本专著依托2007年建立的山体垂直带"双向"移栽试验平台（模拟增温和降温情景）、以及2006年建立的红外增温模拟不对称增温（白天与晚上、暖季和冷季不同增温幅度）和适度放牧平台，通过10余年长期监测和深入研究共发表了80余篇相关学术文章，揭示了气候变化和放牧对植物群落特征（包括主要植物叶片结构和功能、植物形态和繁殖特征、植物组成和多样性、植物养分利用策略、以及植物生产力及其稳定性）、土壤及土壤微生物结构和功能、生态系统碳/氮循环关键过程（包括凋落物和粪便分解、土壤和生态系统呼吸、甲烷和氧化亚氮通量）的影响及其机制，并分析了潜在存在的科学和实践问题以及未来需要加强的研究方向。
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中科院百人计划获得者，西藏自治区科学技术奖一等奖，2018年，排名第1；青海省科学技术奖二等奖，2018年，排名第1
目录
第一部分试验区域基本特征及试验设计背景
第一章青藏高原东北缘山体垂直带与区域气候特征3
第一节青藏高原东北缘山体垂直带不同海拔气候特征3
一、山体垂直带气温分布#征4
二、山体垂直带空气相对湿度分布特征7
三、山体垂直带降水量分布特征7
四、山体垂直带光合有效辐射分布特征8
五、山体垂直带土壤温度分布特征9
六、山体垂直带土壤湿度分布特征11
第二节青藏高原东北缘气候特征12
一、基本环流特征13
二、气温和降水量分布特征14
三、气温日较差特征16
四、气温年较差特征17
五、气温递减率18
第三节青藏高原东北缘近年气候变化19
一、山谷中的气温变化21
二、不同海拔的气温变化22
三、其他气候要素的变化23
第四节祁连山南麓海北站基本气候特征24
一、气温变化24
二、降水量变化26
第五节小结27
参考文献28
第二章青藏高原东北缘高寒草甸植被特征与试验设计30
第一节山体垂直带高寒草甸植被特征30
一、植物群落特征30
二、土壤基本特征34
三、海北站试验期间背景气候特征35
第二节试验设计及处理的环境效应37
一、山体垂直带“双向”移栽试验设计38
二、不对称增温和适度放牧试验平台设计40
三、增温和放牧对土壤温度及湿度的影响44
参考文献55
第二部分高寒植物及植物群落的响应与适应
第三章气候变化和放牧对植物叶片特征及繁殖策略的影响59
第一节气候变化和放牧对叶片气孔参数的影响60
一、海拔对叶片气孔参数的影响61
二、遗传和环境对叶片气孔参数的影响62
三、增温和放牧对叶片气孔参数的影响63
第二节气候变化对叶片叶脉性状的影响66
一、温度变化对叶片叶脉性状的影响66
二、降水量变化对叶片叶脉性状的影响70
三、叶脉性状与其他功能性状的关系72
第三节气候变化和放牧对叶片比叶质量和碳氮含量的影响74
一、气候变化和放牧对叶片比叶质量的影响75
二、气候变化对叶片碳氮含量的影响76
三、增温和放牧对叶片叶绿素及类胡萝卜素含量的影响80
四、气候变化对叶片稳定碳同位素千分值的影响82
第四节增温和放牧对叶片光合作用和呼吸作用的影响82
一、增温和放牧对叶片生长光照强度及叶片温度的影响83
二、增温和放牧对叶片形态及叶绿素含量的影响84
三、增温和放牧对叶片光饱和光合作用及呼吸的影响85
四、增温和放牧对叶片呼吸作用的影响87
第五节增温和放牧对叶寿命及叶片物候的影响88
一、增温和放牧对叶片氮含量及叶绿素含量的影响89
二、增温和放牧对叶片物候及叶寿命的影响91
三、影响叶片枯黄物候变化的主要因素91
第六节增温和降温对主要植物形态和繁殖分配的影响96
一、增温和降温对植物叶片形态及繁殖策略的影响97
二、增温和降温对植物克隆生态策略的影响99
第七节小结100
参考文献101
第四章气候变化和放牧对植物组成与多样性及物种关系的影响113
第一节增温和降温对植物组成与多样性的影响114
一、增温和降温对植物组成的影响114
二、增温和降温对植物群落丰富度的影响122
三、增温和降温对优势植物及不同功能群盖度的影响125
四、影响植物群落物种丰富度变化的主要因素131
第二节增温和放牧对植物组成与多样性的影响134
一、增温和放牧对植物组成的影响134
