土壤-牧草氮素供需状况变化对高寒草甸植被演替与草地退化的影响

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站 ,选取处于不同退化阶段的具有典型代表意义的草甸草场为研究对象 ,通过对其土壤氮素矿化补给能力、牧草对氮素的需求量的研究 ,探讨土壤 牧草氮素供需状况变化对高寒草甸植被演替与草地退化的影响。结果表明 ,在牧草生长季 5～ 8月 ,高寒草甸土壤的氮素矿化补给量为 15 86 g·m-2 ,而随着高寒草甸退化程度的加重 ,植物群落中优势种群由禾草演替为禾草 苔草 嵩草、嵩草至杂类草 ,其牧草生长需要的总氮量分别为 2 2 86、2 4 87、37 3、14 96g·m-2 ,只有在杂类草草甸阶段 ,其牧草生长对氮素的需求才与其土壤氮素供求相适配 ,可见养分是高寒草甸植被演替与草场退化的重要驱动因子之一。     

高寒草甸不同演替阶段植物叶片功能性状研究

以甘南高寒草甸演替过程中5个阶段的典型群落为研究对象,对围封样地内不同演替阶段群落叶片功能性状进行比较,分析了围封地内各演替阶段群落水平上主要物种叶性状与环境因子的关系。结果显示:(1)此围封地形成了一个从草本到灌木的演替过程。随着演替的进行,Margalef指数显著增加,Shannon-Wiener指数呈先增加后降低的趋势。(2)从演替前期到演替后期,土壤有机碳(SOC)、土壤全氮(STN)、土壤含水量(SWC)逐渐升高,光照度(LI)、土壤温度(ST)逐渐降低,土壤全磷(STP)呈先降低后增加趋势;叶片有机碳(LCC)、全氮(LNC)、含水量(LWC)逐渐升高;比叶面积(SLA)、磷利用效率(PUPE)、稳定碳同位素(δ13C)逐渐下降,叶片全磷(LPC)先降低后升高,而氮利用效率(PUNE)先升高后降低。(3)RDA冗余分析表明,在此围封样地内,演替前期植物群落叶性状主要受到LI和ST的限制作用。而在演替的中后期SWC[WTBZ]是主要影响因子。此研究有助于我们认识高寒草甸生态系统的退化过程所导致的生态环境问题,进而寻求更好的草地恢复和重建方法。     

高寒矮嵩草草甸不同退化演替阶段植物地上部氮磷元素比较

本研究旨在比较高寒草甸草地不同退化演替阶段下植物地上部氮磷元素含量、吸收速率以及单位面积累计重量.结果表明:植物生长季内 5～9月 ,3个样地植物地上部N、P含量都是在生长初期最高,随植物生长季节的推移以及地上生物量的增加,其含量逐渐稀释直到生长季节结束,全氮含量范围为36.90～14.90g/kg,全磷的含量范围是2.22～1.06g/kg.不同退化演替阶段由于植物组成的不同,其N、P含量有明显的差异,P的含量中度退化样地最高 1.91% ,重度退化样地最低 1.51% ;N的含量则恰恰相反,重度退化样地最高 26.40% ,中度退化样地最低 18.60% ;原生植被样地介于两者之间,其生长季P的平均含量为1.63%,N的平均含量为20.80%.植物N、P的吸收速率和单位面积累计重量都是随退化程度的加剧而降低,即原生植被样地>中度退化样地>重度退化样地,并且植物营养元素吸收速率与地上生物量生长速率呈正相关关系.     

