冬小麦免耕覆盖与生物有机肥施用对土壤细菌群落的影响

为揭示保护性耕作措施对土壤细菌群落结构及多样性的影响规律,选取免耕覆盖＋施生物有机肥（NF）、免耕覆盖＋不施生物有机肥（NC）、传统耕作不覆盖＋施生物有机肥（TF）和传统耕作不覆盖＋不施生物有机肥（TC）4个处理,以农田土壤生态系统为研究对象,利用16S rDNA基因Illumina MiSeq高通量测序技术,研究了冬小麦免耕覆盖与生物有机肥施用对土壤细菌群落结构及多样性的影响。结果表明：1）与TC处理相比,NF处理显著降低了土壤pH （P=0.03^*）,增加了土壤全氮（P=0.002^**）、总碳含量（P=0.0001^**,P=0.007^**）,影响了土壤碳/氮比分配（P=0.003^**）。2）从16个土壤样本中共获得细菌27门、86纲、125目、213科和315属,其中放线菌门（Actinobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和变形菌门（Proteobacteria）为优势菌门,其相对丰度约占总丰度的82.40%。3）与传统耕作施生物有机肥处理相比,免耕覆盖施生物有机肥增加了土壤细菌的多样性指数（Simpson指数和Shannon指数）,降低了ACE丰富度指数。4）NMDS及多元分析结果表明：土壤细菌群落丰富度指数、多样性指数均与土壤pH、速效磷和土壤碳/氮比成正相关,与土壤微生物生物量碳（SMBC）和土壤总碳成负相关;其中,土壤pH和SMBC分别是影响酸杆菌门和放线菌门的主要驱动因子。施生物有机肥和耕作措施两种因素均对土壤细菌群落结构组成产生了影响,但以施用生物有机肥对土壤细菌群落多样性的影响较明显;此外,施用生物有机肥在传统耕作和免耕覆盖两种情况下均增加了冬小麦产量,但以传统耕作施生物有机肥处理最明显。因此,传统耕作配施生物有机肥是宁夏南部山区改善土壤理化性质、增加土壤细菌群落丰富度和多样性的重要途径。     

三江源区高寒坡地退化植物群落多样性和地上生物量沿海拔梯度的变化特征

山地生态系统退化对生物多样性和地上生物量,以及相互关系在海拔高度梯度上的格局影响,是认识全球变化和人类干扰引起自然生态系统变化的重要内容。以青藏高原三江源区高寒坡地退化草甸和灌丛为研究对象,探讨退化草甸、灌丛群落物种多样性与地上生物量关系及其沿海拔梯度的变化规律。结果表明:(1)坡地退化的上坡位植被盖度显著大于下坡位(P＜0.05)。坡地退化高寒草甸和高寒灌丛,植物物种多样性沿海拔梯度变化规律一致,均呈现"单峰"分布格局。坡地退化高寒草甸Shannon-wiener指数和Simpson指数二次回归方程解释度达到80%和70%以上(P＜0.05)。(2)坡地退化高寒草甸和高寒灌丛的地上生物量与海拔梯度的变化规律一致,即随海拔升高高寒坡地地上生物量呈先增加后降低的变化趋势。海拔梯度对退化高寒山地地上生物量的解释度达到85%以上(P＜0.05)。(3)物种多样性和地上生物量的关系在两个坡地上表现出一致的规律,呈线性增加的变化趋势。高寒草甸坡地回归方程解释度达到70%,高寒灌丛坡地达到60%(P＜0.05)。坡地退化高寒灌丛植物群落多样性和地上生物量高于高寒草甸植物群落。高寒坡地退化草甸和灌丛植物群落物种多样性以及其与地上生物量之间的关系沿海拔梯度的变化规律一致,海拔梯度造成的环境差异对植物群落物种多样性和地上生物量影响仍较大。该研究对认识三江源区退化山地形成生态学机制,及提出有效的生态恢复措施具有重要参考价值。     

