本项研究以青藏公路五道梁-沱沱河段一处发育的高寒草甸热融滑塌灾害作为研究对象，采用野外原位测量与室内单根、群根抗拉试验以及草甸层原位拉裂试验，研究了区内草本植物单根和群根力学性能及其特征，进一步评价了植物根系增强高寒环境热融滑塌区土体抗拉强度和提高边坡浅层稳定性贡献。结果表明：草本单根抗拉力及单根抗拉强度与根径间均呈幂函数关系；草本植物根数与群根抗拉力及群根抗拉强度之间均符合线性函数关系；草甸层原位抗拉试验值总体小于理论计算值。区内草本根系显著增强土体抗拉强度，且其增强土体强度贡献与根径、含根量和土壤密实度之间表现出显著相关性。本研究结果为有效防治青藏公路沿线高寒草甸热融滑塌、水土流失等地质灾害，起到提供理论支撑和实际指导作用。
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。
作为“第三极”的青藏高原是全球中低纬度冰川最为发育的地区，被称为亚洲“水塔”。但是由于气候变暖等原因，青藏高原冰川的季节性消融导致大量的冰川融水季节性流入下游草甸生态系统，对生态系统结构和功能产生影响。由于真菌群落的结构和功能对水分变化十分敏感，冰川融水的季节性变化必然将显著影响冰川末端高寒草甸土壤真菌群落结构和功能。但是关于冰川融水增加对冰川区高寒草甸土壤真菌群落的影响的认识还十分有限。2019年在青藏高原唐古拉山龙匣宰陇巴冰川末端通过双向移栽试验和高通量测序方法研究了冰川融水的增加和减少对土壤真菌群落的影响，发现融水增加显著改变了真菌群落组成和降低了香农多样性指数，同时增加了上层土壤植物病原型和腐生型真菌的相对含量。融水减少改变了真菌群落组成并增加了真菌的α多样性，但是对真菌的影响与融水增加过程并不具有对称性。由于真菌的重要生态功能，研究结果对于更好地认识气候变化和冰川消融情形下，青藏高原冰川区高寒草甸的生态系统过程和功能变化具有重要意义。
高寒草甸是青藏高原面积最大的草地类型,对全球生态环境的影响十分巨大。然而在外界干扰下,使得本身就很脆弱的高寒草甸发生了不同程度的退化。为探究翻耕补播对土壤微生物的影响,以疏勒河上游不同季节(4月、6月、9月)原生高寒草甸、退化草甸和翻耕补播草甸土壤为对象,研究了土壤可培养细菌数量的季节变化及其影响因素。结果表明:研究区域可培养细菌数量介于4.3×10～6～4.5×10～7CFU·g-1之间,不同季节退化草甸与翻耕补播草甸土壤细菌数量均显著低于原生高寒草甸,且不同类型高寒草甸生态系统下可培养细菌具有明显的季节差异:原生高寒草甸生态系统下土壤细菌在6月生物量最高,4月最低;而退化草甸与翻耕补播草甸土壤细菌生物量并没有表现出明显的季节波动;相关分析表明,可培养细菌数量与土壤全氮、植被盖度及土壤含水量存在极显著正相关关系。研究发现,翻耕补播措施并没有恢复该区域微生物数量,研究结果对于认识高寒草甸生态系统的退化成因,判断恢复措施的有效性和合理性具有重要意义。
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.
利用青藏高原河南县典型高寒草甸生态系统群落结构、地上生物量、发育期及其气候、冻土环境观测资料,系统研究了高寒草甸植被生长发育特征及其对气候变化和冻土退化的响应机理.研究表明:20世纪80年代后期以来,随年代进程高寒草甸植被出现了牧草返青初期无明显变化,而黄枯初期显著延迟,致使生长期延长,覆盖度总体下降,但自2004后开始回升、地上生物量明显增大等一系列演变特征;气候和冻土环境表现出气温升高、降水增加、日照增多的气候暖湿化趋势,以及季节冻土层因温度升高而变薄,发生冻结时间缩短等冻土退化趋势.高寒草甸植被对于气候和冻土演变的响应效应显著,但草甸对气候变化的响应不及对季节冻土退化的响应敏感.研究结果显示,牧草生长发育的前期主要受水分条件的限制,而在黄枯初期、生长季与旺盛期及其后期牧草地上生物量则主要受热量条件的制约.
海北高寒矮嵩草草甸区植被下的草毡寒冻雏形土属季节性冻土,因温度低,冻土在年内的每个月均可发生.一般在11月中旬可形成稳定的季节冻结层,至翌年3～4月冻土层厚度最大可达230cm.从3月下旬到4月中旬开始,土壤开始消融,至6月下旬到7月上旬冻土全部消失.分析发现,季节冻土在高寒草甸植被生产力形成过程中有着积极的影响作用,主要表现在:1)季节冻土的存在和维持将给高寒植物生长提供良好的土壤水分,对植物初期营养生长发育有利,可弥补春夏之交时降水不足所引起的干旱胁迫影响;2)季节冻土的长时间维持,有利于植物残体和土壤有机质留存于土壤,并随土壤冻结和融化过程发生迁移,可提高土壤肥力;3)较高的土壤水分有利于土壤胡敏酸的形成,可保证植物生长所需的其它有机元素的供给;4)冻土层所形成较高的土壤水分使土体热容量加大,从而调节因气候异常波动引起的土壤温度变化;5)季节冻土的变化对植物地上年生产量形成有一定的影响作用,表现出从10月或11月开始,土壤冻结速率快,对提高植物地上年生产量有利.这也证实,在未来气候变暖的趋势下,土壤有机质将加快分解速度,土壤水分因受温度升高、冻结期缩短,其贮存能力降低;受温度升高...
