高寒湿地和草甸退化及恢复对土壤微生物碳代谢功能多样性的影响

为研究高寒湿地、草甸的退化及恢复与土壤微生物碳代谢功能多样性的关系,以及影响土壤微生物碳代谢功能多样性的关键因素,利用BIOLOG Eco微平板法,分析了甘肃玛曲地区5类(湿地、沼泽化草甸、高寒草甸、退化草甸、人工恢复草甸) 14个退化与恢复样地的土壤微生物对单一碳源的利用情况。结果表明,从湿地到沙化草地的逐渐退化过程中,草甸的土壤微生物群落代谢活性差异显著;主要是由于在湿地干化过程中,微生物活性逐渐升高,沼泽草甸土壤微生物活性最高;随着草甸不断退化,微生物活性逐渐降低,沙化草地最低;而人工补播恢复使土壤微生物活性有所增加,表明退化对微生物碳代谢功能多样性造成显著影响,人工恢复措施在一定程度上提高了土壤微生物活性。聚合物类(吐温40、吐温80、环状糊精、肝糖)、氨基酸类及碳水化合物类是土壤微生物主要利用的碳源。冗余分析结果显示,土壤的碳氮比、含水量、有机碳、全氮、容重、氮磷比、p H及植被覆盖度是影响土壤微生物碳代谢功能多样性的关键因子。因此,可用土壤碳代谢功能多样性变化评价高寒湿地及草甸的退化和恢复及其变化程度。     

高原鼢鼠对高寒草甸植被特征及生产力的影响

本研究结果表明,高原鼢鼠栖息10年的斑块,植物群落的物种数减少,植物物种多样性指数下降,地上、地下总生物量显降低,单子叶和可利用双子叶植物生物量极显减少,但不可利用双子叶植物生物量显增加。高原鼢鼠去除5年后,斑块内植物群落的单子叶植物物种数增加,而双子叶植物下降,植物群落物种多样性指数下降,地上、地下总生物量显增加,单子叶和可利用双子叶植物生物量增加极显,不可利用双子叶植物生物量显降低。高原鼢鼠栖息10年的斑块,净初级生产量较未栖息地区减少68.98%。高原鼢鼠去除5年后,净初级生产量增加,但仅达到未栖息地区的58.69%。     

祁连山东段高原鼢鼠对高寒草甸危害评价

为了客观评价高原鼢鼠(Myospalax baileyi)对高寒草甸的危害程度,在祁连山东段研究了高原鼢鼠不同种群密度与草地质量之间的关系,共设置了3个高原鼢鼠种群密度梯度,调查了3个危害等级变量(鼠丘数、鼠丘面积和鼠丘产草量)和6个生境变量(草地产草量、总盖度、可食牧草产量、植被组成、土壤水分和土壤紧实度),通过One-Way ANOVA检验法研究这些因子与高原鼢鼠危害程度的关系。结果表明:在设置的3个种群密度梯度下,草地产草量、总盖度、可食牧草产量和鼠丘产草量无显著性差异;草地植物群落结构、新鼠丘面积占调查区面积的比例无显著性差异,除高原鼢鼠采食深度(0—20 cm)外,3个种群密度区土壤紧实度无显著性差异,而0—30 cm处土壤水分存在显著性差异,说明本研究中不同高原鼢鼠种群密度区的草地质量没有显著性差异。此外,研究结果表明调查样地大小与危害评价有着密切关系,在高寒草甸区,单个样方调查面积以0.5 hm~2以上为宜。     