基于地理编码和突变分析的高寒草甸植物群落退化阈值识别

明确植物群落退化阈值，进而划分草甸退化程度对指导高寒草甸退化修复有重要意义。为建立识别植物群落退化阈值的方法，并基于阈值划分草甸退化程度，于2018年在云南省香格里拉市选取受人类活动干扰严重的典型高寒草甸开展植物群落调查，然后在地理编码的基础上用Mann-Kendall突变检验识别植物群落的结构指标（物种丰富度，R；优良牧草综合优势度，P_SDR）和功能指标（地上生物量，AGB）的突变点，这些突变点即植物群落结构指标和功能指标的变化阈值。据此划分高寒草甸植物群落的退化程度。结果表明：1）研究区内草甸植物群落R的变化阈值为10种、13种和17种；P_SDR的变化阈值为0.25、0.30和0.39；植物群落AGB的变化阈值为31.98 g/m²和91.68 g/m²；2）研究区内高寒草甸植物群落退化等级可划分为"基本退化类型"和"过渡退化类型"两大类。其中，"基本退化类型"包括三类：I级退化，即13种≤ R<17种、0.30 ≤ P_SDR<0.39、31.98 g/m² ≤ AGB<91.68 g/m²；II级退化，即10种≤ R<13种、0.25 ≤ P_SDR<0.30、31.98 g/m² ≤ AGB<91.68 g/m²；III级退化，即R<10种、P_SDR<0.25、AGB<31.98 g/m²；"过渡退化类型"为介于3个基本退化类型之间的类型，包括四类：1）I级正向过渡，即I级退化向健康草甸过渡阶段；2）I级反向过渡阶段，即I级退化向II级退化过渡阶段；3）II级反向过渡阶段，即II级退化向III级退化过渡阶段；4）III级正向过渡阶段，即III级退化向II级退化过渡阶段。本研究表明，可基于地理编码和突变分析识别高寒草甸植物群落结构和功能指标的退化阈值，进而客观、完整地划分高寒草甸植物群落的退化阶段，为其生态修复提供支撑。     

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。     

短期增温对西藏念青唐古拉山典型植物群落结构和稳定性的影响

青藏高原气候变暖幅度显著高于全球其他区域,深刻影响着该地区植物群落的结构和稳定性。选择西藏念青唐古拉山的三种典型植物群落(高寒草原、高寒草甸和流石滩)作为研究对象,采用开顶式增温箱(OTC)模拟增温,研究了短期增温对植物群落结构和稳定性的影响。结果表明:(1)增温改变了群落的优势物种,影响其结构组成,而对物种多样性无显著影响;(2)增温显著降低了高寒草甸的地上生物量(P < 0.05),增加地下生物量(P < 0.01),从而导致了群落地下地上生物量分配策略的改变;(3)增温降低群落中部分物种的生态位宽度,进而影响群落稳定性,其中高寒草甸变化最大,达到-66.8%。研究结果可为青藏高原高寒草地生态系统应对和适应未来气候变化提供一定科学依据。     

荒漠草原植物群落结构及其稳定性对增水和增氮的响应

通过在荒漠草原开展增水和增氮野外控制试验,研究增水和增氮对荒漠草原植物群落结构、物种多样性及群落稳定性的影响。结果表明：（1）增水和增氮处理显著影响了荒漠草原植物群落结构和地上生物量,而对植物群落稳定性影响不显著（P>0.05）。增水处理显著增加了豆科和禾本科植物地上生物量（101.3%和57.9%）（P<0.05）;增水+增氮处理显著增加了植物群落盖度（43.2%）和地上生物量（112.4%）及不同功能群（禾本科和杂类草）植物盖度（75.5%和47.3%）和地上生物量（139.3%和85.7%）（P<0.05）。与增氮处理相比,增水+增氮处理显著增加了植物群落和不同功能群（禾本科和杂类草）植物高度、盖度和地上生物量（P<0.05）。（2）增水、增氮和增水+增氮处理均显著降低了植物群落Pielou指数（11.7%、8.7%和10.2%）（P<0.05）。（3）增水和增水+增氮处理提高了荒漠草原植物群落稳定性,而增氮处理降低了荒漠草原植物群落稳定性。增水处理荒漠草原植物群落稳定性效应大于增水+增氮处理。研究表明,荒漠草原植物群落结构受到氮沉降和降水增加的共同影响。增加降水对荒漠草原植物群落稳定性的积极效应可能会抵消部分氮沉降的消极影响,荒漠草原植物群落地上生物量及群落稳定性可能有所增加。     

