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。     

基于功能基因芯片技术的高寒草甸土壤微生物功能基因研究

土壤微生物是陆地生态系统的重要组成部分,在生物地球化学循环和维持生态系统功能等方面发挥着极其重要的作用。研究青藏高原高寒草甸的土壤微生物功能基因及其主要影响因子,对了解青藏高原微生物的功能代谢潜力和预测青藏高原受全球变化的影响具有重要意义。本研究选择三江源地区高寒沼泽化草甸和高寒草甸这两种草甸类型土壤微生物为对象,利用微生物功能基因芯片(GeoChip4.0)技术开展微生物功能基因多样性研究。结果表明:两种草甸样地共检测到各类型功能基因45818个,涉及到16类微生物介导的关键生物过程;除趋势对应分析和不相似性检验结果均表明,不同草甸类型的微生物功能基因结构有明显差异;检测到土壤微生物参与的所有碳代谢过程和关键的氮循环过程,高寒沼泽化草甸比高寒草甸具有较高的碳降解相关功能基因和氮素基因丰度和代谢潜力,但两种草甸类型的土壤有机碳和全氮含量相对稳定;典范对应分析结果表明,土壤p H值和土壤含水量是影响微生物功能基因结构的主要因素。综上,本研究结果有助于了解环境变化对高寒草地生态系统结构和功能的影响,可为高寒草地生态系统的保护和管理提供科学依据。     

气候因子通过土壤微生物生物量氮促进青藏高原高寒草地地上生态系统功能

近年来, 在人类活动和气候变化的影响下, 物种多样性丧失趋势不断加剧, 对生态系统功能带来严重后果。目前, 关于生态系统功能的研究, 忽略了土壤和微生物碳氮养分循环过程对地上生态系统功能(AEF)的重要驱动作用, 而土壤碳氮要素和微生物的任何变化都有可能改变地下群落对生态系统功能的维持作用。该研究旨在探究高寒草地AEF的主要控制因子, 以及其关键要素对AEF的作用机理。2015年7-8月, 对青藏高原地区115个样点进行了草地群落和土壤属性等要素样带调查; 综合植物地上生物量, 叶片碳、氮和磷含量等参数计算AEF值, 分析地下土壤有机碳含量、全氮含量、生物量等关键要素对AEF值的影响。结合取样点年降水量和年平均气温, 深入探讨影响AEF的主要控制因子和作用机理。结果表明降水对AEF有较大影响, 而气温影响相对较低。年降水量、土壤微生物生物量碳含量和干旱指数对AEF值的相对重要性贡献较高(重要值分别为21.1%、10.9%和10.1%), 控制青藏高原高寒草地AEF值的关键是土壤因子。在气候因子对土壤养分和微生物的作用下, 土壤微生物生物量氮含量在调控高寒草地AEF值方面发挥重要作用。     

青藏高原高寒草地退化对土壤及微生物化学计量特征的影响

草地是我国陆地生态系统的重要组成部分, 具有重要的生产和生态功能。过去几十年来, 受气候变化和过度放牧等因素影响, 我国90%的天然草地发生不同程度退化。草地退化打破了土壤养分平衡, 影响草地生态系统的结构和功能。该研究以青藏高原高寒草地为研究对象, 基于三江源区多点采样和整个青藏高原高寒草地的meta分析相结合的手段, 解析了表层0-10 cm土壤和微生物碳氮磷含量及其化学计量特征随不同草地退化程度(未退化、中度和重度退化)的变化规律。结果显示, 草地退化整体上降低土壤有机碳、总氮和总磷含量及其化学计量比。土壤微生物碳氮含量随着退化程度的加剧而下降, 微生物磷含量不受退化的影响。微生物碳氮磷化学计量比沿退化梯度没有显著的变化规律, 且土壤和微生物元素化学计量比之间未呈现显著相关关系。以上结果表明, 草地退化致使土壤养分化学计量关系发生显著改变, 微生物群落自身却能维持一定的养分平衡。在长时间尺度上, 基于养分平衡的土壤质量提升技术可有效地促进退化高寒草地恢复, 改善其生态系统服务功能。     