不同放牧强度下高寒草甸植被演替规律的数量分析

 本文采用数量分析方法,研究了不同放牧强度下高寒草甸植被的演替规律。聚类分析的结果,当相关系数R>0.850时,组成群落的24种植物聚合为6类,它们分别属于植物群落不同演替阶段的建群种,优势种或主要伴生种,当R>0.870时,6个放牧强度下的群落聚合为2类,分别属于以禾草植物为共建种的两层结构的植物群落和以矮嵩草(Kobresia humilis)以及 杂类草为共建种的单层结构的植物群落。     

高寒嵩草草甸稳态特征及退化演替过程

系统构件因子对干扰响应与适应过程是明晰生态系统稳定性维持及稳态转化的基础和核心,对退化生态系统修复研究具有重要的理论指导意义。以高寒嵩草草甸退化演替模式序列为研究对象,探讨不同演替稳态植物群落数量特征、土壤养分特征、下垫面特征同退化演替的协同变化关系,研究发现：(1)高寒嵩草草甸退化演替过程中植物、土壤、下垫面特征对退化响应具有异步性,其中起负反馈效应的因子对系统特征稳定性的维持具有重要意义,是导致系统特征出现平台期的主要原因。(2)由于高寒嵩草草甸不同构件因子对退化响应的敏感性不同,导致高寒嵩草草甸随退化程度的加深,对退化响应敏感的因子逐渐被非敏感因子取代,进而造成系统稳态的转化和系统总体特征在整个退化演替中的阶梯性变化。因此,高寒嵩草草甸构件因子对退化干扰的异步性响应过程和负反馈效应维持了平台期系统特征的相对稳定,但在退化演替过程中,随着维持系统特征稳定的非敏感性因子逐渐被取代,系统将发生稳态转化。     

青海省高寒草甸不同退化阶段土壤无机碳分异特征

采用时空转换的方法,选取青海省高寒草甸退化演替过程中典型退化阶段,探讨高寒草甸不同退化阶段土壤无机碳(SIC)含量及储量分异特征。结果表明:禾草-矮嵩草群落、小嵩草群落、小嵩草剥蚀期和黑土滩型退化草地0~50 cm土层SIC总储量分别为0.45、0.10、0.13和1.10 kg C·m-2;0~50 cm土层范围内,禾草-矮嵩草群落与黑土滩型退化草地存在明显的碳酸盐淀积层(主要在30 cm土层以下),而小嵩草群落和小嵩草剥蚀期在剖面内无明显的碳酸盐淀积层;草甸草毡表层特征(厚度、破碎度等)以及土壤容重、pH值与SIC变化特征存在某种协同演化关系;高寒草甸退化与无机碳储量之间没有明显的耦合作用,只有当草甸极度退化(黑土型退化草地)时,草甸SIC分层及总储量特征才表现出明显的差异。     

高寒草甸地区小哺乳动物群落与植物群落演替关系的研究

本文阐述了小哺乳动物群落和植物群落的演替关系;验证了动物群落对植物群落结构的非独立性假设。小哺乳动物群落种的多样性与植物群落的盖度和高度呈显著负相关,植物群落的演替引起小哺乳动物群落的相应演替。并通过加速次生植被演替进程的试验,调控了有害小哺乳动物群落,提出从生态演替规律出发,在退化严重的草地上,通过人的合理参与,协调动植物群落间的结构关系,以达到人类获取畜牧业最大持续生产量,最终使生物生产量得到永续利用的目的。     

若尔盖高寒草甸退化对中小型土壤动物群落的影响

土壤动物是陆地生态系统物质循环和能量流动的中心环节,也是生态系统演化的重要驱动因子。为了查明青藏东缘若尔盖高寒草甸生态系统退化过程对中小型土壤动物群落的影响,2008年7、10两月分别对若尔盖高寒草甸沼泽草甸、草原草甸和沙化草甸三个不同退化阶段的中小型土壤动物群落进行了调查。共分离到中小型土壤动物9450个,隶属于4门5纲12目70科104类;优势类群为线虫（Nematode）,个体数占85.79%;蜱螨目（Arachnida）、弹尾目（Collembola）、寡毛纲（Oligochaeta）和昆虫纲（Insect）依次占8.73%、3.24%、1.32%和0.88%。群落密度、类群数、Margalef丰富度指数和密度-类群指数均在7、10两月份均随高寒草甸的退化而显著降低（p<0.01或p<0.05）,10月份的差异更明显。Shannon-wiener多样性指数、Pielou均匀性指数和Simpson优势度指数无显著变化（p>0.05）。各主要类群个体数在群落中所占的比例呈波动性变化,但沙化可使蜱螨目的数量相对提高,而弹尾目相对下降。随退化程度的加重,三个退化阶段的Sorenson群落相似性逐渐降低,而Morisita-Horn相似性的变化则不同,说明高寒草甸的退化对中小型土壤动物群落物种组成的影响较大,对群落优势类群数量的影响较小。10月份的群落密度、多样性和群落相似性均高于7月份,表明群落结构组成受季节的影响;但是各退化阶段的Sorenson和Morisita-Horn季节相似性比较说明,季节变化对沙化草甸种类组成的影响大于草原草甸,对草原草甸群落优势类群数量的影响大于沙化草甸。个体密度和类群数的表聚性程度也随退化加重而降低。以上研究结果表明,高寒草甸的退化能够降低土壤动物群落的组成种类和结构复杂性,将会影响其生态服务功能。     