增温对青藏高原高寒草甸土壤微生物群落的影响

揭示气候变暖对土壤微生物多样性及组成是生物多样性和生态系统功能研究的热点。关于不同水平增温如何影响高寒草甸生态系统土壤微生物群落在一定程度上是未知的。本试验在青海玉树州高寒草甸进行不同水平增温试验(W1、W2和W3分别代表增温幅度逐渐增加),基于高通量测序对土壤微生物群落进行了研究。结果表明：(1)气候变暖会显著增加土壤细菌α多样性及β多样性。其中,土壤细菌Shannon指数在W1、W2和W3处理下分别显著增加了2.70%、3.87%和8.73%,而在W3处理下土壤细菌Chao1指数显著增加了17.82%(P<0.05)。(2)细菌的优势菌门均为酸杆菌门和变形菌门,真菌的优势菌门均为子囊菌门和担子菌门。随着温度增加,细菌富集类群的数量增加,而真菌的数量减少。(3)基于PICRUSt及FUNGuild数据库对细菌及真菌进行功能预测,气候变暖后细菌优势潜在代谢功能及真菌生态功能类会发生变化。其中,不同水平增温处理下土壤相对丰度大于2%的功能基因包括Biosynthesis of ansamycins和Biosynthesis of vancomycin group,以及Valine、leucine和isoleucine biosynthesis等生物合成通路。气温升高会增加未分类腐生真菌及丛枝菌根的相对丰度。以上表明,气候变暖后青藏高原高寒草甸土壤微生物群落多样性、组成和功能均会发生变化。     

高原鼢鼠对高寒草甸群落特征及演替的影响

研究结果表明,高原鼢鼠种群密度与植物地上生物量呈极显著的负相关关系,与双子叶植物在地上生物量中所占百分比的数值呈极显著的正相关关系,草地次生植被面积随高原鼢鼠种群密度增加而显著增加,土丘覆盖植物的恢复速率则随高原鼢鼠种群密度增加而显著地降低,植物群落组成的种数与种群密度呈显著的负相关关系,单子叶植物重要值随高原鼢鼠种群密度的增加而显著下降,双子叶直根类植物与高原鼢鼠种群密度不存在显著的相关性,双子     

沙化对玛曲高寒草甸土壤微生物数量及土壤酶活性的影响

对不同沙化程度高寒草甸土壤物理性质和土壤酶活性及微生物结构进行调查分析,结果表明:(1)随沙化程度的加剧,玛曲高寒草甸土壤粘粒成分、含水量、蔗糖酶活性、脲酶活性、中性磷酸酶活性以及过氧化氢酶活性均呈现出下降趋势,而土壤细砂粒成分和pH值逐渐增大,土壤粗砂粒、细菌数量、真菌数量、放线菌数量以及微生物总数量均出现了先增大后减小的趋势。(2)在发生沙化的高寒草甸土壤中,细菌占土壤微生物的主要组分,然后依次是放线菌和真菌;细菌百分比在中度沙化的样地土壤中达到最大值,放线菌和真菌百分比在轻度沙化的样地土壤中达到最大值。(3)在玛曲高寒草甸沙化过程中,驱使土壤微生物数量变化的主导因子是土壤孔隙度和含水量;驱使土壤酶活性变化的主导因子,在沙化初期是土壤含水量、颗粒组成、动植物和pH,在沙化发生后是土壤微生物、颗粒组成、含水量及动植物。     

高寒草甸不同植被土壤微生物数量及微生物生物量的特征

用稀释平板法和氯仿熏蒸法研究了藏嵩草草甸、小嵩草草甸、矮嵩草草甸、禾草草甸、杂类草草甸及金露梅灌丛土壤的微生物数量、生物量及有机质的变化特征.结果表明:0～40 cm土层细菌和放线菌数量、微生物生物量碳和土壤有机质含量均以藏嵩草草甸最高,其微生物生物量及土壤有机质显著高于其它5种植被;真菌数量以金露梅灌丛最高;由表层到深层,随着土壤深度的增加以上各项指标均呈下降趋势.通径分析表明:土壤各生物环境因子之间存在着不同程度的相关性;土壤微生物数量、生物量及土壤有机质含量均与土壤水分含量存在显著的相关关系,说明土壤水分是调节高寒草甸生态系统土壤微生物代谢及物质转化的关键因子.     

