高寒嵩草草甸植物群落数量特征对不同利用强度的短期响应

以时空转换的方法确定典型高寒嵩草草甸演替过程的4个关键阶段,以此为研究对象,探讨冬春放牧对高寒草甸生态系统植物功能群数量特征的影响,及在现有放牧制度下不同退化程度草甸植物群落数量特征对禁牧和减牧的响应。结果表明:当禾本科功能群在群落中的地位大于等于莎草科功能群时,减牧可以提高禾本科和莎草科功能群而降低杂类草功能群在群落中的地位;禁牧可以提高禾本科和杂类草功能群而降低莎草科功能群在群落中的地位。当莎草科功能群在群落中的地位大于禾本科功能群,且莎草科功能群以根茎密丛型植物为优势种时,放牧强度降低可以提升禾本科功能群但降低莎草科功能群在群落中地位;而莎草科功能群以密丛型植物为优势种时,放牧强度降低可增加莎草科功能群在群落中的地位,而禾本科功能群在群落中地位的变化取决于草地中裂缝的性质,一定强度的裂缝可以增加禾本科功能群在群落中的地位。因此,退化高寒嵩草草甸自我恢复方式的选择取决于可食性牧草组分、地表特征及恢复目标。当可食性牧草以禾本科功能群为优势种(或禾本科同莎草科功能群为共优种)时,减牧容易提高草地的牧用价值,而禁牧容易增加草地中杂类草功能群的比例,不利于畜牧业生产;当高寒嵩草草甸可食性牧草以莎草科功能群为优势种时,禁牧较减牧更容易加快其牧用性的恢复。小嵩草草甸草毡表层开裂期为该演替系列的激变期,而由于冻融交替形成的裂缝是草地恢复的新生带,如加以利用可以加速草地恢复。     

退化梯度上滇西北高寒草甸植物地上形态及生物量变化特征

受气候暖干化和旅游干扰等因素影响,滇西北高寒草甸出现了明显的退化趋势。为探究滇西北高寒草甸退化过程中植物地上形态和生产力的变化规律,在香格里拉市依据游径宽度确定了3个草甸退化梯度:一级退化(R1),二级退化(R2)和对照(CK),并于2018年7月进行野外调查,获取禾本科、莎草科和杂类草3个功能群植物的株高、开展度、叶长、叶宽、叶片长宽比等地上形态指标及植株地上生物量数据,构建各功能群植物生存状态指数(Vegetation living state, VLS)。结果表明:1)禾本科植物的植株高度、植株开展度、叶片长度和叶片长宽比随退化程度增加而减小。莎草科植物的植株高度、叶片长度和叶片长宽比随退化程度增加而减小。杂类草植物的所有的地上形态指标均随退化程度增加而减小;2)随退化程度增加,3个功能群植物的地上生物量均显著下降(P0.05);3)随退化程度增加,禾本科、莎草科和杂类草植物的VLS均减小。退化梯度上3个功能群植物的VLS排序也发生了变化:CK样地中植物VLS的排序为杂类草莎草科禾本科;R1和R2样地中,莎草科植物的VLS显著高于禾本科和杂类草,但禾本科和杂类草植物之间的VLS没有显著差异;4)草甸植物VLS与植物地上生物量之间的线性回归关系随退化程度增加而减弱。研究表明不同功能群植物地上形态的差异性变化可能增加滇西北退化高寒草甸植物生产力预测的不确定性。     

青藏高原典型草地植被退化与土壤退化研究

采用野外样方调查和室内分析法,探讨了青藏高原不同退化程度高寒草原和高寒草甸植被群落结构、植物多样性、地上-地下生物量、根系分配及土壤理化特性差异。研究表明:(1)随着退化程度加剧,高寒草原禾草优势地位未改变,高寒草甸优势种莎草逐渐被杂类草取代。(2)随着退化程度加剧,高寒草原地上生物量显著降低(P0.05),高寒草甸地上生物量先保持稳定再下降。高寒草甸地下生物量较高寒草原地下生物量对退化响应更敏感。(3)高寒草原退化过程中,莎草地上物生量变化不明显(P0.05),禾草地上生物量贡献率由88.12%减少至53.54%,杂类草地上生物量贡献率由0.08%增加至42.81%;高寒草甸退化过程中,禾草和杂类草地上生物量先增加后减小,莎草地上生物量占比由69.15%减少至0.04%,杂类草地上生物量占比由12.56%增加至92.61%。(4)随着退化程度加剧,高寒草原根系向浅层迁移,高寒草甸根系向深层迁移。(5)退化对高寒草甸土壤含水量(θ)、土壤有机碳(SOC)、总氮(TN)及土壤容重(BD)影响均比高寒草原更强烈。本研究对青藏高原退化草地恢复治理具有重要的参考价值。     