高原鼢鼠干扰下高寒草甸大型土壤动物多样性对环境因子的响应

为研究高寒草甸大型土壤动物群落组成和分布对环境因子的响应,选取祁连山东段的甘肃省天祝县高原鼢鼠典型分布区域,以鼠丘密度代表干扰强度设置4个干扰区。调查各干扰区植被群落特征、土壤理化性质、大型土壤动物类群组成及其数量,采用约束性排序方法分析环境因子对大型土壤动物类群组成和分布的影响。结果表明：高原鼢鼠干扰下高寒草甸大型土壤动物优势类群为瓦娄蜗牛科、象甲科和短角亚目幼虫;极重度干扰区大型土壤动物类群的丰度、丰富度、Shannon指数显著高于重度干扰区（P<0.05）;多元回归分析表明大型土壤动物类群丰度、丰富度和Shannon指数与土壤温度呈显著负相关（P<0.05）,丰富度与土壤含水量呈显著负相关（P<0.05）,丰度与土壤紧实度呈显著负相关（P<0.05）,丰富度和Shannon指数与植物Shannon指数呈显著负相关（P<0.05）;冗余分析和偏冗余分析表明,土壤温度、紧实度和含水量是影响高寒草甸大型土壤动物类群组成和分布的主要环境因子。     

干旱对土壤剖面不同深度土壤CO2通量的影响

由于全球气候变化,预计未来我国亚热带地区干旱频率和持续时间将会增加。森林土壤CO₂的释放是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,然而,有关不同深度土壤CO₂通量对干旱响应的理解仍相当有限。选择武夷山针叶林（Coniferous Forest,CF）和常绿阔叶林（Evergreen Broadleaved Forest,EBF）为研究对象,于2014年6月至2015年12月,采用梯度法计算10、30 cm和50 cm深度各层土壤CO₂通量,探讨模拟干旱对其影响。结果表明：CF和EBF样地土壤CO₂浓度均随土壤深度的增加而升高。CF和EBF样地对照（CK）处理10 cm深度土壤CO₂生产量分别占总CO₂生产量的53.5%和55.7%,表明土壤CO₂生产量主要来源于浅层土壤,这可能与浅层土壤有高的有机碳含量及细根生物量主要分布区有关。干旱处理使CF和EBF样地不同深度土壤CO₂通量均显著减少。在两个样地土壤CO₂通量的温度敏感性（Q₁₀）值均随着土壤深度的增加而减少。干旱处理显著减少了CF样地浅层土壤的Q₁₀值（P=0.02）,对深层土壤影响不显著（30 cm：P=0.30;50 cm：P=0.23）;而在EBF样地干旱处理显著减少了深层土壤的Q₁₀值（30 cm：P=0.02;50 cm：P=0.01）,对浅层土壤影响不显著（P=0.32）。     

高寒草甸生态系统蚁丘对小型土壤节肢动物群落的影响

为查明高寒草甸中蚁丘对小型土壤节肢动物群落的影响,2018年5、7和10月分别在若尔盖高寒草甸内选取6个直径在30-35 cm间的蚁丘作为调查对象,并选取距相应蚁丘2 m处的点作为对照,采集蚁丘和对照的土壤样品,用Tullgren法分离小型土壤节肢动物。结果表明：（1）蚁丘可以明显改变高寒草甸小型土壤节肢动物群落组成结构,主要类群由螨类转变为跳虫;（2）蚁丘中的长角跳目、前气门亚目和甲螨亚目的个体密度均显著高于对照（P<0.05）,但仅有甲螨亚目个体百分比在群落中所占比例显著高于对照（P<0.05）;（3）蚁丘可以显著提高小型土壤节肢动物群落密度和多样性,尤其能够使部分菌食性跳虫（库跳属、隐跳属、符跳属）和腐食性螨类（布伦螨属、双瘤吸螨属、微奥甲螨属及下盾甲螨属）的个体数量大幅增加;（4）从5月到10月,小型土壤节肢动物群落的个体密度在蚁丘中呈先增加后下降的变化趋势（P<0.05）,在对照中呈持续增加（P>0.05）,而类群数和Shannon多样性指数在蚁丘和对照中均呈增加趋势,但仅在对照有显著差异（P<0.05）;（5）小型土壤节肢动物的类群数、Shannon多样性指数与有机质含量呈显著正相关（P<0.05）,个体密度与土壤容重呈显著负相关（P<0.05）。研究结果表明,蚁丘能够改变小型土壤节肢动物群落组成结构,并显著提高小型土壤节肢动物群落个体密度和多样性。     

