的趋势,在10～20 cm土层深度处降为最低值13. 8%,在60～100cm土层深度附近达到了20. 57%的最高值;对照组5个月10～20 cm土层深度的土壤水分含量显著低于其他土层,而增温组0～20 cm土层深度的土壤含水量显著低于其他土层深度,表明增温对表层(0～10 cm)的土壤含水量影响较大,对深层土壤含水量的影响则较小,而且短期增温不会对土壤水分的垂直分布趋势产生影响。(3)土壤水分含量随时间的变化,在5—8月呈上升趋势,表明在青藏高原北麓河地区植物生长季,8月是其土壤水分含量最充足的月份,到了9月土壤中含水量开始降低,但5个土层深度降幅均不明显;增温组土壤水分含量随时间的变化趋势与对照组基本一致。

采用红外辐射灯(infrared heater)模拟气候变暖背景,研究青藏高原多年冻土区高寒草甸优势植物种珠芽蓼(Polygonum viviparum)、美丽风毛菊(Saussurea superb)和黑褐苔草(Carex atrofusca)的生长发育及光合特性对气候变暖的短期响应及其差异性,旨在为评价草地生态系统的敏感性和脆弱性提供科学依据。结果表明,模拟增温W1(1.88℃)和W2(3.19℃)均可改变高寒草甸物种分布的频度和季节分布格局,并显著影响植被高度和光合色素含量,影响程度存在种间差异性。与不增温对照相比,W1增温下物种具有不同的响应,美丽风毛菊的高度、频度和叶绿素含量均呈下降趋势,而珠芽蓼和黑褐苔草均呈增加趋势。W2增温显著增加了珠芽廖和黑褐苔草的高度、频度和叶绿素含量(P<0.05),却显著降低了美丽风毛菊的叶绿素a/b值(P<0.05)。物种间光合特性存在显著差异(P<0.05),样地间差异性表现更为突出,但增温处理间变化不明显。这说明增温可促进高寒草甸牧草类植物的生长发育,延长青草期,有利于牧业生产,但斑块状分布明显。

气候变化对高寒生态系统地气间水能循环过程产生强烈的影响,因此,气候变暖条件下的高寒生态系统水热过程和寒区流域水循环过程具有重要研究意义.采用开顶式温室(OTC)对长江源沼泽草甸进行模拟增温试验,分析了模拟增温对多年冻土活动层土壤水分的影响.结果表明:短期增温使得沼泽草甸生物量显著增加,使得多年冻土活动层土壤冻结起始时间推迟、融化起始时间提前,从而使融化期延长.室外对比样地在65 cm深度存在明显的干层,而OTC土壤水分随着深度加深不断降低.增温使得多年冻土浅层土壤具有更高的含水量,但并未导致表层土壤干化,这与沼泽草甸土壤浅层密集的根系层和具有较强的持水和保水能力的有机质层有关.

在现有的OTC内碳通量观测仪器设备基础上,设计开发出一套以AT89S51单片机为控制核心,通过L293D控制电机正反转控制箱盖定时开关,实现了多年冻土区OTC内碳通量自动观测.观测主体箱用透明采光性良好的玻璃纤维材料制成,电机传动采用齿轮传动,箱口和箱盖接触地方用橡胶密封圈包裹,防止箱盖密闭时漏气.OTC内碳通量自动观测仪最大可能性的减小了当前模拟增温条件下碳通量观测受自然条件和人为因素的影响,极大的降低观测费用,提高了数据的连续性,基本上实现了多年冻土区模拟增温条件下碳通量较为精确地自动、连续观测.试验表明:在气象条件相对较好的2013年5月15日,OTC内碳通量自动观测仪观测结果和传统OTC内利用LI-COR6400观测结果规律性都较强,野点较少,二者相关性显著(R2=0.96);而在气象条件相对较差的2013年9月1日,OTC内碳通量自动观测仪观测结果受外界干扰小,观测结果规律性强,野点较少;而传统OTC内利用LI-COR6400观测结果规律性较差,野点较多,数据可信度不高,二者观测结果相关性不显著(R2=0.67).