青藏高原高寒草地地下生物多样性: 进展、问题与展望

栖息于土壤中的微生物和微型动物种类繁多、数量巨大, 在对地上生物多样性的调控和在生态系统功能与服务的维系中, 具有举足轻重的作用。虽然对土壤微生物以及土壤动物已经开展了广泛的调查, 但是整体上对于地下生物多样性的分布格局、驱动机制及其对全球变化的响应与适应过程, 仍缺乏深刻的认识。青藏高原是全球变化的敏感区域, 其中高寒草地是高原最主要的植被类型, 占高原面积的60%左右, 在高寒生态系统生物多样性维持中具有重要意义。近年来, 已有大量研究关注于高寒草地地下生物多样性, 但是缺乏系统的总结与论述。基于此, 本文从细菌、真菌、古菌、线虫、节肢动物五大土壤生物类群出发, 阐述了青藏高原高寒草地的地下物种丰富度、分布格局及其影响因素, 重点探讨了它们对气候变化和人类活动的响应, 并就未来高寒草地地下生物多样性亟需关注的关键问题进行了展望, 包括: (1)地下各个生物类群的分布格局、各类群之间的联系及驱动机制; (2)地上与地下生物多样性耦联的机制; (3)地下生物多样性对生态系统功能和健康的影响; (4)地下生物多样性的调控实验研究。     

青藏高原高寒草地生态系统服务功能的互作机制

青藏高原高寒草地是我国重要的畜牧业生产基地和生态安全屏障.高寒草地退化不仅影响了当地畜牧业生产和牧民生活,而且严重地威胁着我国和东亚地区的生态安全.从高寒草地生态系统的生态、生产和生活功能角度出发,分析了青藏高原高寒草地生态系统在人口、放牧压力与资源环境承载力的相互作用关系,及其生态、生产和生活功能比例结构变化对高寒草地生态系统服务功能的影响,阐明了高寒草地生态系统服务功能的多元耦合、多维连锁和多重反馈的相互作用机制.并以藏北那曲地区为例,把2008年农牧民脱贫线和小康线作为生活功能标准,通过生态服务功能当量,确定了维持高寒草地生态系统可持续发展的生态、生产和生活功能比例结构.据此,估测了牧民的生活功能达到脱贫线和小康线标准时允许的人口承载量.结果表明,高寒草地退化使草地生态系统的人口承载量下降了60％.以那曲地区2008年的实际的牧业人口量与允许的人口承载量相比,高寒草地退化后,实际牧业人口占脱贫标准的36％,但小康标准超载了118.9％.因此,调控人口承载量是实现青藏高原高寒草地生态系统的生态、生产和生活功能协调发展的关键.     

不同强度牦牛放牧对青藏高原高寒草地土壤和植物生物量的影响

放牧作为家畜饲养方式之一,是草地最简单、有效的利用方式,放牧中的家畜对草地生态系统的影响是全球畜牧生态学研究的焦点。过度放牧导致草地退化严重,虽然在青藏高原地区已有较多放牧对草地影响的研究,但探究连续4年放牧对高寒草地生态系统影响的定位实验却鲜见报道。本研究在青藏高原东缘选取典型高寒草地,使用高原特有且分布最广的牦牛作为大型草食放牧家畜,设置了4个牦牛放牧强度（禁牧：无放牧、轻牧：1头/hm²、中牧：2头/hm²和重牧：3头/hm²）以研究其对高寒草地土壤和植物功能的影响。开展4年试验后的结果表明：放牧条件下土壤含水率显著增加;而土壤容重、全磷和有机质含量对放牧强度均无显著性响应;土壤全氮和pH的响应主要在表层0-20 cm,其中全氮为轻牧和重牧处理分别显著高于中牧,中牧处理下的土壤pH为显著高于轻牧;土壤全钾含量在禁牧处理中显著高于放牧处理;而土壤有效氮和速效钾均为中牧处理显著高于禁牧;放牧可以显著降低植物地上生物量。牦牛放牧强度显著影响土壤含水率、有效养分和植物地上生物量,而对其它土壤理化性质影响较弱。本研究结果揭示放牧对高寒草地土壤理化性质和植物地上生物量的影响,为青藏高原高寒草甸生态系统保护、可持续管理和合理放牧率提供理论依据。     