高寒小嵩草草甸牦牛优化放牧强度的研究

高寒小嵩草草甸牦牛放牧强度试验表明:(1)不同放牧强度下各植物类群的地上生物量和总的地上生物量之间差异极显著,莎草科植物地上生物量的百分比组成之间差异极显著,禾本科和杂类草地上生物量的百分比组成之间差异显著,而且禾本科和莎草科(除对照外)植物的地上生物量及其百分比组成随放牧强度的增加而减小,杂类草的变化与之相反;(2)优良牧草比例和草地质量指数与放牧强度之间均呈负相关,而优良牧草比例的年度变化和牦牛个体增重的年度变化之间呈正相关;(3)群落的相似性系数随放牧强度的增加而减小.通过建立植被变化度量指标,认为优良牧草比例的年度变化是评价高寒小嵩草草甸放牧价值的直接度量指标,而相似性系数的变化和草地质量指数的变化与牦牛生产力没有明显的联系,不能反映草场植被放牧价值的变化,只能指示植物群落整体的相对变化程度;牦牛的放牧强度约为1.86头/hm2是小嵩草高寒草甸暖季草场可持续生产而不退化的最大放牧强度.     

封育对高寒草甸植物群落构成及生态位特征的影响

封育是天然草地管理的一种有效措施,利于草地生产力提高和退化草地恢复。该研究通过对青藏高原高寒草甸放牧和封育草地物种多样性、植被构成、植物种生态位特征、草地演替度等分析,解析高寒草甸植物种间关系及草地演替方向。结果表明:(1)封育显著降低了草地群落植物物种数以及α和β多样性指数,显著增加了草地1年生植物种数、地面芽植物种数和地上生物量。(2)放牧草地地上生物量以莎草科(59.7%)和禾本科(23.9%)为主,封育草地地上生物量以禾本科(85.0%)为主;放牧草地优势种为矮嵩草(Kobresia humilis)和线叶嵩草(K.capillifolia),封育草地优势种为垂穗披碱草(Elymus nutans)和早熟禾(Poasp.)。(3)放牧和封育草地的群落植物种重要值均与各自的生态位宽度变化规律一致。(4)草地植物种间竞争主要发生在不同科属植物种之间,封育增加了群落植物种整体生态位重叠值和植物种间竞争。(5)草地群落演替度为封育地放牧地,封育群落处于较稳定状态。研究认为,封育促进了高寒草甸由莎草+杂类草群落向禾草+杂类草群落演替。     

青藏高原高山嵩草高寒草甸不同退化阶段植物群落与土壤养分

选取西藏自治区拉萨市当雄县4块不同退化程度的高山嵩草高寒草甸,采用空间序列代替时间演替的方法,研究不同退化阶段高寒草甸的土壤理化性质和植物群落特征以及二者之间的相关关系。结果表明: 不同退化阶段高寒草甸的土壤有机碳、全氮、速效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮和含水量均随土壤退化程度加剧呈降低的趋势,而pH值呈现升高的趋势。中度退化草甸的植物群落高度、丰富度指数、多样性指数、均匀度指数最大。群落盖度、总生物量均为未退化草甸最大、重度退化草甸最小。随着草甸退化程度加剧,莎草科生物量及比例下降,豆科和杂类草生物量及比例增加,禾本科生物量及比例先增加后减小;草甸植物群落地上生物量与土壤有机碳、全氮、全磷含量和土壤含水量呈显著正相关,与土壤pH值呈显著负相关。随着草甸植被的退化,土壤退化加重,最终表现为草地生产力显著下降。     

三江源区“黑土滩”型退化草地人工恢复植物群落的演替动态

选取青藏高原三江源区"黑土滩"型退化草地上建植的人工草地为研究对象,对不同建植年限人工草地植物群落及其各功能群的物种组成、平均高度、盖度和地上生物量及植物多样性等进行实地调查和对比分析,探讨"黑土滩型"退化草地在人工恢复过程中植物群落组成和多样性变化,以期回答人工恢复的草地植物群落何时才能接近天然草地、人工恢复的时间阈值应为多长等问题,从而为三江源区"黑土滩"型退化草地的恢复重建提供科学的理论指导。研究结果表明:草地恢复前5年内,禾本科植物的数量大量增加,植物群落的高度增加了847.6%,植物群落盖度增加了134.5%;不同恢复年限的草地植物群落的多样性指数都有相似的变化趋势,恢复8年后植物群落组成达到阶段性的稳定状态,在恢复时间达16—18年后,逐渐向更稳定的状态转化;恢复18年的草地与天然草地植物群落的Jaccard及Sorensen相似度指数分别为0.596、0.747,Cody差异度指数为9.5。由此可见,建植人工草地的方式恢复退化草地,可在建植8年后达较好的恢复效果;恢复时间达16年以上的人工草地采取适度的调控措施,有利于其向天然草地恢复演替;建植18年的人工草地物种组成情况与天然草地最接近,但仍有差异。因此,"黑土滩"型退化草地的人工促进恢复,到未退化的状态至少需要18年以上。     