高原鼠兔和刈割扰动对高寒草甸植物群落和土壤特征的影响

受过度放牧和高原鼠兔暴发的双重扰动影响,青藏高原高寒草甸植物群落和土壤特征发生显著变化。以青海省河南蒙古族自治县克其河滩高寒草甸为研究对象,通过连续5年的控制试验,分析不同刈割强度和高原鼠兔密度处理对高寒草甸植被群落和土壤性质的影响。研究结果表明：(1)刈割和高原鼠兔两种处理干扰及交互作用显著影响植被高度和盖度(P<0.05),随着年份的增加,植被群落盖度显著下降;不同年份间植被盖度,地上生物量,禾本科、莎草科、豆科、杂类草功能群重要值,植被群落Simpson指数、Shannon-Wiener指数、物种均匀度指数和物种丰富度指数存在显著差异(P<0.05)。(2)随着年份与刈割强度的增加,土壤全氮、全磷表现为先增加后减少的趋势。年份、刈割强度及其之间的交互作用对土壤温度有显著影响(P<0.05),重度刈割处理使得土壤温度显著提高(P<0.05)。不同刈割强度和鼠兔密度影响下年份、刈割强度及其交互作用对草地全氮和全磷有极显著影响(P<0.01)。高原鼠兔数量的增加显著降低了土壤pH,高密度干扰下较无鼠兔干扰pH下降了0.23,鼠兔密度对土壤全氮和全磷含量没有显著影响。中度刈割有利于退化高寒草甸植被和土壤的恢复,因此,通过控制放牧强度和高原鼠兔密度,正确识别草地放牧强度和鼠兔种群密度生态阈值,进行草地的合理管控,有利于草地畜牧业的持续高质量发展。     

高原鼠兔对高寒草甸土壤有机质及湿度的作用

为探讨高原鼠兔对土壤理化性质的作用, 本研究于2005年8月, 采用灼烧和烘干法, 分别测定了高原鼠兔栖息及被灭杀地区土壤有机质含量及湿度。结果表明： 高原鼠兔栖息地区, 0～5 cm及6～10 cm土壤层有机质含量和湿度均极显著或显著高于被灭杀地区; 11～30 cm 土壤层, 二者无显著的差异;31～50 cm土壤层, 有机质含量差异极显著, 而土壤湿度则无显著差异。说明, 高原鼠兔活动可增加高寒草甸土壤表层有机质含量和湿度, 进而改变土壤理化性质, 促进生态系统物质循环。     

功能多样性和功能冗余对高寒草甸群落稳定性的影响

功能多样性和功能冗余是影响群落稳定性的重要因素,但它们对稳定性影响的相对强弱尚有争论。通过在青藏高原高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸为期6a的刈割(不刈割、留茬3cm、留茬1cm)和施肥(施肥、不施肥)控制实验对此进行了探讨。研究结果显示,群落稳定性随着功能多样性和功能冗余的增大而单调增加,但由于功能多样性的变异性大于功能冗余的变异性,功能多样性与物种多样性间的相关性强于功能冗余与物种多样性间的相关性,功能多样性与群落稳定性间的相关性也强于功能冗余与群落稳定性间的相关性,因此,尽管功能冗余产生的保险效应对维持群落稳定性具有促进作用,但功能多样性的互补效应对维持群落稳定性的作用更大。结果表明,功能多样性和功能冗余对群落稳定性的相对影响与其变化程度正相关,功能多样性与群落稳定性的变化具有更紧密的联系,能更好地预测生态系统稳定性的变化。研究为草原生态系统的可持续管理提供了重要启示。     