青藏高原高寒草地土壤酶活性海拔地带性特征

土壤酶是土壤生态系统中具有催化功能的一类蛋白质,由植物根系分泌物、微生物和动植物残体释放到土壤中,参与了土壤中所有的生物化学过程,其活性的大小可以灵敏地反应土壤中生化反应的方向和强度。青藏高原因海拔高和气候寒冷,被认为是气候变化的敏感区和脆弱区。全球气候变化使土壤酶活性受到强烈的影响,这些影响可能使土壤的质量发生改变,进而对青藏高原高寒草地植被生产力产生一定影响。土壤酶在生态系统物质循环和能量流动中起着关键作用,其格局、功能和转换过程已被广泛的研究,但高寒草地生态系统土壤酶活性的海拔地带性特征还需深入探讨。因此,以青藏高原高寒草地为研究对象,将土壤酶活性海拔梯度研究从站点尺度拓展到样带尺度,分析了与土壤碳循环密切相关的土壤β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、与土壤氮循环密切相关的土壤N-乙酰-β氨基葡萄糖苷酶(NAG)、土壤亮氨酸肌肽酶(LAP)以及与土壤磷循环密切相关的土壤碱性磷酸酶(ALP)的海拔地带性,进一步明晰其主要驱动因子。结果表明：(1)ALP和βG活性在海拔梯度上,展现出显著分异,在约为3546 m和3364 m出现拐点,且低海拔显著高于高海拔(P<0.01)。而NAG...     

中国草地生态系统模拟增温实验的综合比较

近年来,全球增温对陆地生态系统的影响成为科学家研究的热点之一。草地生态系统是最重要的陆地生态系统之一,故研究草地生态系统对增温的响应尤为重要。本文通过对近10年国内外研究文献的回顾,论述了陆地生态系统增温实验的发展及其在中国草地生态系统的应用,从植物种群、群落、土壤、草地生态功能及动物等方面综合分析了增温对我国高寒草甸、亚高山草甸、羊草草甸、荒漠草原等不同草地类型的影响。结果表明,短期增温有利于草甸区禾本科植物的生长;在植物的不同生长时期增温对地上生物量的重要性存在差异;增温会改变植物的整体物候,显著降低羊草草甸土壤湿度;适度增温可以增加土壤微生物生物量碳、氮,促进高寒草甸土壤碳、磷循环。在此基础上,提出了将来应着重研究的几个科学问题。     

土壤线虫作为生态指示生物的研究进展

土壤线虫广布于各种类型的土壤中, 在维持土壤生态系统的稳定性、促进物质循环和能量流动等方面发挥着重要的作用, 同时也是理想的环境指示生物。简述了土壤线虫的生活史策略和营养类群的多样性、土壤线虫多样性的生态指数、影响土壤线虫群落多样性的环境因素, 以及线虫作为指示生物在农业生态系统、草地生态系统、森林生态系统的功能作用。提出了全球气候变化背景下对青藏高原高寒草地土壤线虫分类、群落结构特征以及土壤线虫的生物指示作用研究的必要性, 并对土壤线虫未来的发展趋势做了展望。     

高寒生态系统微生物群落研究进展

高寒生态系统分布在高纬度或高海拔、气候寒冷的地区,包括北极苔原、高山苔原、青藏高原等.高寒生态系统对气候变化非常敏感,其土壤中储存大量的有机碳,对全球的碳平衡起关键作用.微生物是生物地球化学循环的主要驱动者,微生物群落对气候变化的响应和反馈影响生态系统的功能与稳定性.本文回顾了高寒生态系统微生物群落组成、多样性与空间分布,以及微生物群落对气候变化(增温、氮沉降、火干扰)的响应,为拓展我国高寒生态系统微生物研究提供基础.     

