呼伦贝尔草原生物量变化及其与环境因子的关系

根据呼伦贝尔草原大范围草地生物量的调查和实验数据,分析了该地区草地生物量的动态变化规律及其与环境因子的关系。结果表明,沿着环境梯度,不同区域草地生物量差异显著,其变化与水分、温度变化关系不显著,与0～20 cm土层的土壤有机碳含量呈正相关,而与土壤容重呈负相关。逐步多元回归表明,土壤有机碳是制约生物量变化的主要因素,可能是当地草地利用方式使土壤养分成为制约草地植物生长的限制因子,从而影响草地生物量。     

青藏高原草地地下生物量与环境因子的关系

青藏高原草地生物量大部分分布于地下,地下生物量在其碳循环研究中起着重要的作用.基于大规模野外样地调查数据,分析比较了青藏高原南北和东西样带上草地地下生物量与环境因子的相关关系,探讨了环境因子对地下生物量控制作用的区域差异.研究结果表明:对于所有采样点而言,青藏高原草地地下生物量的环境控制因素主要有土壤含水量、表层土壤有机碳和全氮含量.通过比较南北和东西样带研究结果发现,草地地下生物量与土壤含水量、土壤表层有机碳和全氮含量相关的显著性水平,在东西样带上明显高于南北样带.同时,东西样带上草地地下生物量与降水量有显著正相关关系,这种关系在南北样带上不显著,表明水分对东西样带草地地下生物量的控制作用较强.气温与南北样带草地地下生物量呈显著负相关,但与东西样带草地地下生物量相关不显著,由此说明环境因子对青藏高原草地地下生物量的控制存在显著区域差异.     

黄土丘陵沟壑区坡面上土壤微生物生物量碳、氮的季节变化

对黄土丘陵沟壑区陕西延安羊圈沟小流域退耕后2种典型植被类型刺槐(Robinia pseudoacacia)林和撂荒草地夏、秋和春3个季节土壤微生物生物量及其主要影响因子(土壤有机碳、土壤温度和水分及空气温湿度)进行了研究,旨在揭示土壤微生物生物量的季节变化规律及其主控因子.结果表明,2种植被类型下,土壤微生物生物量均存在明显的季节变化趋势,刺槐林土壤微生物生物量碳夏季和春季高于秋季,而撂荒草地土壤微生物生物量碳在秋季最高,土壤微生物生物量氮与微生物生物量碳季节变化趋势不同,2种类型均表现为夏季＞秋季＞春季.土壤微生物生物量碳季节变化受有机碳、空气及土壤温度的变化影响较大,而土壤微生物生物量氮与土壤水分和空气湿度具有显著的相关性.     

干旱区沙枣-芨芨草群落土壤有机碳的空间格局

对宁夏干旱区的沙枣 芨芨草群落进行调查,分析土壤有机碳含量与地下生物量、土壤水分等因子的关系,以及土壤有机碳的积累机制.结果表明: 在沙枣-芨芨草群落中,随着土层深度的增加,土壤有机碳含量逐渐减少,且在水平和垂直方向上的变化格局较为平缓.不同区位土壤有机碳含量与其影响因子的相关性具有明显差异.0～30 cm层中,土壤有机碳含量与土壤含水量呈显著负相关;60～150 cm层中,土壤有机碳含量与根系生物量及土壤含水率呈显著正相关.经偏回归分析,0～30 cm层土壤中芨芨草根系生物量密度对土壤有机碳含量具有显著贡献;60～150 cm层中土壤有机碳格局主要受沙枣根系和土壤含水率的影响;而30～60 cm层土壤有机碳含量与根系生物量密度和土壤含水率的关系不显著.在沙枣 芨芨草群落内,不同层次、不同区位的土壤有机碳积累机制具有明显的差异.     