防除狼毒对狼毒斑块植物-土壤C、N、P化学计量特征的影响

使用化学除草剂防除狼毒能有效遏制狼毒种群的扩张,对于防除狼毒后狼毒斑块的植被和土壤生态化学计量特征的研究鲜有报道。基于此,本研究运用生态化学计量学的原理、方法,以分枝数相同的单株狼毒（Stellera chamaejasme）斑块为研究对象,通过化学药剂防除狼毒后,分析狼毒斑块内外植物-土壤C、N、P含量及其比值的变化,探讨植物和土壤化学计量特征的内在联系以及狼毒斑块的养分循环规律,为狼毒型退化草地的生态恢复及利用提供参考。结果表明：防除狼毒后禾本科生物量有所增加,豆科和杂类草地上生物量显著低于狼毒斑块内（P<0.05）。不同狼毒斑块的豆科植物N含量和杂类草P含量最高,防除狼毒后植物C、N含量高于其他斑块;禾本科P含量为狼毒斑块外显著高于狼毒斑块内（P<0.05）;狼毒斑块内外莎草科C∶N显著高于防除狼毒（P<0.05）;莎草科和豆科C∶P和N∶P为防除狼毒显著高于狼毒斑块内和狼毒斑块外（P<0.05）,杂类草C∶P和N∶P为防除狼毒显著高于狼毒斑块外（P<0.05）,禾本科C∶P为狼毒斑块内显著高于防除狼毒和狼毒斑块外（P<0.05）。不同狼毒斑块土壤C、P含量以及C∶P表现为狼毒斑块内>狼毒斑块外>防除狼毒,N含量和N∶P为防除狼毒>狼毒斑块内>狼毒斑块外,C∶N表现为狼毒斑块内和狼毒斑块外显著高于防除狼毒（P<0.05）。冗余分析（RDA）结果显示植物与土壤的C,C∶N,C∶P,N∶P两两显著正相关,N,P两两显著负相关,且防除狼毒后对植物和土壤的N含量,N∶P以及植物P含量影响较大。     

不同类型高寒草地群落结构与生产对施氮的响应及其敏感性

大气氮沉降增加被认为是目前重要的环境问题,会引起生物多样性的丧失和生态系统稳定性的降低。但作为草地改良的管理措施,养分添加被广泛应用于退化草地的恢复。但由于不同类型草地所处气候与群落组成的差异,对氮输入的响应可能不同。通过在藏北高原高寒草甸与高寒草甸草原设定长期氮添加梯度试验(对照, 25, 50, 100, 200 kg N hm~(-2) a~(-1)),来探讨氮输入对生物多样性与生产的影响,并估算不同类型高寒草地的氮饱和阈值。施氮对高寒草甸物种多样性指数无影响,而随着施氮量的提高高寒草甸草原植物物种数和多样性指数均逐渐降低。开始施肥前两年,随着施氮量提高高寒草甸地上生物量呈现逐渐增加趋势,随着施肥时间的延长地上生物量呈现先增加后降低的趋势。在高寒草甸草原随着施氮量提高地上生物量均呈现先增加后降低的趋势。随着施氮量提高,开始施氮前三年高寒草甸禾草植物地上生物量逐渐提高;随着施氮时间的延长,禾草和豆科植物地上生物量呈现先增加后降低的趋势。高寒草甸莎草植物地上生物量由施氮开始时的逐渐增加转变为先增加后降低趋势,最后变为逐渐降低的趋势,这说明施氮不利于莎草植物的生长。施氮只在施肥第四年显著提高杂草植物地上生物量。高寒草甸草原呈现不同的规律,开始施氮前三年随着施氮量提高,禾草植物地上生物量呈现先增加后降低的趋势;随着施氮时间的延长,禾草地上生物量逐渐提高。莎草和杂草植物地上生物量呈现先增加后降低趋势。利用对氮输入响应最敏感的植物功能群禾草生物量估算的高寒草甸和高寒草甸草原的氮饱和阈值分别是109.5、125.8 kg N hm~(-2) a~(-1),这说明高寒草甸氮敏感性显著高于高寒草甸草原。由此可见,未来氮沉降增加会对不同类型高寒草地产生不同的影响,在不同类型高寒草地进行施肥恢复时也应将氮饱和阈值的差异考虑在内。     

