高寒草甸土壤呼吸及其组分对氮添加的响应

本研究比较了青藏高原高寒草甸土壤呼吸速率(Rs)、自养呼吸速率(Ra)和异养呼吸速率(Rh)随施氮梯度的变化,揭示土壤呼吸及其组分变化的主要影响因素,为评价未来氮沉降背景下高寒草甸土壤碳释放提供科学依据。于2014年在四川红原青藏高原高寒草甸建立长期氮素添加平台,采取完全随机区组试验设计,设置0(N0,对照)、2(N2)、4(N4)、8(N8)、16(N16)和32 g N·m^-2·a^-1(N32)6个水平氮素添加控制实验。于2020年生长季对Rs、Ra和Rh进行监测。结果表明：施氮显著降低了土壤呼吸及其组分(P<0.05),且Ra的下降幅度大于Rh,导致Rh/Rs随施氮水平逐渐上升;不同施氮处理下Ra和Rh与土壤温度均呈显著的指数正相关(P<0.05);施氮降低了Ra的温度敏感性(Q₁₀),但提高了Rh的Q₁₀值;土壤呼吸各组分与土壤湿度的关系均不显著,但土壤温度和土壤湿度双因子模型对Ra和Rh的解释度高于单因素模型。本研究揭示了高寒草甸土壤呼吸及其组分对氮添加的响应特征及机制,可为评...     

围封与放牧对青藏高原草地生物量与功能群结构的影响

以青藏高原高寒草甸、高寒草原、温性荒漠草原的退化草地为基础,比较了5年围封样地与放牧样地的生物量和群落结构。结果表明:(1)围封后3类草地地上总生物量较放牧样地分别显著增加了48.1%、10.8%、34.5%;地下生物量对围封的响应与地上总生物量一致,且围封后高寒草原0~10cm土层根系生物量比例较放牧地显著下降。(2)围封显著降低了高寒草甸的根冠比,高寒草原和温性荒漠草原无显著变化。(3)与放牧地相比,围封显著增加了高寒草甸和高寒草原禾本科植物的生物量比例,高寒草甸杂类草显著降低,温性荒漠草原功能群生物量比例无显著差异。     

高寒草地不同径级根形态对围封年限的响应

以根径级表征根系形态结构，可以反映植物资源利用和生物量分配状况。研究高寒草地不同径级根形态，对了解地下碳分配、水分和养分吸收及生产力具有重要意义。围封被认为是防治草地退化的最有效措施之一，但目前有关围封年限对不同径级根形态影响的研究还极度缺乏，以致无法确定有利于根生态效益，即资源吸收利用能力最大化的围封年限。以位于青海省海北台站围封5、13、22、39 a的高寒草地为研究对象，季节性放牧草地为对照，探讨围封年限对不同径级根形态(包括根长、根表面积和根尖数)的影响。结果表明：在0—15 cm土层中，径级小于0.5 mm时，围封13 a的根尖数显著高于围封5 a的草地，其对应的生物量也最大；径级小于0.6 mm时，围封13 a的根长和根表面积均显著高于围封5 a和放牧草地，且其对应的生物量也达最大；径级大于0.5 mm时，各草地之间的根尖数均无差异；径级大于0.6 mm时，围封39 a的根长和根表面积均显著高于放牧草地，且其对应的生物量最大。在15—30 cm土层中，各径级下，围封5 a的根长、根表面积和根尖数均显著大于围封39 a和放牧草地，但其对应的生物量在围封13 a时达最大。土壤硝...     

东祁连山高寒草甸不同退化阶段植被/土壤磷素特征及其与生物量的关系

磷素是高寒草地生态系统的重要支持元素,高寒草甸退化导致较为严重的生态和生产问题,同时也引起了生态系统物质循环的变化。为揭示高寒草甸退化中土壤磷素特征及其对植被特征的效应,以东祁连山轻度(LD)、中度(MD)、重度退化(SD)高寒草甸退化阶段为研究对象,以多年围封高寒草甸(FG)为对照,在春季和夏季分别对不同高寒草甸阶段样地不同土层深度土壤全磷、有效磷、微生物量磷含量及碱性磷酸酶活性等磷素特征进行了研究,并对夏季植被地上生物量和磷素含量等植被特征进行了调查。结果表明：东祁连山高寒草甸退化导致植被地上生物量和磷含量急剧下降,重度退化高寒草甸地上生物量干重仅是围封草地的35.93%,退化高寒草甸地上部磷含量仅为围封草地的60%,且不同退化阶段地上部磷含量没有明显差异。退化导致高寒草甸表层土壤的全磷、有效磷含量升高,相比FG,土壤有效磷含量春季LD、MD和SD分别升高了16.67%、36.67%和3.33%,夏季分别升高了4.35%、26.09%和4.35%,且有效磷含量具有夏季低于春季的季节差异性。退化导致土壤微生物量磷含量明显降低,而对碱性磷酸酶活性影响没有明显的规律性,但围封草地夏季碱性...     