不同石漠化草地根系对土壤有机碳的贡献

根系是草地生态系统土壤有机碳库的主要供给者。以潜在、中度和强度石漠化草地群落为研究对象, 采用连续土钻取样法、土柱法和分解袋法, 研究不同石漠化草地根系和土壤有机碳的垂直分布、季节动态、有机碳储量及与土壤因子的关系。结果表明: 潜在、中度和强度石漠化草地的根系生物量差异显著, 分别为3 355.65 g·m-2、2 944.02g·m-2和1 806.80 g·m-2。土壤有机碳含量表现为强度石漠化草地>中度石漠化草地>潜在石漠化草地。根系和土壤有机碳均趋于土壤表层分布, 0—10 cm土层根系生物量占总根系生物量的57.66%—81.02%, 0—10 cm土层土壤有机碳占总有机碳含量的43.00%—65.60%。潜在、中度和强度石漠化草地的土壤有机碳储量分别为3.48 Mg、3.93 Mg和3.32 Mg, 通过根系分解补充到土壤的有机碳分别为40.69 g·m-2·a-1、154.79 g·m-2·a-1、57.31 g·m-2·a-1, 占土壤有机碳储量的1.17%、3.94%、1.73%。由此可见, 根系对石漠化草地土壤有机碳的积累起关键性作用。     

中国草地生态系统碳库及其变化

准确评估草地生态系统碳库及其年际变化, 对揭示草地在中国陆地生态系统碳循环中的作用以及合理利用有限的草地资源有着极为重要的意义. 虽然中国学者在研究草地碳库及其动态变化方面已开展了很多工作, 但目前仍缺乏对中国草地生态系统碳库及其动态变化特征的全面认识. 通过综述当前中国草地碳循环研究的最新进展, 结合本研究组的工作, 试图全面评价中国草地生态系统碳库(植被生物量碳库和土壤有机碳库)及其动态变化. 结果显示: (1) 不同研究得到的中国草地生物量碳密度(单位面积生物量)存在较大差异, 为215.8~348.1 g C/m², 平均值为 300.2 g C/m². 同样, 对中国草地土壤有机碳密度(单位面积土壤碳库)的估算也存在显著差异, 在8.5~15.1 kg C/m²之间变动, 但考虑到8.5 kg C/m²的估算值是基于近千个土壤剖面的实测数据计算得到, 全国平均水平的土壤碳密度一般不会超过此值. 因此, 若采用目前最广泛使用的草地面积(331×104 km²), 那么中国草地生态系统碳库约为29.1 Pg C(1 Pg=1×10¹⁵ g), 其中96.6%的碳储存于土壤有机质中. (2) 文献报道的近20年中国草地生物量和土壤有机碳库的变化方向和变化量均存在差异. 按照最新的估算, 中国草地生物量和土壤有机碳库在过去20年里没有发生显著变化, 即中国草地生态系统处于中性碳汇状态. (3) 中国草地生物量的时空变异与降水量的变化关系密切. 土壤有机碳库的空间变异主要受与降水量密切相关的土壤水分的影响, 但土壤质地等因素也起一定作用. 此外, 放牧与围封等人类活动将对草地生物量和土壤碳库及其动态变化产生强烈影响.     

南方红壤丘陵区不同土地利用方式下土壤有机碳分布特征及其与草本生物量的关系

不同土地利用方式下不同粒径土壤有机碳含量的变化可以在一定程度上反映土壤碳的变化,对揭示土壤有机碳循环过程具有重要意义.本研究在长期水土流失监测的基础上,采用土壤颗粒分级的方法,以南方红壤丘陵区不同土地利用方式(荒地、松林、草地)坡地土壤为研究对象,探讨了不同土地利用方式对不同粒径土壤有机碳分布特征的影响及其与草本生物量的关系.结果表明:土地利用方式和坡位对不同粒径土壤有机碳含量的影响较明显,研究区不同粒径土壤有机碳含量均表现为草地＞松林＞荒地;不同粒径土壤有机碳所占比例主要取决于土地利用方式,与坡位关系不大;由颗粒有机碳/矿物结合态有机碳(POC/MOC)值可知,草地土壤有机碳较易矿化,而荒地和松林土壤有机碳较稳定;红壤丘陵区坡地土壤砂粒有机碳对草本生物量的影响较大.     