天山北坡植物土壤生态化学计量特征的垂直地带性

生态化学计量工作专注于植物与土壤的元素比例关系及其环境解释等问题上,还需要分析在连续环境梯度上元素比例关系的变化规律以进一步加深已有的认识。受水热梯度的影响,植被与土壤在天山北坡均存在明显的垂直地带性,这为探讨植物土壤生态化学计量特征的垂直带谱提供了有利条件。在天山中段北坡海拔1000—3840m范围内,按海拔梯度对植物和土壤分别采样,测定其C、N、P含量。结果表明:(1)随海拔的升高,植物C、N、P含量及其计量比变化规律各不相同,C含量随海拔变化保持不变,仅山地针叶林显著低于亚高山灌丛草甸、高山垫状植被和山前灌木(P0.05);N含量、C∶P、N∶P随海拔先升高后降低,山地针叶林和亚高山灌丛草甸显著高于山地荒漠草原、山地草原、高山垫状植被(P0.05);P含量、C∶N则是随海拔先降低后升高,高山垫状植被显著高于其他植被类型,山地荒漠草原、山前灌木和高山草甸显著高于山地草原、针叶林和亚高山灌丛草甸(P0.05)。(2)从生活型角度,乔木、灌木和草本C、N含量、C∶N差异不显著,灌木P含量、C∶P、N∶P显著高于草本(P0.05);乔木和灌木更受P限制,草本更受N限制。(3)随海拔的升高,土壤C、N、P含量、C∶P、N∶P均先升高后降低,其中山地针叶林和亚高山灌丛草甸均显著高于山地荒漠草原和山地草原(P0.05),土壤C∶N表现为一直降低,山地荒漠草原显著高于其他植被类型(P0.05)。(4)植物C、N、P及计量比与土壤相关性分析中,仅植物C∶P与土壤C∶P相关性显著,且植物C、N、P含量与土壤相关系数小于植物C∶P、N∶P与土壤相关系数。在垂直地带性上,土壤主要通过生态化学计量比影响植物的生长。     

青藏高原高寒草甸植物群落结构和功能对氮、磷、钾添加的短期响应

对中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站的矮嵩草草甸水肥样地进行了氮、磷、钾及其组合的施肥处理,研究了施肥对植物群落结构和功能的影响。结果表明:(1)施肥使矮嵩草草甸植物群落物种丰富度减少,不同施肥处理下物种丰富度大小分别为:对照钾磷氮氮磷磷钾氮钾氮磷钾。(2)在氮磷配合施肥处理下,矮嵩草草甸植物群落Shannon-Wiener指数显著高于对照,而其它施肥处理对Shannon-Wiener指数影响不显著。(3)在同一施肥处理下,禾草类和莎草类的重要值明显高于豆科和杂类草功能群,不同施肥处理使禾草、莎草、豆科植物的重要值增加,而杂类草重要值减少。(4)与对照相比,不同施肥(除钾外)处理可不同程度的增加植物群落的高度。(5)除钾、磷钾养分添加对矮嵩草草甸地上生物量的影响与对照差异不显著外,其它养分及其组合添加都极显著增加了群落地上生物量,且大小顺序依次为氮磷氮磷钾磷氮钾氮磷钾钾对照。(6)施用不同种类的肥料后,矮嵩草草甸各功能群地上生物量的比例变化明显,禾草和莎草的比例均增加,杂类草的比例减少,而豆科植物无规律性。(7)熵值法综合评价短期施肥处理对矮嵩草草甸群落的影响表明,氮磷、氮磷钾配合施肥是青藏高原高寒草甸最佳施肥选择。     