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。     

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。     

青藏高原高寒草地土壤碳矿化及其温度敏感性北大核心CSCD

青藏高原具有独特的海拔、气候和生态系统类型,弄清其土壤有机质分解及其温度敏感性对于揭示青藏高原土壤碳储量变化及其碳汇功能具有重要意义。该文利用青藏高原西北部草地的11个封育-自由放牧成对草地,通过测定不同温度(5、10、15、20和25℃)培养下的土壤碳矿化速率,探讨了土地利用方式对该地区土壤碳矿化及其温度敏感性的影响。实验结果表明:温度对青藏高原高寒草地的土壤碳矿化具有显著影响,温度越高土壤碳矿化量越大。从东至西,土壤碳矿化量逐渐降低。草地土壤碳矿化量与土壤有机碳和土壤全氮含量显著正相关;即土壤有机碳和土壤全氮含量越高,土壤碳矿化量就越高。土地利用方式对土壤碳矿化的温度敏感性(Q10)无显著影响,Q10值变化范围为1.4–2.4;其中,放牧草地Q10的平均值为1.83,封育草地Q10的平均值为1.86。此外,Q10与土壤有机碳和土壤全氮含量无显著的相关关系,也无明显的空间格局。放牧和封育对青藏高原高寒草地土壤碳矿化的温度敏感性无显著影响,为深入分析青藏高原土壤碳汇功能及其对未来气温升高的响应提供了重要的理论依据。     

基于数字相机图像的西藏当雄高寒草地群落物候模拟

物候现象是环境条件季节和年际变化最直观、敏感的综合指示器, 其发生时间不仅反映了陆地生态系统短期的动态特征, 其微小的变化还会对陆地生态系统产生重要的反馈作用。高寒草地是青藏高原分布广泛、极具代表性的植被类型, 准确地获取高寒草地群落的物候特征, 对于理解和预测气候变化对青藏高原生态系统的影响具有重要意义。该文以西藏当雄高寒草地为研究对象, 探讨了近地面数字相机图像在高寒草地群落季相监测中的作用, 结果如下: 1)通过比较不同绿度指数的差别, 确定了准确表征高寒草地植被群落季相变化的绿度指数——绝对绿度指数(2G_RB); 2)结合土壤含水量数据, 通过线性回归分析得知高寒草地植被群落生长过程与表层(≤10 cm)土壤含水量的变化较为一致(R ² > 0.70); 3)通过对比分析, 发现降水在高寒草地群落季相“变绿”过程中具有“触发”作用。研究表明, 数字相机技术可作为物候监测手段, 实现高寒草地植被群落季相的实时、连续获取, 为更好地揭示气候变化影响下景观尺度季相演变特征, 诊断地方、区域和全球尺度上生态系统对气候变化的快速响应提供了有效的手段。     

青藏高原不同高寒草地类型土壤酶活性及其影响因子

土壤酶活性作为生态系统养分循环的关键因素, 是反映土壤质量和生态系统功能的重要指标, 但是关于高寒草地生态系统中不同草地类型间酶活性的差异研究还很少。因此, 该研究在藏北高寒草地选择高寒草甸、高寒草原、高寒草甸草原、高寒荒漠草原和高寒荒漠5种草地类型进行野外原位调查和采样, 测定了涉及碳(C)、氮(N)和磷(P)循环的14种酶的活性, 并建立了高寒草地酶活性与土壤微生物和土壤理化性质等环境因子的关系。结果表明: C循环酶(蔗糖酶、纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶和过氧化物酶)和P循环酶(碱性磷酸酶)在不同高寒草地类型间活性差异明显, N循环酶中仅芳香氨基酶和亚硝酸盐还原酶两种酶在不同高寒草地类型间活性差异明显。同时, C、N和P循环酶之间存在一定的相关关系, 其中, 蔗糖酶和碱性磷酸酶、纤维素酶和α-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性显著正相关, 多酚氧化酶与亚硝酸还原酶和β-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性显著负相关。在测定的19个环境指标中, 土壤有机质(SOM)含量、革兰氏阴性菌数量、土壤N和P含量计量比、革兰氏阳性菌数量、细菌数量、放线菌数量、全氮含量、真菌数量是影响土壤酶活性的关键因子, 且SOM含量的影响最大(解释量为11.9%)。综上所述, 不同高寒草地类型间C循环酶、P循环酶和两种N循环酶(芳香氨基酶和亚硝酸还原酶)活性差异显著, SOM含量、微生物数量和N含量等是影响高寒草地生态系统土壤酶活性的关键因子。     

