全球变暖背景下多年冻土融化导致的土壤水分状况的改变影响着植物的根系觅食行为.选取对气候变化十分敏感的青藏高原为研究区域，以多年冻土广泛分布的风火山地区高寒小嵩草（Kobresia pygmaea）草甸和藏嵩草（Kobresia tibetica）沼泽化草甸为研究对象，采用开顶式增温小室（open top chambers,OTCs）模拟气候变暖，开展增温试验（2012-2019年）.监测和收集2019年生长季（5-9月）地上20 cm高度处的空气温度（AT）和地下5 cm深度处的土壤湿度（SM）数据，测定并计算得到2019年枯黄期两种草甸表层（0-10 cm）土壤根系形态塑性指标：衡量觅食尺度的总根长（TRL）、根直径（RD）、根表面积（RSA）、根体积（RV）、比根长（SRL）、比根面积（SRA）、根组织密度（RTD）和表征觅食精度的根系生物量（RB），根系生理塑性指标：碳含量（RCC）、氮含量（RNC）、非结构性碳水化合物含量（RNSCs）、可溶性糖含量（RSSC）、淀粉含量（RSC）和可溶性糖比淀粉（RSSC/RSC），以了解多年冻土存在时，青藏高原两种典型高寒草甸根系觅食策略对...

蒸散发是水循环和地表能量平衡的重要组成部分，受地理、气候、植被等因素影响，准确估算蒸散发一直是水循环研究中的难点，青藏高原多年冻土区气候环境恶劣，观测站点稀少，进一步增加了区域蒸散发估算的难度，迫切需要找到适合该地区实际蒸散发估算方法。本研究以青藏高原腹地典型多年冻土流域——风火山小流域为研究区，基于多年涡度相关法观测数据，选用Advection-aridity（AA）模型、FAO-Penman-Monteith（FAO-PM）模型、Priestley and Taylor（PT）模型以及Revised Generalized Nonlinear-CR Model(CRice)模型对青藏高原多年冻土区高寒草甸蒸散发进行模拟，评价4种蒸散发模型在该地区不同时间尺度的适用性。结果表明，年尺度下，4种模型均能较好模拟该地区的蒸散发，其中，CRice模型表现最优(NSE=0.90,RMSE=0.45 mm·d-1)。对于不同冻融阶段，CRice模型模拟结果最优，CRice、PT模型均能...

土壤碳氮是高寒植被响应多年冻土区生态环境变化的重要营养和能源物质，但对其调查仍以生长季的单次采样为主，缺乏对其他季节的研究，这对于准确把握多年冻土区土壤碳氮含量及储量评估存在明显局限性。为此，本研究以青藏高原东北缘祁连山西段疏勒河源多年冻土区高寒草甸为对象，对0—50 cm土层土壤有机碳（Soil Organic Carbon,SOC）、全氮（Total Nitrogen,TN）含量及其比值（C/N）的剖面分布和季节变化及其影响因素进行分析。结果表明：（1）SOC、TN剖面分布规律一致，0—10 cm土层均显著高于10—50 cm各层（P冬季>春季>秋季，TN表现为春秋冬季含量一致，夏季略低。（3）C/N季节变化显著，夏季显著最高，秋季显著最低（P<0.05）。（4）土壤含水量和生物量是影响SOC、TN及C/N剖面分布和季节变化的关键因素。（5）夏季土壤碳氮密度均高于全年平均。可见，仅单一节点（生长季为主）调查以表征全年土壤碳...

根据2018—2020年青海湖流域高寒草甸野外定点监测的温度、降水、土壤水热数据，分析了高寒草甸生态系统土壤冻融特征以及不同冻融阶段土壤温度、水分的日变化和季节动态过程。结果表明：(1)基于土壤温度变化特征分析，可将冻融循环过程划分为始冻期、完全冻结期、解冻期和完全融化期。各阶段持续的天数长短依次为：完全融化期>完全冻结期>解冻期>始冻期。从表层到深层土壤，完全融化天数持续增大，完全冻结天数趋于减小，0～180 cm土层完全融化期持续天数超过半年以上。(2)冻土表现出单向冻结、双向融化的规律，土壤融化速率(5.45 cm/d)快于土壤冻结速率(2 cm/d)。整个冻融过程，不同深度土壤水分的变化比温度的变化更复杂。(3)随着冻融循环过程，土壤温湿度呈现出周期性的季节变动特征。土壤温湿度日变化具有一致性，表层日较差大，随着深度的增加，日较差变小并趋于稳定。土壤剖面的结构特征对土壤水分异质性分布具有较强的解释性。