围封对退化高寒草甸土壤微生物群落多样性及土壤化学计量特征的影响

围封对植被处于近自然恢复状态的退化草地有一定的修复作用,开展轻度退化草地围封过程中生物与非生物因素的协同互作研究是完整地认识草地生态系统结构和功能的基础.本试验对围栏封育10年的轻度退化草地的土壤化学计量特征进行了研究,同时采用高通量基因测序技术并结合Biolog-Eco方法,调查了土壤微生物多样性和功能的变化.结果表明:轻度退化草地实施围封后,土壤铵态氮含量显著升高,全钾含量显著降低,土壤有机碳、全氮、全磷、硝态氮、速效磷和速效钾则无明显变化.高寒草甸土壤微生物碳和氮在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著;围栏封育后草地土壤微生物碳氮比显著高于轻度退化草地.随培养时间的延长,高寒草甸不同土层土壤微生物碳代谢强度均显著升高,土壤微生物碳代谢指数在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著.高寒草甸土壤细菌OTUs显著高于真菌,轻度退化与围栏封育草地土壤微生物相似度为27.0%～32.7%.围封后,土壤真菌子囊菌门、接合菌门和球壶菌门相对丰富度显著升高,担子菌门显著降低,土壤细菌酸杆菌门显著低于轻度退化草地.土壤真菌和细菌群落组成在不同土层间差异较大,在轻度退化和围栏封育草地间仅有表层土壤真菌群落组成表现出较大差异.土壤细菌多样性受土壤全氮和速效钾影响较大,真菌多样性受地上生物量影响较大.土壤微生物对碳源利用能力主要受土壤速效钾影响.综上,长期围封禁牧对轻度退化草地土壤养分和土壤微生物无明显影响,且会造成牧草资源浪费,适度放牧可以保持草地资源的可持续利用.     

土壤元素失衡是导致高寒草甸退化的重要诱因

土壤元素失衡是造成高寒草甸退化的关键诱因,明晰其过程与机制是高寒草甸生态系统可持续利用和退化草地恢复的重要内容。以我国典型青藏高原高寒草甸生态系统为研究对象,选取围封1年样地作为短期恢复、围封6年样地作为中期恢复及围封15年样地作为长期恢复阶段,分析了这些样地的土壤基本理化性质。研究发现,退化高寒草甸的恢复未改变土壤pH,但增大了土壤保水能力和电导率。土壤有机碳和全氮含量随恢复进程变化敏感,而磷含量的变化并不明显,随着恢复时间的增加土壤C∶N,C∶P和N∶P显著升高,土壤可利用氮素特别是铵态氮的供应能力得到显著提升,长期恢复阶段的土壤铵态氮含量为短期恢复阶段的3.1倍。退化草地的恢复大幅度增加了高寒草甸生态系统地上生物量,这进一步增加了植物对土壤中的碳和氮输入,使土壤中的碳氮周转变快,诱发了植物-土壤之间的正反馈,形成良性循环,使退化草甸得以改善。本研究从退化高寒草甸恢复角度初步证实,土壤碳氮与磷元素比例失衡是造成高寒草地退化的重要诱因,研究结果对高寒草地的养护管理以及退化高寒草地的恢复工作具有重要意义。     

短期围封对西藏北部高寒草甸土壤线虫群落的影响

为了解放牧对高寒草甸的影响,以及围封对高寒草甸的恢复作用,2013年5月、8月、10月,分别对藏北短期围封高寒草甸和自由放牧高寒草甸不同深度土层的土壤线虫群落及土壤理化性质等进行了调查。调查结果表明,3a围封提高了土壤全氮、磷、钾及土壤有机质含量,土壤保水能力也明显提高;围封使土壤线虫个体密度下降,但物种多样性和丰富度却提高了;围封使土壤线虫群落中的植食性线虫所占比重呈下降趋势,食真菌线虫比重加大。短期围封有利于高寒草甸生态系统的正向演替,使之向更稳定的方向发展,同时,土壤线虫数量对土壤理化性质变化有明显的响应,通过土壤线虫群落的群落特征可以反映放牧干扰及围封对高寒草甸生态系统的影响。     