青海海北植物群落类型与土壤线虫群落相互关系

土壤线虫是良好的指示生物, 是植物群落演替的重要驱动力, 其生态功能影响着生态系统正常生态效应的发挥。该研究以海北矮生嵩草(Kobresia humilis)草甸、西藏嵩草(Kobresia tibetica)沼泽化草甸、暗褐薹草(Carex atrofusca)沼泽化草甸和金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛4种不同植物群落类型的土壤线虫为研究对象, 研究不同植物群落类型下的土壤线虫群落组成、分布特征、物种多样性及其营养类群组成, 分析植物类群结构与土壤线虫群落之间的相关性。主要研究结果: (1)在4种植物群落土壤样本中共分离线虫3 800条, 分属于2纲5目15科30属, 线虫平均个体密度为每100 g干土580条, 随土壤深度增加而递减, 具有明显的表聚性。不同植物群落间的土壤线虫群落组成存在一定差异, 矮生嵩草草甸0-40 cm土壤线虫总数(1 811条·392.5 cm^-3)显著高于其他植物群落类型, 暗褐薹草沼泽化草甸的土壤线虫总数最少(324条·392.5 cm^-3)。4种植物群落下土壤线虫的优势属和营养类群组成存在差异, 这种差异在矮生嵩草草甸与暗褐薹草沼泽化草甸之间表现得尤为明显。 (2)不同植物群落下土壤线虫的多样性指数(H′)和均匀度指数(J′)均为金露梅灌丛最高, 暗褐薹草沼泽化草甸最低, 其两种植物群落间H′差异显著, 而优势度指数(λ)相反, 为暗褐薹草沼泽化草甸最高, 金露梅灌丛最低。表明金露梅灌丛土壤线虫群落多样性最高, 暗褐薹草沼泽化草甸土壤线虫群落多样性最低, 土壤线虫群落趋于单一化。4种植物群落土壤有机质的分解途径均以细菌通道为主。西藏嵩草沼泽化草甸的瓦斯乐斯卡指数(WI)显著高于矮生嵩草草甸, 表明从高寒沼泽化草甸过渡到高寒灌丛、高寒草甸, 土壤肥力不断降低, 沼泽化草甸有利于食微生物线虫的生长。暗褐薹草沼泽化草甸的植物寄生线虫指数(PPI)、成熟度指数(MI)均表现为最低, 表明其生态系统的成熟度较低, 这与暗褐薹草沼泽化草甸土壤含水量较高有关。不同植物群落下的富集指数(EI)、结构指数(SI)均为暗褐薹草沼泽化草甸最高, 由此可以看出暗褐薹草沼泽化草甸的食物网相对连通性较高, 食物链较长, 食物网的阻力相对较小。(3)主成分分析(PCA)结果显示4种植物群落最大贡献属不同。相关性分析表明: 食细菌性线虫数量与西藏嵩草沼泽化草甸有显著的正相关关系; 金露梅灌丛的植物多样性与线虫的H′、J′有显著的负相关关系, 与λ则有显著的正相关关系; WI与矮生嵩草草甸的植物多样性有显著的正相关关系, PPI与矮生嵩草草甸的物种多样性指数有显著的负相关关系。综上所述, 植物群落深刻地影响着土壤线虫群落的多样性。     

内蒙古贝加尔针茅草原不同利用方式土壤微生物功能多样性

基于Biolog-ECO技术,研究了贝加尔针茅草原在自由放牧、刈割和围封3种不同利用方式下土壤微生物群落功能多样性变化。结果表明:不同的利用方式能显著改变土壤微生物群落代谢活性,反映微生物活性的平均颜色变化率表现为围封>自由放牧>刈割,围封时土壤微生物群落代谢活性最高;不同的利用方式改变了土壤微生物群落多样性指数,自由放牧土壤微生物群落丰富度指数、均匀度指数和优势度指数均最高,围封次之,刈割最低。主成分分析结果表明:在自由放牧和刈割2种利用方式下土壤微生物群落碳源利用模式及代谢功能相似,而围封土壤微生物群落具有不同的碳源利用模式和代谢功能;糖类、氨基酸类和代谢中间产物及次生代谢物为土壤微生物利用的主要碳源。不同的利用方式改变了贝加尔针茅草原土壤微生物群落功能多样性。     