二、增温和放牧对植物多样性的影响141
第三节增温和放牧对植物物种关系的影响145
一、增温和放牧对小尺度种间关联的影响145
二、增温和放牧对小尺度种内关联的影响147
第四节小结148
参考文献149
第五章气候变化和放牧对植物养分利用策略的影响159
第一节青藏高原土壤可利用氮素的组成159
第二节高寒植物的氮素利用策略166
一、高寒植物整体氮素获取偏好166
二、优势植物氮素获取分异167
三、青藏高原高寒植物氮素获取的地理分异168
第三节增温和放牧对植物氮素利用策略的影响171
第四节植物与微生物对氮素的竞争策略175
第五节小结188
参考文献189
第六章气候变化和放牧对群落生产力及其稳定性的影响197
第一节增温和放牧对植物地上净初级生产力的影响198
第二节增温和放牧对植物地上净初级生产力稳定性的影响202
第三节植物新近光合产物的地上与地下分配209
一、新近光合固定的碳的释放210
二、新近光合固定的碳在植物茎叶中的分配动态211
三、新近光合固定的碳向植物根系碳库的分配动态213
四、新近光合产物在植物-土壤系统中的年分配量215
第四节增温和放牧对根系性状与生长的影响217
一、增温对根系主要性状的影响218
二、增温与放牧对根系生长的影响221
第五节小结226
参考文献227
第三部分土壤和土壤微生物
第七章气候变化和放牧对土壤化学性质的影响243
第一节增温和降温对土壤活性碳组分及养分可利用性的影响244
一、增温和降温对土壤活性碳组分的影响245
二、土壤活性碳组分变化的温度敏感性251
第二节增温和放牧对土壤可溶性有机碳的影响253
一、土壤温湿度变化254
二、凋落物品质和根系生物量变化255
三、土壤可溶性有机碳含量变化256
四、影响土壤可溶性有机碳含量的主要因子258
第三节增温和放牧对土壤可溶性有机氮的影响261
一、土壤可溶性有机氮的来源与去向262
二、增温和放牧对土壤可溶性有机氮含量的影响262
三、增温和放牧对植物氮吸收的影响269
四、影响土壤可溶性有机氮含量的主要因子271
第四节增温和放牧对土壤氮和磷可利用性的影响273
一、增温和放牧对土壤碳和氮组分含量的影响274
二、增温和放牧对土壤磷组分含量的影响278
第五节小结280
参考文献281
第八章气候变化和放牧对土壤微生物结构和功能的影响286
第一节气候变化对土壤微生物结构和功能的影响287
一、青藏高原高寒草甸原核微生物的海拔分布规律287
二、温度变化对土壤原核微生物群落多样性的影响291
三、温度变化对土壤原核微生物相对丰度的影响292
四、温度变化影响土壤原核微生物群落的机理293
五、温度变化对土壤原核微生物群落功能基因多样性的影响295
六、温度变化对微生物碳氮循环功能基因的影响298
第二节增温和放牧对土壤细菌组成与功能的影响300
一、增温和放牧对土壤细菌群落结构与多样性的影响301
二、增温和放牧对土壤微生物功能的影响304
三、增温和放牧对土壤活性微生物的影响310
第三节增温和放牧对土壤丛枝菌根真菌结构特征的影响318
一、增温和放牧对AM真菌侵染率、菌丝长度和孢子密度的影响319
二、增温和放牧对AM真菌多样性的影响320
三、增温和放牧对AM真菌群落组成的影响320
四、增温和降温对AM真菌群落特征的影响321
第四节气候变化和放牧对土壤胞外酶的影响323
第五节小结328
参考文献329
第四部分生态系统碳氮循环关键过程
第九章气候变化和放牧对凋落物和根系及粪便分解的影响339
第一节气候变化和放牧对凋落物及粪便分解速率与分解温度敏感性的影响340
一、气候变化和放牧对凋落物及粪便分解速率的影响340
二、气候变化和放牧对凋落物及粪便分解温度敏感性的影响342
第二节凋落物多样性对其分解温度敏感性的影响343
一、凋落物丰富度对其分解温度敏感性的影响344
二、凋落物组成对其分解温度敏感性的影响346
第三节凋落物分解的碳去向及其温度敏感性349
一、培养温度和湿度对凋落物分解速率的影响350
二、培养温度和湿度对凋落物分解过程中CO2排放及其温度敏感性的影响350第四节气候变化对凋落物分解及养分释放的影响354