三江源区高寒草地退化与恢复过程中二氧化碳净交换特征

采用同化箱法测定了青海省南部果洛藏族自治州玛沁县不同退化程度天然草地及不同建植年限人工草地植物群落光合作用、暗呼吸及CO2净交换量。结果表明,天然草地植物群落光合作用过程CO2吸收量与暗呼吸作用CO2释放量的变化趋势为:中度退化草地重度退化极度退化未退化草地;未退化、中度及重度退化高寒草地植物群落净吸收CO2,而极度退化高寒草地植物群落净释放CO2。对"黑土滩"型极度退化草地进行人工恢复后,植物群落通过光合作用吸收CO2量增加;2000和2004年建植的垂穗披碱草(Ely-musnutans)单播人工草地植物群落净吸收CO2量分别为1.33和2.3μmolCO2.m-2.s-1,大于2002和2005年混播人工草地;对单播或混播人工草地而言,随着建植年限增加,草地出现一定程度的退化现象,CO2净吸收量也逐渐下降。从青藏高原碳管理的角度,中、重度退化草地要防止退化为"黑土滩"型极度退化草地,使其恢复到未退化程度;极度退化草地要及时进行人工恢复,有效增加碳的吸收量。     

不同退化程度高寒草甸高山嵩草的构件变化

对不同退化程度下高山嵩草的构件变化进行了初步研究.结果表明:随着退化程度的加剧,高山嵩草无性系复合主分蘖数、单分蘖数以及构件的叶片数均明显下降,退化程度加剧不利于高山嵩草的营养生长;除极度退化草地外,其余样地各构件的生物量大小依次是:根茎>根>叶>秆,并且随退化程度的加剧,各构件生物量显著下降;重度退化草地中,莎草科植物生殖枝数占植物群落总生殖枝的比例最大,每个有效生殖枝平均产生3.4粒种子.     

三江源区不同建植年限人工草地植物群落与土壤微生物生理类群的变化

通过对江河源区不同建植年限多年生人工草地植物群落的调查,分析了其土壤理化性状和土壤微生物数量的变化.结果表明：随着人工草地建植年限的增加,植物群落的数量特征多呈高-低-高、杂类草生物量低-高-底、莎草生物量增加的趋势;土壤养分变化为高-低-高、容重为低-高-底、pH呈下降趋势;土壤中多数微生物的数量及微生物生物量碳含量的变化为高-低-高,纤维素分解菌数量逐渐升高,而反硝化菌数量逐年下降,溶磷菌数量呈低-高-低的动态变化.土壤微生物数量与土壤理化性状存在明显的相关关系,各生理类群明显受不同土壤理化因素的直接控制和间接调节.说明人工草地的建植及其正向恢复演替改善了土壤的理化性状,使土壤环境有利于有益微生物菌群的定居繁殖,有害微生物菌群的增殖受到抑制.     

The asymptotic response of soil water holding capacity along restoration duration of artificial grasslands from degraded alpine meadows in the Three River Sources,Qinghai–Tibetan Plateau,China

The artificial grassland is one of the most important practices to restore degraded alpine meadow. However, it is still not clear how the water conservation capacity respond along the restoration duration. We conducted the experiment for soil water holding capacity along the restoration duration of 0 year (extremely degradation, CK), 2 years (2Y), 4 years (4Y), 6 years (6Y) and 12 years (12Y), as well as light degradation (CK₁). Along the restoration duration, aboveground biomass, soil porosity, soil organic carbon, and total nitrogen increased while soil bulk density decreased. The saturated soil water holding capacity increased and plateaued at 6Y restoration duration. The total porosity and soil bulk density played a predominated role in the soil water-holding capacity variations. Our results revealed that the asymptotic response of soil water-holding capacity to restoration duration in artificial grasslands and indicated that 6-year restoration would be appropriate in rehabilitating water conservation for extremely degraded alpine meadow.     

