玛曲高寒草甸沙化过程中群落结构与植物多样性

针对玛曲高寒草甸沙质荒漠化和水土流失日趋严重的问题,采用群落样方调查的方法,研究了潜在、轻度、中度和重度4种典型高寒沙化草甸的植被结构特征和α多样性与β多样性变化规律。结果表明:随着沙化程度的加剧,1)群落植被盖度持续下降(分别为99.216%,80.078%,49.895%,36.398%)、物种数逐渐减少(分别为53,32,14,13)、群落结构趋向简单(重要值大于1的物种分别有28,16,10,8种),典型高寒草甸优势种和伴生种逐渐退出群落,而适应沙质荒漠的物种逐渐占据群落中的优势地位,玛曲高寒草甸生态系统有向高寒沙质荒漠生态系统转化的趋势,群落以青藏苔草+高山早熟禾群落→青藏苔草+防风+高山嵩草群落→高山嵩草+防风+青藏苔草群落→毛穗赖草+藏虫实+青藏苔草+防风群落的方向演替;2)群落丰富度和植物多样性指数均呈下降趋势,差异显著;均匀度指数先增加后减小,在轻度沙化草甸达到最大,但差异不显著;而群落优势度逐渐增加,在中度沙化草甸增加极显著;3)潜在沙化草甸与沙化草甸之间的Whittaker指数差异极显著,中度沙化草甸与重度沙化草甸之间差异显著,而轻度沙化草甸与中度沙化草甸之间差异不显著。4)潜在沙化草甸与3种沙化草甸和轻度沙化草甸与重度沙化草甸之间群落相异性系数较高(0.705—0.937),群落共有度指数较低(0.034—0.173),而重度沙化草甸与中度沙化草甸、轻度沙化草甸与中度沙化草甸之间群落相异性系数相对较低(0.545—0.553),群落共有度指数相对较高(0.293—0.303)。以上分析表明,玛曲高寒草甸在沙化过程中存在轻度沙化和重度沙化两个关键过程,因此对潜在沙化草甸应采取封育、禁牧、轮牧、抚育等科学管护措施,而对沙化草甸应采取草皮移植、补播、施肥等植被快速恢复措施和流沙治理措施进行生态修复,防止草甸沙化的加剧和蔓延。     

退化高寒草甸土壤微生物及酶活性特征

采用Biolog等方法,分析不同退化程度(未退化ND、轻度退化LD、中度退化MD、重度退化SD和黑土滩ED)高寒草甸0～10和10～20 cm土层土壤微生物量碳氮、碳代谢指纹和酶活性.结果表明: 所有草甸土壤微生物量、多样性指数和蔗糖酶活性在0～10 cm土层均显著高于10～20 cm土层,0～10 cm土层脲酶活性则显著低于10～20 cm土层.土壤微生物量C/N随草地退化程度加重显著降低.0～10 cm土层,ND和LD微生物量碳、氮均显著高于其他草地,MD、SD和ED微生物量碳无显著差异,MD微生物量氮显著低于其他草地;平均颜色变化率(AWCD)和McIntosh指数(U)随草地退化程度加重曲线下降,ND与MD间差异显著,其他草地间无显著差异;Shannon指数(H)和Simpson指数(D)在不同草地间均无显著差异;MD和SD脲酶活性最高,ED磷酸酶和蔗糖酶活性最低,与其他草地相比均差异显著.10～20 cm土层,ND和LD微生物量碳显著高于其他草地,MD、SD和ED间无显著差异,LD和ED微生物量氮显著高于其他草地,ND和SD间差异不显著;MD碳代谢指数最低,与LD和SD相比差异显著,ND和LD的AWCD和U指数均显著高于ED,H指数和D指数在ND、LD、SD和ED间差异不显著;ND和MD脲酶活性显著高于其他草地,LD、SD和ED间无显著差异;MD磷酸酶活性最高,与LD、SD和ED相比差异显著;MD蔗糖酶活性显著低于其他草地,ND、LD、SD和ED间差异不显著.不同退化程度高寒草地的地下生物量均与微生物量、碳代谢指数和磷酸酶呈显著正相关;脲酶与微生物量氮、H指数和D指数呈显著负相关.     

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.     