喀斯特地区三种人工林土壤微生物群落结构特征

为揭示不同人工植被修复模式对喀斯特土壤微生物群落的影响,采用氯仿熏蒸提取法和磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid, PLFA)法研究人工构建的降香黄檀(Dalbergia odorifera)纯林(PDOP)、顶果木(Acrocarpus fraxinifolius)纯林(PAFP)、顶果木×降香黄檀混交林(MADP)对土壤微生物生物量及土壤微生物群落结构的影响。结果表明:(1)PDOP的土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量显著高于PAFP和MADP,PAFP显著高于MADP。(2)三种人工林土壤真菌、丛枝菌根真菌和总PLFA含量无显著差异,但PDOP土壤细菌、放线菌、丛枝菌根真菌和总PLFA含量均高于PAFP和MADP,PAFP高于MADP。PDOP的土壤细菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、放线菌的PLFA含量显著高于MADP。MADP的真菌细菌比显著高于PDOP,但与PAFP无显著差异。(3)冗余分析表明,土壤阳离子交换量、pH和C:N是影响土壤微生物群落组成的最主要影响因子。从三种人工林的土壤微生物生物量及微生物群落结构来看,在喀斯特地区MADP并未显示出酸性土地区混交林提高土壤微生物生物量、改善土壤微生物群落结构的优势,但混交林的真菌细菌比最高,更有利于提高土壤生态系统的稳定性。     

高寒草甸退化过程中土壤种子库的变化及其在植物群落更新中的潜在作用

青藏高原东部高寒草甸局部地区因长期过度放牧而发生退化。土壤种子库是退化生态系统恢复的潜在重要资源, 其在高寒草甸退化过程中的动态及其在退化草地恢复中的作用仍有待探究。该研究在青藏高原东部选择了4个不同退化水平的高寒草甸, 构建了一个退化序列。在这一序列上对植物群落和土壤种子库进行调查, 探究了植物群落及种子库组成和特征在退化序列上的变化规律, 并分析了种子库在植物群落更新和退化高寒草甸恢复中的潜在作用。研究发现: (1)植物群落的物种丰富度和相对多度随高寒草甸的退化而显著降低, 而土壤种子库的物种丰富度呈现先升高后降低的变化规律, 种子密度则显著降低; (2)植物群落与土壤种子库物种组成相似性随退化水平增加而逐渐增加, 即种子库在植物群落更新中的潜在作用随退化水平的增加而增加; (3)相比于植物群落, 种子库对退化的响应有明显的滞后性, 可以在一定程度上缓冲退化对地上植物群落的影响。以上结果说明, 高寒草甸植物群落和土壤种子库对退化的响应不一致, 土壤种子库是退化高寒草甸恢复的重要潜在资源。然而, 土壤种子库对退化的恢复潜力是有限的, 在重度退化水平下, 由于种子库资源的过度损耗, 种子库在修复中的作用下降。以上研究结果可为青藏高原退化高寒草甸的保护、恢复和管理提供科学依据。     

放牧管理模式对高寒草甸鼢鼠鼠丘群落演替的影响

高寒草甸放牧利用下高原鼢鼠(Eospalax baileyi)等危害的发生是草地管理的关键难题,分析放牧管理模式对鼢鼠鼠丘植被群落演替的影响能为草地管理提供重要依据。研究选择划区轮牧(RG)、生长季休牧(GSG)、连续放牧(CG)和禁牧(PG)4种放牧管理模式,以及各模式下不同年限鼠丘(一年(ZM1)、两年(ZM2)、三年(ZM3)和多年鼠丘(ZMM))与对照(CM)草地。分析不同放牧管理模式对鼠丘植被群落特征和生物量等的影响,结果发现:PG和GSG下所有年限鼠丘的植被高度、地上生物量均高于RG和CG;RG和GSG下ZM1和ZM2物种Shannon-wiener指数均高于对照样地物种Shannon-wiener指数。主成分分析表明:RG下地上生物量和物种丰富度指数是影响鼠丘植被群落演替的重要因子,PG下地上生物量、盖度、Shannon-wiener指数和均匀度指数是鼠丘植被群落演替的重要因子,CG下物种丰富度和重要值是影响鼠丘植被群落演替的重要指标,GSG下Shannon-wiener指数、盖度和高度是影响鼠丘植被群落演替的重要指标。可见,不同放牧制度对鼠丘植被群落演替的影响不同,禁牧...     

