Initial effects of short-term warming on the productivity of alpine degraded grassland in northern Tibet during the restoration process

doi:10.11686/cyxb2023484

Abstract

Abstract:

Climate warming is expected to affect the productivity of alpine grassland in northern Tibet， and this may affect the grassland restoration process. The aim of this study， therefore， was to determine the effects of a short-term temperature increase on the productivity of alpine grassland during restoration. Natural restored grassland （NR）， no-tillage replanted grassland （S）， and tilled replanted grassland （TS）， with native heavily degraded grassland as the control （CK）， were subjected to a warming treatment using the open top chamber method. The changes in the plant community， biomass， and species diversity in response to this short-term temperature increase were determined. The results showed that： 1） Warming increased the surface soil temperature by an average of 1.34 ℃ and decreased the soil moisture content by an average of 4.18%. 2） After short-term warming， the plant community cover increased significantly （P<0.05） and the height of plant community decreased significantly （P<0.05）； the biomass of vegetation in CK transferred to the underground plant parts， the biomass of vegetation in NR， S， and TS shifted to the aboveground plant parts； and the aboveground biomass decreased significantly in TS （P<0.05）. 3） Short-term warming decreased the aboveground biomass and importance value of grasses （P<0.05） but increased the aboveground biomass and importance value of forbs （P<0.05）. 4） In CK， warming significantly increased the species richness index， Shannon-Wiener index， and Simpson index by 17.65%， 18.54%， and 11.52%， respectively （P<0.05）. In S， the warming treatment resulted in a significant decrease in the Pielou index （P<0.05）. 5） After short-term warming， the above-ground biomass showed a highly significant negative correlation with the species diversity index （P<0.01）； however， the below-ground biomass showed no significant correlation with the species diversity index or community characteristics. In conclusion， short-term warming had a certain positive effect on the recovery of the species diversity in native heavily degraded grassland in northern Tibet. Short-term warming restored the productivity of naturally restored grassland and no-tillage replanted grassland， but suppressed the growth and reduced the productivity of tilled replanted grassland.

Key words: simulated warming, alpine grassland, productivity, biomass, species diversity

Hao SHI, Cai-hong YANG, Fei XIA, Jun-qiang WANG, Wei WEI, Jing-long WANG, Yun-yin XUE, Shai-kun ZHENG, Hao-yang WU, Lin-ling RAN, Shuang YAN, Xiao-min JIANG. Initial effects of short-term warming on the productivity of alpine degraded grassland in northern Tibet during the restoration process[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2024, 33(11): 30-45.

Figures/Tables 15

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月份 Month	CK		NR		S		TS
月份 Month	不增温NO-OTC	增温OTC	不增温NO-OTC	增温OTC	不增温NO-OTC	增温OTC	不增温NO-OTC	增温OTC
4	9.75	4.34	12.67	7.67	10.42	5.21	10.40	7.47
5	10.23	4.35	12.26	6.79	9.90	3.45	10.63	8.33
6	12.15	6.63	13.46	7.16	11.16	6.22	11.61	5.36
7	11.93	6.59	14.11	6.77	12.76	5.41	11.36	5.96
8	17.53	13.88	13.37	11.59	10.55	9.60	10.58	10.00
9	15.92	14.30	13.63	11.10	11.01	9.67	11.30	10.52
平均值Mean	12.92	8.35	13.25	8.51	10.97	6.59	10.98	7.94

月份 Month	CK		NR		S		TS
月份 Month	不增温NO-OTC	增温OTC	不增温NO-OTC	增温OTC	不增温NO-OTC	增温OTC	不增温NO-OTC	增温OTC
4	9.75	4.34	12.67	7.67	10.42	5.21	10.40	7.47
5	10.23	4.35	12.26	6.79	9.90	3.45	10.63	8.33
6	12.15	6.63	13.46	7.16	11.16	6.22	11.61	5.36
7	11.93	6.59	14.11	6.77	12.76	5.41	11.36	5.96
8	17.53	13.88	13.37	11.59	10.55	9.60	10.58	10.00
9	15.92	14.30	13.63	11.10	11.01	9.67	11.30	10.52
平均值Mean	12.92	8.35	13.25	8.51	10.97	6.59	10.98	7.94