高寒草甸退化对土壤昆虫多样性的影响

土壤昆虫是陆地生态系统的重要组成部分,在物质循环和能量转化过程中起着重要的作用。为了查明高寒草甸生态系统退化对土壤昆虫群落的影响,于2011年的4、5、7和10月份别对青藏东缘的若尔盖高寒草甸的沼泽草甸、草原草甸、中度退化草甸和重度退化草甸的土壤昆虫群落进行了调查。共捕获土壤昆虫4172只,隶属于8目35科,共46类。优势类群有尖眼蕈蚊科幼虫(Sciaridae larvae)、摇蚊科幼虫(Chironomidae larvae)和象甲科幼虫(Curculionidae larvae),其中尖眼蕈蚊科幼虫为各退化阶段的共同优势类群。重度退化草甸的土壤昆虫密度和多样性指数均显著低于其它退化阶段(P0.01)。各退化阶段间的Sorenson相似性和Morisita-Horn相似性指数变化趋势表明退化对土壤昆虫的类群组和优势类群的个体数量影响较大。而土壤昆虫的群落密度和多样性指数的季节动态在不同退化阶段间也存在差异。此外,高寒草甸的退化还可影响昆虫群落优势类群的时空分布,但不同类群间存在差异。相关分析结果表明土壤昆虫多样性与土壤p H值呈显著负相关(P0.01),与地下生物量和磷含量呈显著正相关(P0.01),而密度仅与p H值呈显著负相关(P0.01)。研究结果表明高寒草甸退化可通过改变植物群落及土壤等环境因子影响土壤昆虫群落组成和多样性的空间分布和季节动态。     

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。     

模拟根系分泌物输入对高寒退化草地土壤微生物残体的影响

微生物残体是稳定土壤碳库的重要来源,对退化生境碳的固持和积累具有重要意义。植物根系分泌物作为植物-土壤-微生物\"交流\"的媒介,是调控土壤微生物残体迁移转化的关键。因此,以极度退化草地土壤为对象,以氨基糖为标志物,模拟研究了不同氮浓度（低氮-LN：0.1 gN/kg;高氮-HN：0.2 gN/kg）和多样性（3种化合物、9种化合物）根系分泌物输入对土壤微生物残体的影响。结果表明：（1）根系分泌物输入可显著增加高寒退化草地土壤微生物残体含量,且主要由真菌残体贡献。其中高氮和低多样性处理增加最明显,微生物残体和真菌残体分别增加了101.14%,125.16%,而低氮和高多样性处理微生物残体和真菌残体仅增加了35.79%,33.51%。（2）根系分泌物的输入可增加土壤β-葡萄糖苷酶、土壤磷酸酶和过氧化物酶活性,促进微生物的生长,而降低β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性,减少微生物残体的分解。（3）回归分析结果显示,土壤微生物残体与土壤环境的C/N呈显著负相关,与微生物生物量C/N呈显著正相关。上述结果表明,在未来退化草地恢复中,可充分利用模拟根系分泌物输入的土壤固碳策略,即通过提高土壤氮的有效性,促进微生物的生长,加快代谢周转,进一步提高微生物残体含量。     