Effects of Nitrogen and Phosphorus Fertilization on Soil Carbon Fractions in Alpine Meadows on the Qinghai-Tibetan Plateau

In grassland ecosystems, N and P fertilization often increase plant productivity, but there is no concensus if fertilization affects soil C fractions. We tested effects of N, P and N+P fertilization at 5, 10, 15 g m⁻² yr⁻¹ (N₅, N₁₀, N₁₅, P₅, P₁₀, P₁₅, N₅P₅, N₁₀P₁₀, and N₁₅P₁₅) compared to unfertilized control on soil C, soil microbial biomass and functional diversity at the 0–20 cm and 20–40 cm depth in an alpine meadow after 5 years of continuous fertilization. Fertilization increased total aboveground biomass of community and grass but decreased legume and forb biomass compared to no fertilization. All fertilization treatments decreased the C:N ratios of legumes and roots compared to control, however fertilization at rates of 5 and 15 g m⁻² yr⁻¹ decreased the C:N ratios of the grasses. Compared to the control, soil microbial biomass C increased in N₅, N₁₀, P₅, and P₁₀ in 0–20 cm, and increased in N₁₀ and P₅ while decreased in other treatments in 20–40 cm. Most of the fertilization treatments decreased the respiratory quotient (qCO₂) in 0–20 cm but increased qCO₂ in 20–40 cm. Fertilization increased soil microbial functional diversity (except N₁₅) but decreased cumulative C mineralization (except in N₁₅ in 0–20 cm and N₅ in 20–40 cm). Soil organic C (SOC) decreased in P₅ and P₁₅ in 0–20 cm and for most of the fertilization treatments (except N₁₅P₁₅) in 20–40 cm. Overall, these results suggested that soils will not be a C sink (except N₁₅P₁₅). Nitrogen and phosphorus fertilization may lower the SOC pool by altering the plant biomass composition, especially the C:N ratios of different plant functional groups, and modifying C substrate utilization patterns of soil microbial communities. The N+P fertilization at 15 g m⁻² yr⁻¹ may be used in increasing plant aboveground biomass and soil C accumulation under these meadows.     

Nitrogen economy of alpine plants on the north Tibetan Plateau: Nitrogen conservation by resorption rather than open sources through biological symbiotic fixation

Nitrogen (N) is one of the most important factors limiting plant productivity, and N fixation by legume species is an important source of N input into ecosystems. Meanwhile, N resorption from senescent plant tissues conserves nutrients taken up in the current season, which may alleviate ecosystem N limitation. N fixation was assessed by the ¹⁵N dilution technique in four types of alpine grasslands along the precipitation and soil nutrient gradients. The N resorption efficiency (NRE) was also measured in these alpine grasslands. The aboveground biomass in the alpine meadow was 4–6 times higher than in the alpine meadow steppe, alpine steppe, and alpine desert steppe. However, the proportion of legume species to community biomass in the alpine steppe and the alpine desert steppe was significantly higher than the proportion in the alpine meadow. N fixation by the legume plants in the alpine meadow was 0.236 g N/m², which was significantly higher than N fixation in other alpine grasslands (0.041 to 0.089 g N/m²). The NRE in the alpine meadows was lower than in the other three alpine grasslands. Both the aboveground biomass and N fixation of the legume plants showed decreasing trends with the decline of precipitation and soil N gradients from east to west, while the NRE of alpine plants showed increasing trends along the gradients, which indicates that alpine plants enhance the NRE to adapt to the increasing droughts and nutrient‐poor environments. The opposite trends of N fixation and NRE along the precipitation and soil nutrient gradients indicate that alpine plants adapt to precipitation and soil nutrient limitation by promoting NRE (conservative nutrient use by alpine plants) rather than biological N fixation (open sources by legume plants) on the north Tibetan Plateau.     