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。     

放牧影响下羊草种群生殖生态学的研究

在种群水平上系统研究了放牧对松嫩草原关草种群无性繁殖、有性生殖和生物量的生殖分配的影响。结果表明,放牧制约了羊草种群无性繁殖和有性生殖的更新途径,表现在随放牧强度增加,无性繁殖体营养技密度、根茎牙密度和有性生殖体种子生物量、结实数和生殖枝分化率等指标均显著下降,是生牧后下降迅速。随放牧强度增加,关草种群根茎生物量的分配比例显著增加,而同化器官、非同化器官和种子生物量分配比例都显著下降,极牧阶段几科     

东祁连山退化高寒草地土壤细菌群落与土壤环境因子间的相互关系

为探究东祁连山不同退化高寒草地细菌群落分布特征与土壤环境因子间的相互关系,采用高通量测序技术对轻度、中度和重度退化草地的土壤细菌群落结构变化及其多样性进行分析,运用CANOCO 4.5软件对土壤细菌群落与土壤环境因子间关系进行冗余分析(RDA).结果表明:不同退化高寒草地土壤理化性质间均差异显著,高通量测序共得到257125条有效序列,180826条优质序列,4790个OTUs.细菌群落Chao1指数依次为轻度>中度>重度;Shannon指数依次为轻度>重度>中度.系统发育分析表明,各样地土壤细菌类群分属于33个门,其中放线菌门、变形菌门和厚壁菌门是3种不同退化草地土壤中的优势类群.对不同退化草地土壤细菌各门所占比例分析发现,放线菌门、酸杆菌门和变形菌门随着退化程度加剧先减少后增加,厚壁菌门反之.RDA分析结果显示,细菌优势类群与蔗糖酶、纤维素酶和磷酸酶呈极显著相关,与pH、电导率、速效氮、速效钾呈显著相关.说明东祁连山不同退化高寒草地土壤细菌群落间差异明显,土壤环境因子是影响土壤细菌群落分布的重要因素.     

青藏高原高寒草地生物多样性与生态系统功能的关系

生物多样性和生态系统功能(BEF)之间的关系是目前陆地生态系统生态学研究的热点, 对于生态系统的高效利用与管理意义重大, 而且对于退化生态系统功能的恢复及生物多样性的保护有重要的指导作用。高寒草地是青藏高原生态系统的主体, 近年来, 在气候变化与人为干扰等因素的驱动下, 高寒草地生态系统功能严重衰退。为此, 本文在综述物种多样性和生态系统功能及其相互关系研究进展的基础上, 首先从地下生态学过程研究、全球变化对生态系统多功能性的影响等方面解析了目前关于草地生物多样性和生态系统功能研究中存在的问题。继而, 从不同草地类型、草地退化程度、放牧、模拟气候变化、刈割、施肥、封育和补播等干扰利用方式对高寒草地物种多样性与生态系统功能的影响进行了全面的评述。并指出了高寒草地BEF研究中存在的不足, 今后应基于物种功能多样性开展高寒草地BEF研究, 全面且综合地考虑非生物因子(养分资源、外界干扰、环境波动等)对生物多样性与生态系统功能之间关系的影响, 关注尺度效应和要素耦合在全球气候变化对高寒草地BEF研究中的作用。最后, 以高寒草地BEF研究进展和结论为支撑依据, 综合提出了高寒草地资源利用和生物多样性保护的措施与建议: 加强放牧管理, 保护生物多样性; 治理退化草地, 维持生物多样性功能; 加强创新保护理念, 增强生态系统功能。     

青藏高原区退化高寒草甸植被和土壤特征

高寒草甸约占青藏高原草地的46.7%,是我国草地生态系统重要的组成部分。近年来,在气候变化和人为活动的影响下,高寒草甸生态系统退化严重,植被和土壤均呈现出不同的退化趋势。在大空间尺度上表现为草地覆盖度下降,杂草类植被增加,土壤退化甚至沙化;在微观尺度上,退化高寒草甸的土壤粒径、土壤微生物和土壤酶也发生改变。本研究从高寒草甸物种多样性、植物群落结构、植被生物量、土壤物理性质、土壤微生物、土壤酶和土壤养分等方面,分析了高寒草甸生态系统退化过程中植被和土壤的变化特征,提出当前研究中存在的一些不确定性和有待深入研究的问题,为全面了解高寒草甸的退化机制和规律、有效干预高寒草甸生态系统和恢复生态功能提供科学依据。     