阿尔金山自然保护区植物群落生物量和物种多样性的空间格局及其影响因素

以阿尔金山国家级自然保护区的植物群落为研究对象,用样方法调查分析了不同植物群落的物种多样性、生物量的空间格局及其与环境因子间的关系。结果表明:西南高海拔地区主要植被类型为高寒草原,东北低海拔地区主要植被类型为沼泽草甸和高寒草原,西北部中海拔和东南低海拔区域的植被类型则主要为高寒荒漠;植物群落的物种多样性和生物量并未表现出明显的纬度、经度和海拔梯度变化;植物群落的多样性指数与土壤全氮、土壤总碳、土壤有机碳呈显著正相关,与土壤含水量呈极显著正相关;植物生物量与土壤有机碳和土壤含水量呈显著正相关,与土壤全氮呈极显著正相关,与土壤容重呈显著负相关。综上,阿尔金山保护区内植物群落生物多样性与生物量的空间分异是地理因子、土壤因子以及气象条件等综合作用的结果,在保护区尺度上土壤和气象因子对植物群落的影响超过地理因子的影响。     

不同围封年限对退化大针茅草原生产力和土壤碳、氮贮量的影响

探讨了不同围封年限(6、8、30年)对大针茅草原生产力和土壤碳氮贮量的变化,以期构建围封年限与草地利用的关系,为草地管理提供科学依据。本实验通过实地样方调查及实验室分析,对不同围封年限大针茅草原群落的植被、土壤特征进行测定,分析了不同围封年限草原的生物量、土壤有机碳、氮贮量的恢复情况。结果表明:与持续自由放牧样地相比,围封后草原的生物量和土壤碳、氮贮量均呈显著增加;随着围封年限的延长,生物量和土壤碳、氮贮量也表现出增加的趋势,地上生物碳和土壤有机碳的增加趋于稳定。     

植被与土壤特征对青藏高原不同程度退化草地的响应

高寒草地作为青藏高原高寒生态系统的重要组分之一,其退化已严重影响到高原的可持续发展和草地恢复重建。搜集了2004—2022年间关于青藏高原高寒草地退化的64篇研究结果,包含土壤有机碳、生物量和多样性指数等16个指标的1403组数据,运用meta分析解析了草地退化对土壤理化性质、植被生产力和物种多样性的影响,并对重度退化草地的土壤理化性质和植物生物量进行线性回归分析。结果表明：随着草地退化的加剧,土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮、有效磷、有效钾、土壤含水量、地上生物量、地下生物量和植被高度显著下降;土壤容重显著上升;土壤pH、全钾在各个退化阶段没有明显差异;Shannon多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数整体呈下降趋势。土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮、有效磷、有效钾和土壤含水量与地上生物量、地下生物量存在显著的正相关;土壤容重与地上生物量、地下生物量呈显著的负相关;土壤pH与地上生物量、地下生物量呈负相关。因此,青藏高原高寒草地退化通过改变土壤理化性质而改变地上群落多样性和生物量,为阐明植被与土壤特征对草地退化的响应机制以及高寒退化草地的恢复提供了科学依据。     

宁夏草地土壤有机碳空间特征及其影响因素

草地是重要的碳汇资源库,在陆地生态系统碳循环中扮演着重要角色。探明草地土壤有机碳的空间分布格局及其影响因素对于推动区域生态系统碳汇管理,实现“双碳”目标和绿色高质量发展具有重要意义。以宁夏三种主要草地类型为研究对象,基于野外样点调查,采用结构方程模型,分析了草地土壤有机碳的空间分布特征及其影响因素。结果表明：不同类型草地土壤有机碳含量表现为草甸草原高于典型草原,荒漠草原最低,垂直剖面上均随土壤深度的增加而降低。草甸草原和荒漠草原有机碳空间变异自表层向下逐渐增大,典型草原在20—40 cm土层变异系数达到最大。有机碳分布在区域上从南部六盘山山地向中部干旱风沙带逐渐降低。路矩分析发现,海拔高度、地上生物量、降水量、温度和土壤含水量可解释土壤有机碳空间变异的91.4%。海拔高度对土壤有机碳总效应最大(作用系数为0.78),海拔高度引起的降水和温度等要素区域分异间接影响土壤有机碳含量;地上生物量对土壤有机碳的直接正向效应最大(0.559);降水量对土壤有机碳效应分为直接效应和作用于生物量及土壤含水量的间接影响;温度表现为通过生物量对土壤有机碳间接产生负向效应(-0.259)。宁夏草地土壤有机碳...     