祁连山3种典型生态系统土壤微生物活性和生物量碳氮含量

 测定分析了祁连山高寒草甸、山地森林和干草原土壤中微生物活性、生物量碳氮含量。结果显示：就土壤微生物生物量碳含量,森林比干草原和高寒草甸中分别高60%和120%以上,干草原比高寒草甸中高40%以上(p<0.05)。就土壤微生物生物量氮含量,0～5 cm土层,森林比高寒草甸和干草原中分别高64%和111%以上,高寒草甸比干草原中高29%;5～15 cm土层,森林比干草原和高寒草甸中分别高7%和191%以上,干草原比高寒草甸中高171% 以上(p<0.05)。森林和干草原中土壤微生物生物量碳比例比高寒草甸中高32%以上,0～5和5～15 cm土层,森林和干草原中土壤微生物生物量氮比例比高寒草甸中高150%以上（p<0.05）。就土壤微生物活性,0～5和5～15 cm土层,森林和高寒草甸比干草原中高26%以上;15～35 cm土层,森林比干草原和高寒草甸中高28%以上 (p<0.05)。土壤微生物生物量碳氮含量与有机碳含量及微生物生物量氮含量和比例与微生物生物量碳含量和比例呈现正相关（r²>0.30,p<0.000 1）。土壤微生物生物量氮含量、微生物生物量碳氮含量比例、微生物活性与土壤pH值呈显著负相关,土壤微生物生物量碳氮含量及其比例、微生物活性与土壤湿度呈正相关。说明祁连山3种生态系统土壤中微生物生物量和活性受气候要素、植被、有机碳、pH值和湿度等因素 的共同影响。     

不同强度牦牛放牧对青藏高原高寒草地土壤和植物生物量的影响

放牧作为家畜饲养方式之一,是草地最简单、有效的利用方式,放牧中的家畜对草地生态系统的影响是全球畜牧生态学研究的焦点。过度放牧导致草地退化严重,虽然在青藏高原地区已有较多放牧对草地影响的研究,但探究连续4年放牧对高寒草地生态系统影响的定位实验却鲜见报道。本研究在青藏高原东缘选取典型高寒草地,使用高原特有且分布最广的牦牛作为大型草食放牧家畜,设置了4个牦牛放牧强度（禁牧：无放牧、轻牧：1头/hm²、中牧：2头/hm²和重牧：3头/hm²）以研究其对高寒草地土壤和植物功能的影响。开展4年试验后的结果表明：放牧条件下土壤含水率显著增加;而土壤容重、全磷和有机质含量对放牧强度均无显著性响应;土壤全氮和pH的响应主要在表层0-20 cm,其中全氮为轻牧和重牧处理分别显著高于中牧,中牧处理下的土壤pH为显著高于轻牧;土壤全钾含量在禁牧处理中显著高于放牧处理;而土壤有效氮和速效钾均为中牧处理显著高于禁牧;放牧可以显著降低植物地上生物量。牦牛放牧强度显著影响土壤含水率、有效养分和植物地上生物量,而对其它土壤理化性质影响较弱。本研究结果揭示放牧对高寒草地土壤理化性质和植物地上生物量的影响,为青藏高原高寒草甸生态系统保护、可持续管理和合理放牧率提供理论依据。     

Original Articles: Differential Influence of Plant Species on Soil Nitrogen Transformations Within Moist Meadow Alpine Tundra