川西北高寒草甸不同放牧模式对土壤呼吸的影响

采用土壤二氧化碳(CO_2)通量自动测量系统,对不同放牧模式(全年禁牧、夏季放牧、冬季放牧和自由放牧)下川西北高寒草甸的土壤呼吸进行监测,比较了不同放牧模式下土壤呼吸的季节动态和温度敏感性。研究发现:1)放牧模式可以改变高寒草甸土壤呼吸的季节动态变化。禁牧、夏季放牧以及自由放牧样地的土壤呼吸在季节上的变化趋势基本相似,而冬季放牧样地的土壤呼吸最大值与前者相比明显向后推迟;2)放牧模式并不改变高寒草甸年平均土壤呼吸速率,但对不同季节土壤呼吸速率的影响不同;3)不同放牧模式可以改变土壤呼吸对温度的敏感性(Q_(10))。不同放牧模式下土壤呼吸Q_(10)值大小依次为:禁牧1a(8.13)冬季放牧(7.49)禁牧3a(5.46)夏季放牧(5.20)自由放牧(4.53)。该地区土壤呼吸的Q_(10)值均明显高于热带和其它温带草地土壤呼吸的Q_(10)值。结果表明,放牧模式是影响高寒草甸土壤碳排放的一个重要因素。此外,在未来全球气候变暖背景下,在生长季节无放牧干扰的高寒草甸可能比放牧干扰的高寒草甸释放出更多的CO_2到大气中。     

草地退化对三江源国家公园高寒草甸表层土壤有机碳、全氮、全磷的空间驱动

草地退化显著削弱了三江源高寒草甸的土壤肥力及生态承载功能,但空间尺度上的驱动强度和环境调控尚不清晰。在2020年7—8月,基于三江源国家公园高寒草甸典型分布区原生植被和退化植被的60个配对采样,研究表层(0—30 cm)土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)含量对草地退化的空间响应特征。三江源国家公园高寒草甸原生植被SOC和TN含量分别为(2.45±2.05)%(平均值±标准差,下同)和(0.25±0.20)%,配对样本t-检验的结果表明草地退化导致SOC和TN分别极显著(P<0.001)下降了44.0%和35.6%。TP对草地退化无显著响应(P=0.22)。原生植被的土壤C∶N∶P平均为59.6∶6.2∶1.0,草地退化导致化学计量值平均下降28.3%。一般线性模型的结果表明草地退化对SOC和TN及土壤生态化学计量特征的空间降低强度主要取决于纬度和海拔(P<0.01),与经度和土壤深度关系较弱(P>0.30),即低纬度高海拔的高寒草甸响应相对强烈。草地退化导致三江源国家公园高寒草甸土壤碳氮损失严重,降低了土壤生态化学计量。研究结果可为三江源退化高寒草甸土壤...     

高寒草甸不同扰动斑块植物功能群和根土复合体特征变化研究

高原鼠兔(Ochotona curzoniae)活动在高寒草甸上会形成各种类型扰动斑块, 扰动斑块类型的转变是导致草地退化的原因之一。目前, 斑块类型发生转变的关键影响因子尚不清楚, 因此, 对高寒草甸活动斑块、非活动斑块和恢复斑块三个扰动斑块类型植物功能类群结构、根土复合体特征和斑块分布特征进行研究, 旨在探讨斑块类型发生转变的主要因子, 说明高寒草甸退化机理。研究结果表明, 高寒草甸中活动斑块土壤表层由于放牧和高原鼠兔活动扰动强度大, 无法形成稳定的植物群落, 非活动斑块的植物群落处于次生演替早期阶段, 但是恢复斑块已具备高寒草甸优势种莎草科植物生长的基本条件。退化高寒草甸中活动斑块与非活动斑块呈现镶嵌性分布, 而恢复斑块相对独立没有镶嵌性分布现象。造成高寒草甸干扰斑块类型转变的主要原因是高原鼠兔活动强度由间歇性干扰转变为持续干扰的结果。     