处理 Treatment	植物种类名称 Species name	相对高度 Relative height		相对密度 Relative density		相对盖度 Relative coverage		相对地上生物量 Relative aboveground biomass
处理 Treatment	植物种类名称 Species name	不增温 NO-OTC	增温 OTC	不增温 NO-OTC	增温 OTC	不增温 NO-OTC	增温 OTC	不增温 NO-OTC	增温 OTC
CK	丝颖针茅 Stipa capillacea	0.20	/	0.02	/	0.15	/	0.25	/
	二裂委陵菜 P. bifurca	0.04	0.05	0.15	0.20	0.15	0.15	0.11	0.16
	藏豆 S. tibetica	0.07	0.05	0.21	0.17	0.25	0.29	0.26	0.33
	早熟禾 P. annua	0.19	0.10	0.04	0.10	0.05	0.22	0.07	0.15
	火绒草 L. leontopodioides	0.01	0.03	0.84	0.38	0.60	0.27	0.46	0.29
	洽草 K. macrantha	0.09	0.03	0.29	0.04	0.30	0.08	0.28	0.03
	香藜 D. botrys	0.02	0.03	0.01	0.21	0.01	0.04	0.12	0.03
	披碱草 E. dahuricus	/	0.10	/	0.04	/	0.09	/	0.13
	紫花针茅 S. purpurea	0.22	0.01	0.01	0.02	0.05	0.01	0.02	0.01
	肉果草 L. tibetica	0.02	0.01	0.04	0.06	0.02	0.08	0.02	0.06
	藏蒿草 Carex tibetikobresia	/	0.03	/	0.03	/	0.03	/	0.03
NR	洽草 K. macrantha	0.05	0.16	0.16	0.24	0.08	0.19	0.12	0.55
	早熟禾 P. annua	0.10	0.09	0.13	0.22	0.07	0.14	0.24	0.22
	藏三毛 Trisetum spicatum subsp. tibeticum	0.16	0.10	0.28	0.26	0.24	0.30	0.27	0.39
	肉果草 L. tibetica	0.01	0.01	0.24	0.06	0.19	0.08	0.10	0.02
	二裂委陵菜 P. bifurca	0.02	0.04	0.01	0.09	0.04	0.09	0.02	0.11
	火绒草 L. leontopodioides	0.02	0.02	0.03	0.04	0.05	0.05	0.02	0.01
	狗娃花 A. hispidus	0.03	0.05	1.00	0.09	0.02	0.26	0.01	0.08
	藏豆 S. tibetica	0.03	0.05	0.27	0.34	0.41	0.28	0.37	0.29
	马先蒿 Pedicularis tibetica	0.00	/	0.03	/	0.02	/	0.00	/
	青藏苔草 C. thibetica	0.04	0.06	0.03	0.12	0.01	0.16	0.04	0.09
	香藜 D. botrys	0.01	/	0.03	/	0.07	/	0.01	/
S	披碱草 E. dahuricus	0.20	0.16	0.43	0.20	0.56	0.20	0.48	0.32
	藏豆 S. tibetica	0.02	0.03	0.25	0.08	0.09	0.11	0.04	0.05
	早熟禾 P. annua	0.12	0.14	0.32	0.62	0.35	0.51	0.37	0.52
	藏三毛 T. spicatum subsp. tibeticum	0.05	/	0.25	/	0.10	/	0.39	/
	二裂委陵菜 P. bifurca	/	0.02	/	0.20	/	0.32	/	0.19
TS	披碱草 E. dahuricus	0.33	0.33	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00