青藏高寒区退化草地生态恢复:退化现状、恢复措施、效应与展望

青藏高寒区属于独特而典型的高原生态系统,草地生态系统作为其重要组成部分,在对高寒区生态安全以及农牧民生计的维系中,占有举足轻重的地位。目前,青藏高寒区的草地生态系统退化严重,因此该区退化草地的生态恢复工作是国家生态工作的重中之重。近年来,已有大量研究提出了各种有效的恢复手段,但缺乏因地制宜的系统性总结和论述。基于此,在已有研究的基础上,阐述了青藏高寒区退化草地现状,总结了高寒区各生态类型分区的主要生态问题,明确了不同集成技术与模式的适用区域和范围,同时对这些技术、措施和模式的恢复效果和恢复机制进行分析和讨论。并对未来高寒草地生态系统的研究进行了展望,以期为青藏高寒区退化草地的恢复治理、高寒草地生态系统结构和功能稳定性维系提供系统的理论基础与技术支撑。     

青藏高原高寒草地AM真菌分布及其对近自然恢复的生态作用

超载过牧以及全球气候变化等导致大部分青藏高原高寒草地呈现持续退化态势。青藏高原高寒草地退化致使地上植物群落逐渐发生更替,地下土壤微生物群落多样性和丰富度发生改变。本文旨在探析青藏高原高寒草地丛枝菌根（arbuscular mycorrhizal,AM）真菌的分布特征、对近自然恢复的生理生态效应及其作用机制。青藏高原高寒草地中已报道4目14属61种AM真菌,约占已知AM真菌物种的20%。高寒草地禾本科植物根围AM真菌物种丰度最高,而莎草科植物根围AM真菌孢子密度最高。3种高寒草地植被类型中,高寒草原AM真菌丰度最高（33种）,山地灌丛草原次之（32种）,高寒草甸最低（22种）。高寒草原以光壁无梗囊霉Acaulospora laevis和闪亮和平囊霉Pacispora scintillans为优势种,山地灌丛草原以摩西斗管囊霉Funneliformis mosseae为优势种,高寒草甸以光壁无梗囊霉A. laevis、近明球囊霉Claroideoglomus claroideum和闪亮和平囊霉P. scintillans为优势种。高寒草地土著AM真菌与植物构建的菌根网络可以通过调节营养元素吸收、分配,促进植物建植和生长;但是毒杂草入侵可以改变土著AM真菌物种多样性和菌根网络,限制本地植被的实际生态位扩张。退化高寒草地中,AM真菌群落具有高的环境适应性和恢复力,其不仅调控地上植物群落建植和多样性,同时AM真菌建植也增加了代谢产物-球囊霉素相关土壤蛋白产生,进而协同改善地下土壤微生态系统,为退化高寒草地早期植被恢复塑造土壤生境。因此,AM真菌在退化高寒草地近自然恢复中具有较大的应用潜力。     

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.     

Plant community and soil available nutrients drive arbuscular mycorrhizal fungal community shifts during alpine meadow degradation

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) play an important role in maintaining the function and sustainability of grassland ecosystem, but they are also susceptible to environmental changes. In recent decades, alpine meadows on the Tibetan Plateau have experienced severe degradation due to the impact of human activities and climate change. But it remains unclear how degradation affects the AMF community, a group of functionally important root associated microorganisms, which potentially limit the development and application of microbial technologies in the restoration of degraded grasslands. In this study, we investigated AMF communities richness and composition in non-degraded (ND), moderately degraded (MD) and severely degraded (SD) alpine meadows on the Tibetan Plateau, and then explored their main biotic and abiotic determinants. Alpine meadow degradation significantly reduced plant community biomass, richness, soil organic carbon, total nitrogen, total phosphorus, available nitrogen and available phosphorus, but increased soil pH. AMF community composition and the iesdominant family and genera differed significantly among different degradation stages. Grassland degradation shifted the AMF community composition in favor of Claroideoglomus over Rhizophagus, and resulted in a marked loss of Glomeraceae and the dominance of Diversisporaceae. Alpine meadow degradation significantly increased AMF hyphal density and richness, likely working as a plant strategy to relieve nutrient deficiencies or loss as a result of degradation. The structural equation model showed that AMF community richness and composition were significantly influenced by plant community, followed by soil available nutrients. Soil available nutrients was the key contributor to the increased AMF hyphal density and richness during grassland degradation. Our findings identify the effects of alpine meadow degradation on AMF richness and highlight the importance of the plant community in shaping the AMF community during alpine meadow degradation. These results suggest that plant community restoration should be the primary goal for the ecological restoration of degraded alpine meadows, and these soil functional microorganisms should be simultaneously integrated into ecological restoration strategies and management.