不同坡向高寒草甸土壤理化特性和微生物数量特征

阐明不同坡向草地土壤性质的空间分异格局,为退化草地的精准修复和科学管理提供参考。研究了青藏高原东缘高寒草甸退化草地不同坡向(北坡N、西北坡NW、西坡W、东坡E、东北坡NE、西南坡SW和南坡S)土壤理化性质和微生物数量特征。结果发现:从N→S坡向上,土壤有机质、碳氮比和全氮含量均呈下降趋势,土壤全磷含量和pH值在不同坡向间均无显著差异(P0.05),E坡向全磷含量最高((2.83±0.95)g/kg),NW坡向含量最低((2.07±0.12)g/kg);土壤细菌、真菌和放线菌数量变化呈波动现象,NW坡向的细菌((13.0×10~5±1.0×10~5)个/g)、真菌((14.0×10~3±0.0)个/g)和放线菌((24.0×10~4±1.0×10~4)个/g)数量最低,E坡向的细菌数量最高((85.5×10~5±2.5×10~5)个/g),S坡向的真菌((24.0×10~3±0.0)个/g)和放线菌((209.5×10~4±4.5×10~4)个/g)数量最高;回归分析表明,在E→S坡向上,随土壤含水量、有机质、碳氮比和全氮含量的增加,土壤细菌和放线菌数量均显著降低(P0.05),而土壤真菌数量随含水量、pH值、土壤养分含量的增加略有降低(P0.05)。可见,不同坡向高寒草甸土壤理化特征差异明显,也导致了土壤微生物数量分配格局的不同。     

高寒草甸退化对祁连山土壤微生物生物量和氮矿化速率的影响

为深入了解高寒草甸退化对草原生态系统中土壤微生物碳氮量、土壤氮矿化及土壤微生物相关酶的变化特征,以祁连山东缘4个不同退化程度(未退化、轻度退化、中度退化和极度退化)的高寒草甸为研究对象,采集了深度为0—10 cm的土壤样品,并对不同退化程度高寒草甸中植物因子、土壤理化性质、土壤氨化速率、土壤硝化速率、土壤净氮矿化速率以及转化氮素的相关酶和微生物进行了相关研究。结果表明:(1)随退化程度的加剧,高寒草甸土壤中氨化速率和净氮矿化速率逐渐降低,硝化速率逐渐升高;(2)高寒草甸的退化降低了有关氮素转化相关酶,如土壤蛋白酶、脲酶、亮氨酸氨基肽酶的活性,而β-乙酰葡糖胺糖苷酶的活性呈先下降后上升趋势,且在极度退化草地活性最高;(3)随退化程度的加剧,高寒草甸土壤中微生物生物量碳和氮的含量逐渐降低,同时土壤基础呼吸、土壤微生物熵和代谢熵的指数也呈下降趋势。RDA分析表明,高寒草甸中氨化速率和净氮矿化速率与微生物生物量碳、微生物生物量氮、土壤基础呼吸、植物高度、植被盖度、地上生物量、蛋白酶、脲酶以及亮氨酸氨基肽酶呈显著正相关,而硝化速率则表现为负相关性。因此,高寒草甸退化对土壤微生物特性以及氮素转化和...     

氮添加对高寒草甸土壤微生物呼吸及其温度敏感性的影响

土壤氮素的可利用性是控制土壤微生物呼吸的重要因素之一,大量研究已经表明增加土壤活性氮的含量可以降低微生物呼吸,但是土壤氮输入对土壤微生物呼吸温度敏感性的影响还不清楚。以青藏高原高寒草甸为研究对象,通过野外施氮试验和室内控制试验相结合的方式,在5℃、15℃和25℃条件下对3种施氮水平的土壤(对照,0g N m~(-2)a~(-1);低氮,5g N m~(-2)a~(-1);高氮,15g N m~(-2)a~(-1))进行培养,探讨土壤微生物呼吸及其温度敏感性对不同氮添加水平的响应情况。结果表明:(1)3个温度培养下的土壤微生物呼吸速率和累积碳释放量均随施氮量的增加而显著降低(P0.05);(2)氮添加对5℃和15℃培养条件下的微生物呼吸温度敏感性没有显著影响,但显著地增加了15℃和25℃培养条件下的微生物呼吸温度敏感性(P0.05);(3)线性相关分析表明,土壤累积碳释放量与土壤有机碳的难降解性显著负相关(P0.05),而15℃和25℃培养条件下的微生物呼吸温度敏感性与土壤有机碳的难降解性显著正相关(P0.05)。结果表明,在全球气候变暖的背景下,土壤氮输入将增加预测青藏高原高寒草甸地区土壤碳排放的不确定性。     