长期围封对疏勒河源区高寒草甸地表节肢动物多样性的影响

围封会促进退化高寒草甸植被和土壤环境恢复,长期围封也会导致生物多样性及其功能下降,影响高寒草甸生态系统的稳定,但这种影响会随着季节和生境条件变化而异。为了探究不同退化程度高寒草甸地表节肢动物群落变化对围封禁牧的响应,利用陷阱法调查了疏勒河源区沼泽化草甸、草甸和草原化草甸3种不同退化梯度高寒草甸围封禁牧和自由放牧处理下地表节肢动物群落结构变化。结果表明：围封禁牧对高寒草甸地表节肢动物群落组成及多样性的影响随生境条件不同而异。禁牧降低了沼泽化草甸地表节肢动物的物种丰富度,而提高了草甸和草原化草甸地表节肢动物的物种丰富度;围封禁牧对沼泽化草甸地表节肢动物群落结构影响较小,显著降低了草甸生境地表节肢动物活动密度、提高了地表节肢动物多样性和均匀度,相反,禁牧显著提高了草原化草甸生境地表节肢动物活动密度、降低其多样性和均匀度;豹蛛属1种是高寒草甸主要的地表节肢动物类群（相对多度为67.0%）,高寒草甸土壤水分有效性等生境条件不同影响了豹蛛属1种对围封禁牧的响应模式,进而影响了地表节肢动物群落结构变化。总之,高寒草甸退化程度影响了地表节肢动物多样性对禁牧和放牧的响应模式,沼泽化草甸适度放牧有利于提高地表节肢动物多样性及其功能。     

藏北古露高寒草地生态系统对短期围封的响应

过度放牧导致高寒草地生态系统退化,围封是生态保护和恢复的管理手段。以青藏高原那曲县古露镇过牧退化高寒草地为对象,系统分析了高寒草地生态系统的植被特征及土壤理化特性、土壤酶活性、土壤微生物生物量和群落结构对围封的响应。结果表明,短期围封后,(1)植被平均高度、盖度和地上生物量均有极显著增加(P0.01),而生物多样性指数则显著降低(P0.01);(2)土壤的水溶性有机碳含量、土壤物理结构(沙土与粉土的比例)及pH有显著变化(P0.05);(3)土壤酶活性没有明显改善;(4)土壤微生物生物量(细菌、放线菌、真菌)均呈显著增加(P0.05);(5)土壤中细菌的多样性有增加的趋势,其群落组成在门水平上也发生了变化;(6)Manteltest分析显示与土壤细菌群落结构的呈正相关性的环境因子主要为土壤有机碳含量(TOC)、总氮含量(TN)、碳磷比(C/P)与氮磷比(N/P)(P0.05)。这表明围栏封育有利于藏北草地植被、土壤理化特性的恢复,还能维持土壤微生物多样性,促进高寒草地生态系统的可持续发展。     

不同放牧与围封高寒灌丛草地土壤微生物群落结构PLFA分析

土壤微生物群落可以指示土壤质量变化,是土壤生态系统变化的预警及敏感指标。采用磷脂脂肪酸(PLFA)分析方法研究了高寒杜鹃灌丛草地不同强度放牧及围封后,土壤微生物群落结构特征的变化规律和响应。结果显示,高寒杜鹃灌丛草地土壤总PLFA量、细菌生物量、真菌生物量和放线菌生物量均随着放牧强度的增大而显著降低(P0.05)。重牧灌丛草地,围封后的土壤总PLFA量、细菌生物量、放线菌生物量、G~+/G~-和压力指数显著高于放牧处理,而细菌/真菌比显著低于放牧处理;中牧灌丛草地,围封后的土壤总PLFA量、细菌生物量、细菌/真菌比显著高于放牧处理,而真菌生物量和压力指数显著低于放牧处理;轻牧灌丛草地,围封处理的土壤各生物量和生物量比值与放牧处理无显著差异。PLFA主成分分析表明:主成分一(PC1)主要包括14:0、15:0、10Me16:0和18:1ω9c等直链饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸,占PC1的53.68%;主成分二(PC2)主要包括由i16:0、16:1ω7c、i17:0、cy17:0、17:0、18:1ω9t、18:0和cy19:0等支链饱和脂肪酸和环丙烷脂肪酸组成,占PC2的51.34%;各处理样地土壤微生物群落结构相似;围封处理的响应程度大于放牧处理。相关性分析表明,土壤总PLFA量、细菌生物量、真菌生物量和放线菌生物量与土壤有机碳、全氮均呈极显著正相关,细菌/真菌比值与土壤有机碳、全氮呈极显著负相关。以上表明过度放牧降低了高寒灌丛草地土壤微生物活性,显著降低了土壤微生物生物量,适度放牧和围封可维持土壤微生物群落结构的稳定,围封有利于过度放牧草地土壤微生物的恢复。     