基于分子生态学网络探究亚高山草甸退化对土壤微生物群落的影响

土壤微生物群落在草地生态系统功能中发挥着至关重要的作用,但目前尚不清楚微生物群落的分子生态网络如何响应亚高山草甸退化。以五台山4个不同退化阶段(未退化、轻度退化、中度退化和重度退化)亚高山草甸为研究对象,利用高通量测序和随机矩阵网络构建理论构建土壤微生物群落分子生态网络。探讨草地退化对亚高山草甸土壤微生物群落结构及网络的影响,不同退化程度下微生物网络结构中的关键微生物变化规律以及该过程中微生物之间的互作关系。研究结果表明,不同退化程度亚高山草甸土壤微生物(细菌、真菌和细菌-真菌)网络拓扑属性存在差异。总体上,退化增加了土壤细菌内部、真菌内部以及细菌-真菌群落间的相互作用,导致其网络结构更为复杂。未退化草甸土壤微生物网络具有较长的平均路径距离和较高的模块性,使其比退化草甸更能抵抗外界环境的变化,在应对人为干扰或者气候变化时可能具有更高的稳定性。退化草甸中的网络关键物种(模块枢纽和连接器)与未退化草甸明显不同。土壤含水量和pH与亚高山草甸土壤细菌、真菌以及整个微生物网络连通度均显著相关(P<0.05),总氮和硝氨态氮含量与土壤真菌和微生物网络连通度呈显著相关(P<0.05)。亚...     

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。     

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。     

黄河源区高寒草甸裸露斑块形成机理与生态修复关键限制因子

为探讨黄河源区斑块化退化高寒草甸可持续恢复技术,通过野外调查和室内盆栽验证试验相结合的方法研究了黄河源区健康草甸和高原鼠兔(Ochotona curzoniae)引起的退化斑块土壤质地组成,以及室内盆栽植物地上生物量和土壤特征等关键因子的变化规律,阐明了黄河源区高寒草甸裸露斑块的形成机理与生态修复关键限制因子。结果表明:健康草甸主要由土壤颗粒、根系和石块三部分组成。各组分单位重量占比从大到小依次为土壤颗粒(0.65±0.013)、根系(0.11±0.003)和石块(0.02±0.001)。各组分单位体积占比从大到小依次为根系(0.62±0.003)、土壤颗粒(0.30±0.004)和石块(0.06±0.002)。不同退化斑块间土壤质地组成(砂粒、粉粒和黏粒)差异均不显著(P > 0.05)。高寒草甸的破碎化,导致草甸根系死亡,斑块土壤颗粒自然沉降形成裸露斑块。室内花盆裸露斑块土壤镇压处理可显著提高植物地上生物量(P < 0.05)。土壤湿度、蓄水量、容重、电导率、紧实度、粘聚力和根-土-石块复合体抗剪强度随花盆土壤镇压深度的增加而显著增加(P < 0.05)。土壤水分是影响高原鼠兔扰动形成不同退化斑块生态修复的关键限制因子。裸露斑块通过镇压显著增加土壤蓄水量(P < 0.05)。研究结果表明,人工撒施有机肥和补播牧草后,不同退化斑块生态修复有效镇压深度控制在10-15 cm,补播的禾本科牧草能顺利发芽并出苗,植物生长表现最好。     

不同退化程度高寒草原土壤肥力变化特征

就藏北退化高寒草原土壤肥力的变化等进行了研究.结果表明: (1)高寒草原土壤物理性质的变化对土壤化学、生物学性质具有重要的调控作用,土壤生物学性质对土壤肥力的演变则具有关键影响.(2)随草地退化程度的提高,2～10 cm土层土壤容重均呈不同程度的下降,土壤孔度、土壤含水量则分呈显著的增、减趋势,但草地退化对土壤含水量的影响更为显著;高寒草原土壤中,＞0.25 mm的水稳性团粒与土壤含水量呈极显著正相关,有机质对改善土壤结构、提高土壤含水量则具有极为显著的促进作用.(3)轻度退化草地土壤有机质、腐殖质与土壤全氮、磷、钾含量均呈不同程度的提高,中度、严重退化草地则呈相反趋势;土壤有效氮、磷、钾含量在总体上随草地退化的加剧而呈下降趋势;腐殖质碳占有机碳比重、HA-C占腐殖质碳比重、HA/FA则均随草地退化的加剧而呈明显上升;(4)不同程度退化草地2～10 cm土层微生物(细菌、真菌、放线菌)数量、微生物生物量(碳、氮)、土壤酶(纤维素酶、脲酶、碱性磷酸酶)活性等在总体上与有机质的变化趋势相一致;BC/BN与TC/TN间呈极显著正相关(r=0.937 0* *,p≤0.01),轻度、中度退化草地BC/TC、BN/TN均呈明显上升,仅严重退化草地呈下降趋势.5)高寒草原微生物量、土壤酶活性与土壤有机质、全氮、有效氮、有效钾含量间均呈极显著或显著正相关,与有效磷则均呈不同程度的负相关.     