黄河首曲-玛曲县高寒草甸沙化演替进程中群落结构及种群生态位特征

以甘肃省玛曲县高寒沙化草甸为对象,应用空间序列代替时间序列的方法,对其不同沙化演替阶段植物群落主要种群结构及其生态位特征进行了研究.结果表明:(1)随着沙化演替的进行,物种组成数呈单峰式曲线变化规律,在轻度沙化阶段物种数最多(43种),禾草类和豆科类物种的重要值和生态位宽度均呈逐渐减少规律,优势度逐渐减弱;在极度沙化阶段(除垂穗披碱草外)几乎完全消失,莎草类和杂类草一些物种的重要值和生态位宽度则均呈逐渐增大规律,优势度逐渐增加,并在重度或极度沙化阶段成为优势种、次优势种或重要伴生种;随沙化演替进程,蒲公英、狼毒和乳白香青等物种则表现出波动性,最后消失,物种组成和数量的变化导致沙化演替进程中高寒草甸草场质量逐渐降低.(2)相邻沙化演替阶段植物群落的物种组成相似性指数较高,而相距较远的沙化演替阶段植物群落的物种组成相似性指数较小,沙化演替系列两个极端阶段的植物群落的物种组成相似性指数最小.(3)垂穗披碱草在整个沙化演替过程中重要值和生态位宽度均逐渐减小,但其值都较大.(4)生态位总宽度占前5位的物种依次是:垂穗披碱草、莓叶委陵菜、矮嵩草、高山唐松草和苔草,其值分别为1.653、1.438、1.387、1.295和1.204.(5)种群之间生态位重叠系数的平均值随沙化程度加深呈单峰式曲线变化规律,轻度沙化阶段种群的生态位重叠程度较高,为0.824.     

生物质调理剂对川西北高寒草地沙化土壤养分和微生物群落特征的影响

将农牧废弃物进行资源化处置制成生物质调理剂,用于沙化土壤改良是目前川西北沙化草地生态治理的有效途径之一.为了阐明不同原料调理剂在川西北高寒沙化草地上的实际应用效果,本研究以不施用调理剂为对照(CK),设置施用量均为12 t·hm-2的菌渣(JZ)、秸秆(JG)和生物炭(SWT)3种调理剂,分析了调理剂施用对土壤养分和微...     

增温对青藏高原高寒沼泽草甸不同时期土壤酶活性的影响

为研究青藏高原多年冻土区土壤酶活性对气候变暖的响应特征,选择北麓河地区高寒沼泽草甸为研究对象,利用开顶式生长室(OTC)进行模拟增温试验,在7月份、12月份分别对增温和对照样地土壤进行分层取样,并对不同深度土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和磷酸酶的活性进行分析测定。结果表明:在夏季7月份,增温作用下近地表月平均气温升高4.55℃,不同深度的土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和磷酸酶活性均有降低趋势,但未达到显著水平(P>0.05)。土壤蔗糖酶活性与土壤水分和根系生物量呈显著相关关系;在冬季12月份,增温作用下近地表月平均温度升高6.64℃,不同深度的土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和磷酸酶活性均有所提高,且在20—50 cm深度的土壤蔗糖酶和磷酸酶活性和40—50cm深度的土壤脲酶和过氧化氢酶活性变化均达到显著水平(P<0.05)。四种土壤酶活性与土壤温度和水分均呈显著相关关系。在深度变化上,夏季增温样地四种土壤酶活性总体随土层深度增加而降低,而冬季随土层深度增加而显著升高(P<0.05)。增温处理下,不同土层深度冬季四种土壤酶的活性总体均大于夏季,且在40—50 cm深度上差异显...     

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

土壤微生物生物量是土壤有机质的活性部分,是反映土壤质量和碳氮循环机制的重要指标。本文以青藏高原东北缘疏勒河源高寒草甸为研究对象,对土壤微生物生物量碳（SMBC, mg/kg）和微生物生物量氮（SMBN, mg/kg）的不同季节（春、夏、秋、冬）和土层（0—10、10—20、20—30、30—40、40—50 cm）变化特征及其影响因素进行研究。结果表明：（1）不同土层SMBC均表现为春季开始逐渐升高、夏季达到最大值、秋季逐渐降低、冬季值最小,而SMBN春季开始逐渐降低、夏季值最小、秋季逐渐升高、冬季达到最大值。（2）SMBC、SMBN随着土壤深度的增加而下降,0—10 cm层SMBC、SMBN显著高于40—50 cm层,且SMBC、SMBN0—10 cm层的季节变幅显著大于40—50 cm层。（3）0—50 cm土层SMBC/SMBN表现为春季开始逐渐升高、夏季达到最大值、秋季逐渐降低、冬季值最小,其季节变化范围为8.77—23.59,处于较高水平。（4）SMBC、SMBN、SMBC/SMBN的季节和土层变化主要受植被地下生物量和土壤温度的影响。（5）各土层SMBC/SOC均表现为春季开始逐渐升高、夏季达到最大值、秋季逐渐降低、冬季值最小,而SMBN/TN春季开始逐渐降低、夏季值最小、秋季逐渐升高、冬季达到最大值。除夏季土层间无显著差异外,SMBC/SOC与SMBN/TN均表现为0—10 cm层显著高于40—50 cm层。（6）0—50 cm土层SMBC/SOC夏秋季显著高于冬春季且其季节变化范围为0.58%—1.18%,而SMBN/TN秋冬季显著高于夏季且其季节变化范围为0.39%—0.72%。综上,季节变化和剖面深度均对SMBC、SMBN产生显著影响且0—10 cm土层对SMBC、SMBN的累积能力最强。     