一、气候变化对不同凋落物分解和养分释放速率的影响355
二、不同凋落物分解和养分释放速率的温度敏感性359
第五节气候变化对粪便分解及养分释放的影响362
第六节增温和放牧对凋落物分解养分释放的影响及凋落物品质的调节作用365
一、增温和放牧对凋落物生物量和品质的影响365
二、凋落物品质对凋落物分解和养分释放的调节作用366
三、凋落物品质对凋落物分解和养分释放温度敏感性的调节作用368
四、单位面积内凋落物分解及养分释放的温度敏感性371
第七节增温和放牧对细根分解和养分释放的影响373
一、增温和放牧对细根分解速率和养分释放速率的影响374
二、增温和放牧对细根分解和养分释放的温度敏感性影响377
第八节小结378
参考文献380
第十章气候变化和放牧对土壤和生态系统呼吸的影响390
第一节增温和放牧对土壤呼吸的影响及其机制391
一、土壤呼吸的季节性变化391
二、增温对土壤呼吸的影响396
三、放牧对土壤呼吸的影响401
四、增温和放牧互作对土壤呼吸的影响404
五、影响土壤呼吸的主要驱动因子及其机制407
第二节气候变化和放牧对生态系统呼吸的影响426
一、增温和降温对生态系统呼吸速率的影响426
二、增温和放牧对生态系统呼吸速率的影响430
三、氮添加对增温和放牧效应的调控作用435
第三节气候变化和放牧对土壤和生态系统呼吸的温度敏感性的影响439
一、气候变化和放牧对土壤呼吸的温度敏感性的影响440
二、气候变化和放牧对生态系统呼吸的温度敏感性的影响446
第四节增温和放牧对生态系统净碳交换的影响449
一、增温和放牧对生态系统碳通量的影响450
二、增温和放牧对NBP的影响451
第五节小结455
参考文献457
第十一章气候变化和放牧对甲烷通量的影响及其微生物机制467
第一节增温和降温对CH4通量的影响468
一、自然海拔梯度上CH4通量的变化468
二、“双向”移栽对高寒草甸生态系统CH4通量的影响470
第二节增温和放牧对CH4通量的影响及氮添加的调控作用474
一、增温和放牧对CH4通量的影响474
二、氮添加对CH4通量的调控作用481
第三节土壤CH4氧化的微生物机制及其影响因素484
一、CH4氧化菌研究方法485
二、土壤CH4氧化菌的分类及其氧化过程486
三、高寒草甸土壤CH4氧化的主要影响因素489
第四节小结493
参考文献494
第十二章气候变化和放牧对氧化亚氮通量的影响及其微生物机制500
第一节增温和降温对N2O通量的影响501
一、自然海拔梯度上N2O通量的变化501
二、“双向”移栽后N2O通量的变化503
第二节增温和放牧对N2O通量的影响及氮添加的调控作用506
一、增温和放牧对N2O通量的影响507
二、氮添加对N2O通量的调控作用512
第三节增温和放牧对土壤硝化和反硝化作用的影响514
第四节小结518
参考文献518
第五部分气候变化和放牧效应的时空异质性
第十三章青藏高原高寒草地对气候变化与人类活动响应的时空特征527
第一节近40年来青藏高原高寒草地的时空变化趋势及其驱动因子527
一、青藏高原气候变化特征527
二、青藏高原草地的时空变化趋势528
第二节气候变化对青藏高原高寒草地植物与土壤的影响530
一、增温对植物生产力和多样性的影响530
二、增温对土壤的影响534
三、降水量变化对土壤的影响535
四、氮沉降对草地植物和土壤的影响536
第三节人类活动对高寒草地植物和土壤的影响537
第四节气候变化与人类活动的互作影响及其相对贡献541
第五节适应性管理543
一、围封禁牧543
二、自然保护区/地544
三、基于草-畜平衡的适应性管理545
四、定居和城镇化545
第六节未来研究脑546
一、季节性冻土生态系统碳循环关键过程对气候变化的响应546
二、多年冻土生态系统碳循环关键过程对气候变化的响应547
三、土壤有机碳形成及其稳定性对气候变化的响应548
四、未来需要加强的研究方向549
第七节小结552
参考文献553
后记563
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