青藏高原高寒草甸初级生产力及其主要影响因素

青藏高原有各类天然草地14×108hm2,其中高寒草甸和高寒灌丛约占青藏高原天然草地面积的50%,占全国草地总面积的16.2%。嵩草草甸是高寒草甸的主体,包括矮嵩草草甸、金露梅灌丛草甸、藏嵩草草甸、小嵩草草甸和高山嵩草草甸等,这5类高寒草甸平均地上生物量分别为354.2、422.4、445.1、227.3和368.5g/m2,地下生物量分别为3389.6、3548.3、11922.7、4439.3、5604.8g/m2,地下与地上生物量的比例分别为10.55、10.15、27.82、14.82和15.21,远大于IPCC(2006)报告中地下/地上生物量比例的默认值(2.8±95%)。地下生物量对气候变化和放牧的反应比地上生物量更敏感,干旱和重度放牧均降低了地下/地上生物量的比例。在极度退化状态下地下/地上生物量的比例2。对于轻度和中度退化的高寒草甸应以围封禁牧为主要恢复措施,但如果结合补播和施肥,则恢复速率会加快;对于重度和极度退化的高寒草甸,由于草地植物群落中优良牧草的比例极低,仅靠自然恢复很难进行恢复或需要的年限很长,所以必须采用人工重建的措施,并结合毒杂草防除和施肥等措施进行恢复,通过建立人工或半人工草地的措施予以重建。     

温性草原利用方式对生态系统碳交换及其组分的影响

为了解管理利用方式变化对原本以放牧利用为主的草地生态系统的碳交换及碳平衡将产生怎样的影响。在中国北方温性草原区域利用连接同化箱的便携式红外分析系统,在相互毗连的地块调查了3种典型草地管理利用方式植被生长旺季的生态系统碳交换及其精细组分。结果表明,相比放牧草地,开垦农用显著降低生态系统的日均碳交换(下降56%,P0.05),而长期围封也趋向降低生态系统的日均碳交换,但变化并不显著(P0.05)。与之近似,NPP在放牧与禁牧草地间差异不显著,开垦农用使NPP显著下降,但降幅小于NEP。GPP在3种管理利用方式间差异相对较小。生态系统总呼吸、自养、异养、地上和地下呼吸在放牧和禁牧草地间均无显著差异,均显著低于开垦后的麦田,根系呼吸在3种管理利用方式间无显著变化。相比草地放牧,草地开垦显著增加自养呼吸在总呼吸中的占比,而土壤呼吸和根系呼吸的占比均显著下降,禁牧对呼吸组成的影响不明显。不同管理利用方式草地的地下生物量能很好的解释土壤呼吸占比(95%)和根系呼吸占比(77%)的变化,而LAI则与自养呼吸占比显著正相关(P0.001)。草地开垦利用增强生态系统的碳释放、减少CO_2固定,相比开垦农用,禁牧对放牧草地碳交换及其组分的影响相对较小。     

人工草地建植对三江源区退化高寒草甸土壤有机碳组分的影响

三江源区高寒草甸的退化正威胁着区域生态安全,如何恢复其土壤有机碳水平是治理该区域退化高寒草甸的关键。本研究以三江源区典型的退化高寒草甸及经其改建而来的人工草地(3年和7年)为对象,运用酸水解法将土壤有机碳库分为活性碳组分I、活性碳组分II和惰性碳组分,定量评估人工草地建植后土壤有机碳组分及其生物化学稳定性的变化特征。结果表明：各类样地土壤有机碳组分含量按照惰性碳组分、活性碳组分I和活性碳组分II的顺序依次递减,表明惰性碳组分是土壤有机碳库的主要构成部分;在建植人工草地3年后,0～30 cm土层的总有机碳、活性碳组分I和惰性碳组分含量均未发生显著变化,而活性碳组分II含量出现显著下降(P<0.05);相比之下,建植人工草地7年后,除土壤活性碳组分II含量未发生显著变化外,总有机碳和其他碳组分含量均呈现出增加的变化趋势;退化高寒草甸、建植3年和建植7年人工草地的土壤有机碳惰性指数分别为43.7%～48.4%、42.3%～48.9%和42.3%～53.4%,尽管建植7年人工草地的土壤有机碳惰性指数要高于其他两类样地,但仅在10～20 cm土层表现为显著差异(P<0.05)。综上表...     