不同沙化阶段高寒草甸植物群落与表土环境因子的关系

沙漠化是玛曲高寒草甸最为严重的生态问题之一,明晰区域内不同沙化阶段植物群落与表土环境因子的关系,有助于为玛曲高寒草甸沙漠化的监测与防治提供科学参考。鉴于此,研究应用方差分析与典范对应分析,厘清了潜在、轻度、中度、重度和极重度沙化阶段植物的组成格局与变化规律,并对其与表土环境因子的关系进行了分析。结果表明：（1）伴随沙漠化的发展,表土水分与电导率呈逐步降低的趋势,下降幅度显著（P<0.05）;温度呈先降低后增加的变化规律,其中轻度沙化阶段最低,为24.32℃,极重度阶段最高,达30.79℃;（2）伴随沙漠化的发展,植物的盖度、多度依次降低,下降幅度显著（P<0.05）;物种丰富度、Shannon-Wiener指数、Simpson指数与Pielou指数的变化趋势相近,呈潜在至轻度阶段上升,之后逐步下降的规律;（3）典范对应分析（CCA）表明,表土水分和电导率对群落组成的影响程度达到极显著水平（P<0.01）。潜在与轻度沙化阶段,CCA前两轴的方差解释率分别是71.91%和55.25%,表土环境因子能够较好的描述植物群落特征与多样性水平的变化规律;中度、重度和极重度沙化阶段,CCA前两轴的方差解释率不足40%,表土环境因子难以有效表征植物群落特征,预示放牧等人类活动在这些演替阶段的影响更为突出。     

过牧对玛曲草地沙化的影响

玛曲草地沙化对黄河上游水源补给产生了不利影响.基于NTP和理论载畜量的估算,定量分析了自然因素和人为因素对草地沙化的作用程度.结果表明:影响玛曲草地沙化的自然因素主要是温度升高,特别是≥0℃积温的增加;人为因素主要是超载过牧.温度升高对草地沙化的影响占34.39%,超载过牧占65.61%.草地沙化是过牧的累加效应达到一定程度时才出现的,累加超载量每增加1万个羊单位会造成3.14 hm2草地沙化.草地沙化的防治应以草畜平衡为基础,逐渐减缓或减少超载量的累加.     

甘南州不同退化程度高寒草甸植被及土壤特性的演化规律

为明确甘南州退化高寒草甸植被及土壤特性的演化规律,本研究以甘南藏族自治州碌曲县、夏河县和合作市不同退化程度高寒草甸为研究对象,调查其植被特征并采集土壤样品,测定土壤理化性质、酶活性及微生物数量。结果表明,随退化程度加深,莎草科、蔷薇科和毛茛科等科属毒杂草逐渐代替禾本科优质牧草优势位,植被高度、盖度、草产量、多样性指数降低,重度退化草地较轻度退化草地草产量降低了约2000 kg/hm²;土壤理化性质全氮、全磷、全钾、孔隙度、粉粒含量下降,pH值、全盐、容重及黏粒含量升高,由轻度至重度退化草地土壤全磷含量下降了0.67 g/kg,土壤全钾含量下降0.62 g/kg;土壤脲酶活性、蔗糖酶活性、碱性磷酸酶活性降低,蔗糖酶活性由轻度至重度退化草地降幅最大,可达0.45 mg/g/24h;土壤细菌和放线菌数量降低,真菌数量增加,重度退化草地较轻度而言细菌数量降低约5×10⁶ cfu/g,放线菌降低约5×10⁵ cfu/g,真菌增加约2×10³ cfu/g;相关性分析发现各因子与退化程度的相关性性强,相关系数在0.92以上,多为0.99甚至1。因此,甘南州高寒草甸随退化程度加深,总体呈现出草地优势种消失,植被高度、盖度、草产量、多样性下降,土壤养分及活性降低,并呈现向盐碱化、荒漠化演替的趋势。本研究为甘南州高寒草甸生态系统退化预测、管理、恢复等方案的制定提供理论依据。     