Power and limitation of soil properties as predictors of variation in peak plant biomass in a northern mixed-grass prairie

Soil properties are thought to affect annual plant productivity in rangelands, and thus soil variables that are consistently correlated with plant biomass may be general indicators of rangeland health. Here we measured several soil properties (e.g. aggregate stability, organic carbon, total nitrogen) and tested each as a would-be predictor of local variation in peak aboveground grassland biomass. Individual properties explained a slight (≤10%) amount of variation in plant biomass. Plant biomass was mainly (negatively) associated with two soil properties, subsurface soil carbonate concentration and the stability of soil macroaggregates near the soil surface. Less important predictive variables included: elevation, plant community composition, surface soil organic carbon, and soil carbon:nitrogen. Plot-to-plot variation in plant biomass is seemingly difficult to predict based on soil properties, including popular indicators of soil and rangeland health and even root biomass. While protection of soil is critical to overall rangeland ecosystem function, our findings suggest that the relationship between soil properties and plant biomass in natural grasslands is complex. Thus, there may not be one or even several soil properties that consistently predict appreciable variation in peak grassland biomass, especially variation within an ecosystem independent of precipitation.     

滇南喀斯特断陷盆地土地利用方式对土壤有机碳及其活性组分的影响

土地利用方式是影响土壤有机碳库的重要因素,为探究喀斯特断陷盆地土壤有机碳库对土地利用方式及环境因素的响应,以滇南喀斯特地区5种典型土地利用方式(耕地、草地、灌丛、人工林、天然林)为研究对象,分析不同土地利用方式土壤有机碳(SOC)及活性有机碳(LOC)组分,即可溶性有机碳(DOC)、易氧化性有机碳(EOC)及微生物量碳(MBC)的含量、储量及分配比例在土壤垂直剖面(0-60 cm)的变化特征。结果表明：5种土地利用方式的SOC含量随土层深度的增加逐渐降低,其储量依次为灌丛(191.77 t/hm²)、草地(166.86 t/hm²)、耕地(142.47 t/hm²)、人工林(134.31 t/hm²)和天然林(102.62 t/hm²);EOC和MBC的平均含量及储量均以草地及灌丛最高、人工林及天然林次之,二者在土壤垂直剖面上与SOC含量的变化特征一致,但EOC和MBC含量在土层间的下降幅度大于SOC;土地利用方式和土层深度对DOC无显著影响(P>0.05);活性有机碳的分配比例受土地利用方式及土层深度的显著影响(P<0.01),其中人工林的EOC/SOC和MBC/SOC显著低于草地、灌丛及天然林。通径分析指出SOC和EOC主要受C/P比、全磷、砂粒和交换性钙的影响,砂粒和C/P比是影响MBC的主要因子。研究阐明在喀斯特断陷盆地地区EOC和MBC对土地利用方式的响应比SOC更敏感。另外,今后在土壤碳库的研究中应更多关注土壤磷和物理结构对其的影响。     

草原土壤有机碳含量的控制因素

基于374个高寒草原和温带草原土壤样品的测试结果,运用多元逐步回归分析模型定量评估了土壤环境因子对土壤有机碳(SOC)含量的影响.结果表明:高寒草原土壤有机碳含量(20.18 kg C/m2)高于温带草原(9.23 kg C/m2).土壤理化生物学因子对高寒草原和温带草原SOC含量(10 cm)变化的贡献分别是87.84％和75.00％.其中,土壤总氮含量和根系对高寒草原SOC含量变化的贡献均大于对温带草原SOC含量变化的相应贡献.土壤水分是温带草原SOC含量变化的主要限制性因素,其对SOC含量变化的贡献达33.27％.高寒草原土壤C/N比显著高于温带草原土壤的相应值,揭示了青藏高原高寒草原较高的SOC含量是由于较低的土壤微生物活性所导致.     

The impact of land degradation on the C pools in alpine grasslands of the Qinghai-Tibet Plateau

Aims

To determine the effect of grassland degradation on the soil carbon pool in alpine grassland.

Methods

In this study, we calculated the carbon pool in the above-and below-ground biomass, the soil microbial biomass carbon pool, the total organic carbon pool and the soil total carbon.