长期施加N、P肥对高寒草甸小型土壤节肢动物群落的影响

为查明长期施肥对高寒草甸小型土壤节肢动物群落影响,2012年5月下旬在西南民族大学青藏高原畜牧业高科技研究基地内用随机区组方式设置施N、P和NP混施三种处理实验样地,每种施肥处理分别设置10 g/m²、20 g/m²和30 g/m²三个施肥梯度,以不施肥的高寒草甸为对照样地。2017年8月对各样地内的小型土壤节肢动物、植物群落和土壤理化性质进行调查。结果表明：（1）施肥可以明显改变高寒草甸小型土壤节肢动物的群落组成结构,其中NP混施比单施N、P肥更能有效增加螨类和昆虫的类群数;（2）N、P、NP三种施肥种类的小型土壤节肢动物群落个体密度、类群数和Shannon多样性指数均显著增加（P<0.05）,且当施肥量为20 g/m²时,小型土壤节肢动物群落的个体密度、类群数和Shannon多样性指数均达到最大;（3）小型土壤节肢动物群落的个体密度、类群数和Shannon多样性指数均与全磷含量呈显著正相关（P<0.05）。研究表明,在高寒草甸长期施加氮、磷肥,尤其是氮磷混施,不仅能够明显改变小型土壤节肢动物群落组成结构,还能显著提高群落密度和多样性,建议按照20 g/m²的总量对高寒草甸进行氮磷等量混施,以提高小型土壤节肢动物群落多样性及其生态功能。     

红壤侵蚀区芒萁对土壤微生物群落结构的影响

土壤微生物是反映土壤质量状况的重要指标,研究侵蚀地植被恢复后土壤微生物群落结构的变化对深入认识土壤质量的演变具有重要意义。对比分析了未治理地(Y0)、治理13年(Y13)和31年(Y31)的马尾松林(Pinus massoniana)林下芒萁(Dicranopteris dichotoma)覆盖地(NRd)、去除芒萁覆盖地(Rd)与林下裸地(CK)土壤微生物生物量和群落结构差异,结果表明:林下裸地土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)和总微生物磷脂脂肪酸量(总PLFAs)的含量均显著低于芒萁覆盖地,且去除芒萁4个月后,MBC和总PLFAs均有降低趋势,表明芒萁覆盖对土壤微生物生物量具有重要影响;林下芒萁覆盖地土壤革兰氏阳性菌(GP)、革兰氏阴性菌(GN)、丛植菌根真菌(VAM)、真菌(Fungi)、放线菌(ACT)的PLFAs含量显著高于林下裸地(Y13例外),去除芒萁4个月后,各值均有有接近林下裸地的趋势;芒萁覆盖地真菌/细菌的比值(F/B)均显著高于林下裸地(P0.05),芒萁覆盖地革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌的比值(GP/GN)、饱和直链脂肪酸/单不饱和脂肪酸的比值(sat/mono)和(cy17:0+cy19:0ω8c)/(16:1ω7c+18:1ω7c)(cy/pre)显著小于林下裸地(P0.05),去除芒萁4个月后,芒萁覆盖地土壤cy/pre显著升高(P0.05)(Y13例外),意味着芒萁覆盖地土壤生态系统更稳定,土壤的养分可利用性更高,微生物生物量和群落结构更丰富,活性更强;皮尔逊相关分析和冗余分析发现,土壤理化性质与土壤微生物生物量和群落结构关系密切,土壤C/N、p H和氮素水平是调控芒萁覆盖下土壤微生物生物量和群落结构的主要生态因子。