青藏高原高寒草甸不同季节土壤理化性质及酶活性对施肥处理的响应

分析了青藏高原东缘高寒草甸不同施肥处理对土壤全量养分、速效养分、pH、含水量、有机碳和土壤脲酶活性的影响,以揭示高寒草甸土壤养分和酶活性对施肥的响应。结果表明:(1)随施肥量的增加,土壤pH明显趋于降低,施肥引起高寒草甸土壤酸化;全磷、速效磷均显著增大;(2)土壤全氮、有机碳和脲酶活性随施肥量增加呈单峰曲线变化,在施肥量为30或60g·m-2时最高,施肥量增加到90g·m-2时土壤资源逐渐降低;(3)季节变化对土壤养分也有一定的影响,全氮和全磷含量均于9月份较高,而速效氮含量一般于9月份较低,而速效磷含量5月份较低;(4)施肥对土壤养分的影响并不是简单的线性正相关关系,30~60g·m-2施肥量可作为高寒草甸最佳施肥水平。施肥处理下土壤有机碳和脲酶活性可作为衡量土壤肥力和土壤质量变化的重要指标。高施肥量(≥90g·m-2)可作为影响高寒草甸土壤养分及土壤酶活性的阈值。     

调控措施对祁连山中度退化高寒草甸土壤的影响

研究不同调控措施(春季休牧、春季休牧-划破草皮、春季休牧-划破草皮-施肥、春季休牧-划破草皮-播种、春季休牧-划破草皮-施肥-播种)对祁连山中度退化高寒草甸植被、土壤理化性质和土壤微生物生物量的影响。结果表明: 各调控措施均显著增加了退化高寒草甸植被盖度以及地上、地下生物量,春季休牧-划破草皮-施肥与春季休牧-划破草皮-施肥-播种两种措施下植被物种丰富度显著增加,春季休牧-划破草皮-播种与春季休牧-划破草皮-施肥-播种措施下物种优势种为补播草种青海草地早熟禾。中度退化高寒草甸土壤(对照)pH和容重显著高于各调控措施样地,春季休牧-划破草皮-施肥-播种措施下土壤含水量、土壤有机碳、全氮、全钾含量及碳氮比、氮磷比均最高,分别为21.3%、22.30 g·kg^-1、2.77 g·kg^-1、19.93 g·kg^-1、8.3、3.5。春季休牧-划破草皮-施肥-播种措施下退化草地土壤微生物生物量氮、磷(分别为104.98和40.74 mg·kg^-1)显著高于其他措施,而退化草地在春季休牧-划破草皮-施肥措施下土壤微生物生物量碳(240.72 mg·kg^-1)显著高于其他措施。雷达图表明,调控措施对退化草地植被特征(地上、地下生物量)、土壤理化性质(含水量、有机碳、全氮、全磷、全钾)及土壤微生物生物量(碳、氮、磷)特征影响显著,且春季休牧-划破草皮-施肥-播种措施对研究区退化草地的修复效果最佳。     

治沙措施通过植物群落的质量效应驱动土壤因子变化——以玛曲高寒草甸沙化区为例

沙漠化是玛曲高寒草甸面临的主要生态问题之一,研究沙障固定+种草植灌+围封共同构建的综合性治沙措施对不同调查区(县城南岸与河曲马场)玛曲高寒草甸严重沙漠化区域(流动沙地)植物群落和土壤因子的影响,以及植物群落驱动土壤因子变化的生态机制,有助于科学合理的开展沙漠化防治与生态恢复工作。结果表明：治沙措施实施后,植物群落的主要优势种由青藏苔草(Carex moorcroftii)转变为垂穗披碱草(Elymus nutans)与青藏苔草并重。不受调查区制约,治沙措施能够显著改善植物群落数量特征与物种多样性,表现为县城南岸与河曲马场的地上生物量大幅提高至18.04 g/m²和24.67 g/m²(P<0.05),盖度分别为23.8%和31.1%,较流动沙地显著提高了487.3%和589.2%(P<0.05),物种丰富度和Shannon多样性指数的变化规律与盖度相近。土壤因子方面,除pH值外,治沙措施能够显著提高县城南岸与河曲马场的土壤全氮、全碳、全磷、速效磷和速效钾。线性混合效应模型表明,治沙措施实施后,地上生物量是驱动土壤有机质、全氮和全碳...