Results

Grassland degradation has resulted in decreases in biomass and carbon content and has changed the ratio of roots to shoots. However, there was less influence of degradation on dead root biomass. There was most likely a lag effect of changes in dead root biomass following grassland degradation. In the alpine grassland ecosystem, the carbon pool in soil accounts for more than 92 % of the total carbon both in vegetation and soil. The carbon in alpine grassland is stored primarily in the form of total organic carbon below-ground. As organic carbon decreases, the ratio of the microbial biomass carbon pool to the total organic carbon pool increases and then declines with increasing degradation level. Along the grassland degradation gradient, the total vegetation biomass (above-and below-ground) and the soil carbon pool (microbial biomass C, total organic C and total C) all decreased.     

三江源地区不同建植期人工草地植被特征及其与土壤特征的关系

研究了三江源地区不同建植期人工草地群落生物量、物种组成、多样性指数和土壤理化特征,并用多元逐步回归分析法探讨了土壤理化特征对群落生物量、多样性变化的响应.结果表明:研究区不同建植期人工草地植物群落的种类组成、植物功能群组成和群落数量特征存在显著差异;土壤含水量随着物种多样性指数的增加而增加,土壤容重随着物种多样性的增加而减小;土壤微生物生物量碳与土壤含水量、土壤有机质呈极显著正相关,与土壤容重呈极显著负相关;土壤有机碳含量明显呈"V"字型变化,且与土壤含水量的变化趋势相一致,随土壤容重的增加而减少;群落生物量与土壤养分和土壤含水量之间呈显著正相关,群落地上、地下生物量的增加有利于提高土壤养分含量.     

宁夏东部荒漠草原向灌丛地人为转变过程中土壤胞外酶活性响应

以宁夏东部荒漠草原-灌丛地典型镶嵌体内部荒漠草地、草地边缘、灌丛边缘、灌丛地为对象,对各样地植丛和空斑下土壤特性及6种土壤胞外酶活性(纤维二糖水解酶、β-1,4-木糖苷酶、β-1,4葡萄糖苷酶、β-1,4-乙酰基氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和碱性磷酸酶)进行分析,研究荒漠草原向灌丛地人为转变过程中胞外酶的响应特征。结果表明: 荒漠草原向灌丛地转变过程中,土壤水分、有机碳、全氮、全磷、微生物生物量碳、微生物生物量氮均显著降低,且灌丛地显著低于草地26.0%～88.5%;除草地边缘土壤水分、有机碳空斑略高于植丛外,其他指标均表现为各样地植丛显著高于空斑3.9%～82.3%。6类土壤胞外酶活性在转变过程中均呈下降趋势,降幅为22.1%～82.4%,其中亮氨酸氨基肽酶和碱性磷酸酶降低最为显著,分别降低82.4%和75.5%;除灌丛地β-1,4-乙酰基氨基葡萄糖苷酶在空斑显著高于植丛外,其他胞外酶活性均表现为各样地植丛高于空斑10.7%～42.7%;转变过程中6类胞外酶活性之间呈显著正相关,且均与土壤特性呈不同程度正相关,其中各类土壤胞外酶活性对土壤微生物生物量碳、氮及全氮响应较为积极。     

藏北高寒草甸根系生物量与碳氮分布格局及关联特征

根系生物量的分布格局及其与土壤环境因子的关系对草地保护与退化草地恢复研究有重要意义。以藏北当雄县的高寒草甸为研究对象,在三个海拔上（4300、4500、4700 m）对2011年0-50 cm的群落根系生物量、根碳氮含量、土壤碳含量（SOC、DOC、MBC）、氮含量（DTN、MBN、TN）、碳氮比（MBC/MBN、SOC/TN）、pH、电导率进行了测定,以期探讨藏北高寒草甸根系生物量与碳氮的分布格局及其关联特征。结果表明：（1）土壤中所测量的各种形式的碳氮含量均随着土壤深度的增大呈下降趋势,0-50 cm的DOC和SOC都随海拔的升高呈上升趋势。（2）随土壤深度的增加,根系生物量呈指数下降。随海拔的增加,根系生物量越集中分布于上层土壤,下层土壤根系生物量分布越少且变化趋于平缓。（3）根系生物量与所测的碳氮指标、电导率呈正相关关系,与pH呈负相关关系。根系氮库是影响根系生物量分布格局的主要因素,而pH值、电导率及土壤碳氮指标是影响根系生物量分布格局的重要因素。