处理 Treatment	植物种类名称 Species name	相对高度 Relative height		相对密度 Relative density		相对盖度 Relative coverage		相对地上生物量 Relative aboveground biomass
处理 Treatment	植物种类名称 Species name	不增温 NO-OTC	增温 OTC	不增温 NO-OTC	增温 OTC	不增温 NO-OTC	增温 OTC	不增温 NO-OTC	增温 OTC
CK	丝颖针茅 Stipa capillacea	0.20	/	0.02	/	0.15	/	0.25	/
	二裂委陵菜 P. bifurca	0.04	0.05	0.15	0.20	0.15	0.15	0.11	0.16
	藏豆 S. tibetica	0.07	0.05	0.21	0.17	0.25	0.29	0.26	0.33
	早熟禾 P. annua	0.19	0.10	0.04	0.10	0.05	0.22	0.07	0.15
	火绒草 L. leontopodioides	0.01	0.03	0.84	0.38	0.60	0.27	0.46	0.29
	洽草 K. macrantha	0.09	0.03	0.29	0.04	0.30	0.08	0.28	0.03
	香藜 D. botrys	0.02	0.03	0.01	0.21	0.01	0.04	0.12	0.03
	披碱草 E. dahuricus	/	0.10	/	0.04	/	0.09	/	0.13
	紫花针茅 S. purpurea	0.22	0.01	0.01	0.02	0.05	0.01	0.02	0.01
	肉果草 L. tibetica	0.02	0.01	0.04	0.06	0.02	0.08	0.02	0.06
	藏蒿草 Carex tibetikobresia	/	0.03	/	0.03	/	0.03	/	0.03
NR	洽草 K. macrantha	0.05	0.16	0.16	0.24	0.08	0.19	0.12	0.55
	早熟禾 P. annua	0.10	0.09	0.13	0.22	0.07	0.14	0.24	0.22
	藏三毛 Trisetum spicatum subsp. tibeticum	0.16	0.10	0.28	0.26	0.24	0.30	0.27	0.39
	肉果草 L. tibetica	0.01	0.01	0.24	0.06	0.19	0.08	0.10	0.02
	二裂委陵菜 P. bifurca	0.02	0.04	0.01	0.09	0.04	0.09	0.02	0.11
	火绒草 L. leontopodioides	0.02	0.02	0.03	0.04	0.05	0.05	0.02	0.01
	狗娃花 A. hispidus	0.03	0.05	1.00	0.09	0.02	0.26	0.01	0.08
	藏豆 S. tibetica	0.03	0.05	0.27	0.34	0.41	0.28	0.37	0.29
	马先蒿 Pedicularis tibetica	0.00	/	0.03	/	0.02	/	0.00	/
	青藏苔草 C. thibetica	0.04	0.06	0.03	0.12	0.01	0.16	0.04	0.09
	香藜 D. botrys	0.01	/	0.03	/	0.07	/	0.01	/
S	披碱草 E. dahuricus	0.20	0.16	0.43	0.20	0.56	0.20	0.48	0.32
	藏豆 S. tibetica	0.02	0.03	0.25	0.08	0.09	0.11	0.04	0.05
	早熟禾 P. annua	0.12	0.14	0.32	0.62	0.35	0.51	0.37	0.52
	藏三毛 T. spicatum subsp. tibeticum	0.05	/	0.25	/	0.10	/	0.39	/
	二裂委陵菜 P. bifurca	/	0.02	/	0.20	/	0.32	/	0.19
TS	披碱草 E. dahuricus	0.33	0.33	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00

处理 Treatment		不同功能群地上生物量 Aboveground biomass of different functional groups		总地上生物量 Total aboveground biomass		地下生物量 Below-ground biomass
处理 Treatment		不增温NO-OTC	增温OTC	不增温NO-OTC	增温OTC	不增温NO-OTC	增温OTC
CK	禾草Grass	26.27±17.79e	19.40±12.87d	81.39±23.89c	78.72±0.87c	223.67±88.64ab	290.00±94.12a
	豆科Legume	23.09±20.51a	23.25±5.60a
	杂草Forb	32.03±3.45a	36.07±9.41a
NR	禾草Grass	41.39±4.89e	40.80±4.64de	87.37±16.46c	94.88±4.78bc	368.67±65.62a	293.67±32.72b
	豆科Legume	31.65±14.36a	32.21±4.87a
	杂草Forb	14.33±3.07b	21.87±4.73a
S	禾草Grass	110.40±7.32c	94.21±11.92cd	113.55±8.32c	113.61±17.92c	389.33±62.66a	269.00±84.50b
	豆科Legume	3.15±1.46a	3.89±1.22a
	杂草Forb	/	15.51±3.79
TS	禾草Grass	879.08±69.68a	800.81±37.40b	879.08±69.68a	800.81±37.40b	567.33±162.72c	272.33±97.09d
	豆科Legume	/	/
	杂草Forb	/	/