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。

研究多年冻土区不同草地类型及季节生态系统呼吸,对理解青藏高原碳源汇关系及其对气候变化响应具有重要意义。在青藏高原风火山选取高寒草甸和沼泽草甸对生长季和非生长季生态系统呼吸进行观测。结果表明:生态系统呼吸呈明显的日变化和季节变化,高寒草甸日变异系数（0. 30～0. 92）高于沼泽草甸（0. 12～0. 29）,高寒草甸非生长季生态系统呼吸白天/晚上比高于生长季,而沼泽草甸季节变化较小;季节变化与5 cm地温变化一致。高寒草甸和沼泽草甸非生长季生态系统呼吸平均速率分别为0. 31和0. 36μmol·m-2·s-1,生长季分别为1. 99和2. 85μmol·m-2·s-1。沼泽草甸生态系统呼吸年排放总量为1 419. 01 gCO2·m-2,显著高于高寒草甸(1 042. 99 gCO2·m-2),其中非生长季高27%,生长季高39%。高寒草甸和沼泽草甸非生长季生态系统呼吸总量分别为268. 13和340. 40...

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。

多年冻土区植物根系的地下分布格局是其适应高寒、反复冻融作用等特殊环境条件的重要体现.针对目前青藏高原高寒植物根系研究不足的现状,对青藏铁路沿线高寒草甸植物群落根系的分布特征及多年冻土活动层地温变化等进行调查观测.研究高寒植物群落根系在活动层土壤中的垂直分布特征,重点探讨多年冻土活动层温度变化对于高寒植物根系分布和格局的影响,揭示植物根系对冻土环境变化的响应特征及其对逆境条件的适应策略.研究结果表明:活动层季节性冻融对于高寒植物和地下根系分布格局具有深刻的影响,多年冻土表层最先具备适宜根系生长的温度和水分条件,导致高寒草甸根系分布浅层化,生物量大量累积在土壤表层,并随深度增加而减少.高寒草甸地下平均总根量为3.38 kg·m-2,0～10 cm土层根量密度平均为21.41 kg·m-3,约占地下根系总量的63.4%.高寒草甸植物群落具极高的根茎比,活动层长期的低温环境增加了根系的干物质总量和高寒植物总的生物产量.活动层0℃以上积温是根系分布的主要影响因子.

为阐明青藏高原多年冻土区高寒草甸退化过程中土壤粒径分布(PSD)非均匀性和异质性的变化特征,在青藏高原长江源区,根据高寒草甸的退化梯度,选取了未退化区域、轻度退化区域、中度退化区域、重度退化区域和极重度退化区域,测定了高寒草甸退化过程中土壤的粒径分布、饱和导水率、孔隙度与有机质含量.运用多重分形理论,并结合土壤颗粒分布与土壤理化特性等参数的相关性进行分析,为高寒草甸退化对长江源高寒土壤性质变化的影响的定量研究提供一种精确的分析方法.结果表明:随着青藏高原多年冻土区高寒草甸退化程度的增加,土壤颗粒呈粗粒化趋势,多重分形参数中容量维数(D0)随之增大,表征PSD宽度随之增大;信息维数(D1)、信息维数/容量维数(D1/D0)、关联维数(D2)、奇异谱宽(Δα)可从不同角度反映的土壤PSD的非均匀性与局部异质性随着高寒草甸退化有先增大后减小的趋势,中度退化区域的土壤PSD不均匀性最大.研究发现,研究区土壤多重分形参数与细砂含量、土壤的孔隙度、有机质含量具有较明显的相关性.多重分形参数能准确描述高寒草甸退化过程中土壤粒径分布的细微差别,可作为反映土壤性质的潜在指标.

选取青藏高原东北部疏勒河上游多年冻土区的高寒草甸样地为研究对象,对2011年植物生长季(6—10月)主要温室气体(CO2、CH4CH4和CO2)的排放进行了观测.结果显示:疏勒河上游多年冻土区高寒草甸地表CO2、CH4和N2O排放速率范围分别为7.58～418.60mg.m-2.h-1,-0.20～0.14mg.m-2.h-1和-27.22～39.98μg.m-2.h-1.0～10cm土壤温度、含水量和盐分与CO2和CH4排放速率显著相关,但与N2O排放速率无显著相关.日均排放速率显示,CO2和N2O在整个观测期均表现为排放;CH4在植物返青期和生长旺盛期表现为排放,在枯黄期伴随表层土壤发生日冻融循环时为吸收.从9月30日12:00—10月6日14:40,表层0～10cm土壤经历了3次日冻融循环,CO2和N2O日均排放速率分别由冻融前的60.73mg.m-2.h-1和9.91μg.m-2.h-1提高到122.33mg.m-2.h-1和11.70μg.m-2.h-1.土壤温度、含水量和盐分是影响CO2和CH4排放的重要因子,表层土壤冻融交替作用可提高地表CO2和N2O的排放速率.