退化高寒草原土壤生物学性质的变化

对藏北退化高寒草原的土壤生物学性质研究表明:轻度退化草地2~10cm土层微生物(细菌、真菌、放线菌)数量与生物量(碳、氮)、土壤酶(纤维素酶、脲酶、碱性磷酸酶)活性和有机质总体上高于正常草地,中度、严重退化草地则均呈显著降低趋势.微生物生物量碳氮比(BC/BN)与土壤全碳、全氮比(TC/TN)呈极显著正相关(r=0.9088,P≤0.01;n=4);与正常草地相比,轻度、中度退化草地BC/TC、BN/TN值均呈上升趋势,而严重退化草地则呈明显下降趋势.土壤微生物生物量与土壤酶活性呈极显著或显著正相关,但二者均与土壤放线菌数量呈不同程度的负相关;2~10cm土层有机质与土壤微生物生物量、土壤酶活性均呈极显著或显著正相关;随草地退化的加剧,2~10cm和11~20cm土层腐殖质碳占土壤有机碳比重,以及胡敏酸碳占土壤腐殖质碳比重均较正常草地明显上升.     

西藏那曲地区高寒草地地下生物量

矮嵩草草甸、藏北嵩草草甸及紫花针茅草原是那曲地区主要的草地类型,通过对其地下生物量的分布特征、地下/地上生物量的关系及其对土壤环境影响的研究发现:(1)这三类植物群落的地下生物量表现为总的T字形趋势下的锯齿状分布,主要分布在0~10cm的草皮层中,而且不同的退化草地,其地下的生物量也不同;(2)各群落的地下生物量和地上生物量密切相关,相关性均呈显著正相关。地下/地上生物量的比值越大,地上生物量就越高。地上生物量的变化不大,而地下生物量变化显著;(3)在高山草甸土中,矮嵩草草甸的地下生物量和土壤的有机质,全N,碱解N的含量及土壤的容重呈相关关系,而与其他的土壤因子相关性不显著。(4)各群落的地下生物量的垂直分布特征及与土壤环境的关系是植物长期适宜高寒生境条件的结果和反映。     

祁连山不同类型草地的土壤理化性质与植被特征

祁连山草地生态系统在维护我国西部生态安全方面起着举足轻重的作用。为了解祁连山不同类型草地土壤水分、养分等理化性质与植被分布特征,及土壤理化性质与植被特征的相关关系,于祁连山选取7种类型的草地,测定土壤水分含量、养分含量、容重、颗粒组成和植被特征,计算土壤颗粒的分形维数、0～40 cm土层土壤有机碳、全氮和全磷储量、植物多样性指数。结果表明: 祁连山不同类型草地的土壤理化性质与植被特征差异显著,高寒草甸相比于其他类型草地具有较高的土壤水分、养分和黏粒含量,及较低的容重和砂粒含量;0～40 cm土层土壤有机碳、全氮、全磷储量变化范围分别为3084～45247、164～2358、100～319 g·m^-2,整体表现为有机碳和全氮含量高、全磷含量低;土壤全磷储量与植物多样性指数呈显著正相关关系,表明土壤全磷含量是祁连山草地植物多样性的关键影响因素。相比其他草地类型,高寒草甸具有较好的植被状况和土壤水分、养分条件。