Plant species can influence nitrogen (N) cycling indirectly through the feedbacks of litter quality and quantity on soil N transformation rates. The goal of this research was to focus on small-scale (within-community) variation in soil N cycling associated with two community dominants of the moist meadow alpine tundra. Within this community, the small-scale patchiness of the two most abundant species (Acomastylis rossii and Deschampsia caespitosa) provides natural variation in species cover within a relatively similar microclimate, thus enabling estimation of the effects of plant species on soil N transformation rates. Monthly rates of soil N transformations were dependent on small-scale variation in both soil microclimate and species cover. The relative importance of species cover compared with soil microclimate increased for months 2 and 3 of the 3-month growing season. Growing-season net N mineralization rates were over ten times greater and nitrification rates were four times greater in Deschampsia patches than in Acomastylis patches. Variability in litter quality [carbon:nitrogen (C:N) and phenolic:N], litter quantity (aboveground and fine-root production), and soil quality (C:N) was associated with three principal components. Variability between the species in litter quality and fine-root production explained 31% of the variation in net N mineralization rates and 36% of net nitrification rates. Site variability across the landscape in aboveground production and soil C:N explained 33% of the variation in net N mineralization rates and 21% of net nitrification rates. Within the moist meadow community, the high spatial variability in soil N transformation rates was associated with differences in the dominant species' litter quality and fine-root production. Deschampsia-dominated patches consistently had greater soil N transformation rates than did Acomastylis-dominated patches across the landscape, despite site variability in soil moisture, soil C:N, and aboveground production. Plant species appear to be an important control of soil N transformation in the alpine tundra, and consequently may influence plant community structure and ecosystem function.     

增温对青藏高原高寒草甸呼吸作用的影响

生态系统呼吸(ER)和土壤呼吸(SR)是草地生态系统碳排放的关键环节,其对气候变化极为敏感。高寒草甸是青藏高原典型的草地生态系统,其呼吸作用对气候变化的响应对区域碳排放具有重要的影响。以高寒草甸生态系统为对象,于2012—2016年采用模拟增温的方法研究呼吸作用对增温的响应。结果表明:增温对高寒草甸ER的影响存在年际差异,2013年和2014年增温对ER无显著影响,其他年份显著增加ER(P0.05),综合5年结果,平均增幅达22.3%。增温显著促进了高寒草甸SR(P0.05),较对照处理5年平均增幅高达67.1%;增温总体上提高了SR在ER中的比例(P0.05),最高增幅达到59.9%。ER和SR与土壤温度有显著的正相关关系(P0.05),与土壤水分没有显著的相关关系(P0.05)。对照样地中,土壤温度分别能解释33.0%和18.5%的ER和SR变化。在增温条件下,土壤温度可以解释20.5%和13.0%的ER和SR变化。在增温条件下,SR的温度敏感性显著增加,而ER的温度敏感性变化较小,导致SR的比重进一步增加。因此,在未来气候变暖条件下,青藏高原高寒草甸生态系统碳排放,尤其是土壤碳排放有可能进一步增加,土壤碳流失风险增加。     

青海湖区芨芨草草原土壤养分对翻耕和补播措施的响应

为探究翻耕和补播导致高寒草原土壤养分垂直分布特征变化,以青藏高原青海湖区芨芨草(Achnather?um splendens)草原为实验对象,分析1958年翻耕和1990年补播两种不同的草地恢复措施对高寒草原土壤养分含量及分布特征(0~10,10~20,20~30,30~40,40~60 cm)的影响。结果表明:翻耕、补播措施下土壤有机碳和全钾含量均显著高于原生芨芨草样地(P<0.05),而不利于土壤全氮含量的恢复,两种扰动均有利于芨芨草草原土壤浅层(0~10 cm)速效磷、有机碳养分富集;翻耕后土壤有机碳、全氮和速效钾均随土层深度的增加而降低(P<0.05),全磷、全钾及土壤pH、容重在各土层间差异不显著。相比对照样地,补播导致各土层速效氮养分显著降低(P<0.01),但翻耕和补播扰动均使土壤全钾含量显著升高,深层土(40~60 cm)全氮(TN)含量显著降低(P<0.05);对照原生芨芨草样地,补播后土壤全氮与全磷含量出现显著正相关关系(P<0.05),而翻耕措施导致原有的速效磷与速效氮二者相关性不显著,两种措施均引起土壤养分与容重之间负相关性。翻耕、补播后土壤pH显著降低,扰动使土壤理化性质改变,以及表层速效养分汇集于浅层土壤,将加快土壤养分的周转,输出量增加促进了地上植被恢复,除全钾含量外,以上两种措施引起不同土层全量养分的恢复是一个极其缓慢过程。