高寒草地土壤温室气体排放对放牧的响应研究进展

高寒草地生态系统具有独特的地理环境和气候特征,对放牧干扰十分敏感,在全球温室气体通量中贡献突出,研究高寒草地放牧对土壤温室气体排放的影响机制具有重要意义。本文总结高寒草地温室气体源/汇特征、不同放牧方式对土壤微环境和微生物群落结构的影响,发现高寒草地主要是CO₂源、CH₄汇、N₂O源。放牧通过家畜选择性采食、践踏和排泄物返还等多重机制作用于地上植物、土壤结构、温度、湿度和养分,进而影响地下微生物及温室气体通量。本文旨在为高寒草地生态系统健康发展和管理及缓解全球气候变化提供科学依据,并对未来研究方向进行展望。     

Soil C mineralization and temperature sensitivity in alpine grasslands of the Qinghai-Xizang Plateau

青藏高原具有独特的海拔、气候和生态系统类型, 弄清其土壤有机质分解及其温度敏感性对于揭示青藏高原土壤碳储量变化及其碳汇功能具有重要意义。该文利用青藏高原西北部草地的11个封育-自由放牧成对草地, 通过测定不同温度(5、10、15、20和25 ℃)培养下的土壤碳矿化速率, 探讨了土地利用方式对该地区土壤碳矿化及其温度敏感性的影响。实验结果表明: 温度对青藏高原高寒草地的土壤碳矿化具有显著影响, 温度越高土壤碳矿化量越大。从东至西, 土壤碳矿化量逐渐降低。草地土壤碳矿化量与土壤有机碳和土壤全氮含量显著正相关; 即土壤有机碳和土壤全氮含量越高, 土壤碳矿化量就越高。土地利用方式对土壤碳矿化的温度敏感性(Q₁₀)无显著影响, Q₁₀值变化范围为1.4-2.4; 其中, 放牧草地Q₁₀的平均值为1.83, 封育草地Q₁₀的平均值为1.86。此外, Q₁₀与土壤有机碳和土壤全氮含量无显著的相关关系, 也无明显的空间格局。放牧和封育对青藏高原高寒草地土壤碳矿化的温度敏感性无显著影响, 为深入分析青藏高原土壤碳汇功能及其对未来气温升高的响应提供了重要的理论依据。     

青藏高原多年冻土区高寒植被物种多样性和地上生物量

基于样方调查统计了青藏高原多年冻土区高寒草地生态系统植物的科属组成,计算了多样性指数和均匀度指数,探讨了多年冻土退化对高寒草地物种多样性的影响。结果表明:多年冻土退化过程中物种组成在属和物种丰富度上呈现降低趋势,湿、中生植物逐渐被旱中生和旱生植物替代;青藏高原多年冻土退化会导致高寒草地生态系统的物种多样性和初级生产力的降低,影响高寒草地生态系统的稳定性;物种多样性与初级生产力具有密切的抛物线型关系。     

短期氮素添加和模拟放牧对青藏高原高寒草甸生态系统呼吸的影响

氮沉降和放牧是影响草地碳循环过程的重要环境因子,但很少有研究探讨这些因子交互作用对生态系统呼吸的影响。在西藏高原高寒草甸地区开展了外源氮素添加与刈割模拟放牧实验,测定了其对植物生物量分配、土壤微生物碳氮和生态系统呼吸的影响。结果表明:氮素添加显著促进生态系统呼吸,而模拟放牧对其无显著影响,且降低了氮素添加的刺激作用。氮素添加通过提高微生物氮含量和土壤微生物代谢活性,促进植物地上生产,从而增加生态系统的碳排放;而模拟放牧降低了微生物碳含量,且降低了氮素添加的作用,促进根系的补偿性生长,降低了氮素添加对生态系统碳排放的刺激作用。这表明,放牧压力的存在会抑制氮沉降对高寒草甸生态系统碳排放的促进作用,同时外源氮输入也会缓解放牧压力对高寒草甸生态系统生产的负面影响。