酸雨对中国陆地生态系统土壤呼吸影响的整合分析

通过整合分析(Meta-analysis)国内外公开发表的81篇模拟酸雨实验论文的2683条有效观测数据,量化了酸雨对中国3个主要陆地生态系统(森林、草地和农田)土壤呼吸(Rs)及其组分(自养呼吸—Ra、异养呼吸—Rh)的影响。结果表明,酸雨显著降低了Rs(-9.6%)、Rh(-7.7%)和Ra(-11.7%);酸雨pH越低,Rs及其组分的降幅越大;野外实验对Rh和Ra的负效应大于温室实验。酸雨对Rs的负效应在农田最大(-14.7%),草地次之(-10.8%),森林最小(-8.0%);森林Rh、Ra对酸雨的响应一致,不同林型间差异不显著;草地Rh和Ra在酸雨处理下分别显著降低和增加。Rs、Rh与土壤pH显著正相关,与土壤有机碳(SOC)显著负相关;Rh和Ra分别与地上和地下生物量(AGB和BGB)显著正相关。酸雨对Rs和Ra的负效应随纬度的增加而减弱,随MAT的升高而增强,对Rs的正效应随MAP的降低而增强。本研究表明,酸雨不仅降低了土壤pH,抑制了植物生长,减少了植物向土壤的碳输入,还降低了微生物活性,减少了Rh,导致SOC分解降低,因而未显著改变土壤碳库。     

围栏禁牧对滇西北高寒湿地土壤活性有机碳的影响

过度放牧导致滇西北高寒湿地碳汇功能逐渐丧失,围栏禁牧作为一种有效的湿地恢复方式,其对滇西北高寒湿地土壤碳库的影响尚缺乏研究。为探明围栏禁牧对滇西北高寒湿地土壤活性有机碳的影响,以纳帕海湿地不同禁牧年限(未禁牧、禁牧3年、禁牧8年、禁牧10年)的草甸和沼泽化草甸作为研究对象,对比分析不同禁牧年限草甸和沼泽化草甸土壤总有机碳(TOC)、颗粒有机碳(POC)、溶解性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(EOC)和微生物生物量碳(MBC)含量特征。研究结果表明,随着禁牧年限的增加(<10 a),草甸和沼泽化草甸土壤TOC、DOC、EOC、MBC含量显著增加(P<0.05);随着土壤深度的增加,草甸和沼泽化草甸土壤TOC、EOC和MBC含量逐渐下降,而POC和DOC含量逐渐增加。土壤理化性质显著影响土壤活性有机碳各组分含量,其中总氮(TN)是影响草甸和沼泽化草甸土壤活性有机碳各组分含量的主导因素。围栏禁牧有利于滇西北高寒湿地土壤质量和固碳能力的恢复,且随着禁牧年限的增加,恢复效果越明显。相同恢复年限,纳帕海沼泽化草甸土壤恢复效果比草甸土壤显著。研究可以为放牧湿地恢复研究提供理论基础。     

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。     

不同恢复方式对退化高寒草甸土壤nifH和chiA微生物群落结构的影响

生物固氮和有机氮降解是土壤有效氮的主要来源,固氮和有机氮降解微生物对土壤氮素供应和地力维持具有重要作用。本研究以青藏高原4种不同利用方式的高寒草甸(未扰动、放牧、围封和围封+补播草甸)为对象,结合荧光实时定量和扩增子测序技术,研究了不同恢复方式对nifH固氮菌和chiA几丁质降解菌基因丰度及其微生物群落结构的影响。结果表明: 4种草甸的nifH和chiA基因丰度大小排序为: 未扰动草甸＞放牧草甸＞围封草甸＞围封+补播草甸,其中未扰动草甸的nifH和chiA基因丰度分别是其他3种草甸的3.4～6.3倍和3.3～8.3倍;固氮菌α多样性在放牧、围封和围封+补播草甸中显著高于未扰动草甸,而几丁质降解菌的α多样性在未扰动和放牧草甸中最高;放牧显著提高了变形菌的丰度而降低了蓝细菌和放线菌丰度;土壤含水量、养分和植被特征对nifH和chiA的基因丰度和群落结构均有显著影响。与未扰动草甸相比,放牧降低了高寒草甸的固氮和有机氮降解潜力,而10年的围封禁牧和补播植草措施对固氮和有机氮降解功能的改善作用不明显。草甸恢复时应综合考虑功能微生物特征及其影响因素,放牧草甸恢复至未扰动水平可能需要更长的封育时间或者采用更加合理的管护措施。