基于植被数量分类的排水疏干影响下若尔盖高原沼泽退化特征

2009年,在对若尔盖高原沼泽的生态特征、环境质量考察和排水疏干沼泽样带生态调查的基础上,采用TWINSPAN分类方法,将研究区20个典型沼泽样地划分为原始沼泽、长期排水退化沼泽和短期排水退化沼泽3种类型,每类退化沼泽包含轻度退化、中度退化和重度退化3个退化等级,研究不同程度退化沼泽的植被和土壤退化特征.结果表明: 若尔盖高原沼泽退化主要受排水方式、排水强度和土壤水分梯度的驱动.植物群落退化过程较土壤退化过程变化明显.其中,植物群落水分生态型的结构变化最显著,在长期排水和短期排水的影响下,沼生植物重要值由0.920分别下降至0.183和0.053,中生植物重要值由0.029分别上升至0.613和0.686.土壤对沼泽退化的响应具有滞后性,其理化性质呈一定的变化规律,但差异尚未达到显著水平.土壤水分和氮、钾等养分含量是影响若尔盖高原排水疏干退化沼泽植物物种分布的关键因素.     

滇西北高原纳帕海湖滨湿地退化特征、规律与过程

采用双向指示种分析(TWINSPAN)和典范对应分析(CCA)方法,研究了滇西北高原纳帕海湖滨湿地退化特征、规律与过程.结果表明: 纳帕海湖滨湿地植物群落可以划分为4个群丛,群落演替规律为水生植物群落→沼泽植物群落→沼泽化草甸植物群落→草甸植物群落.随植物群落演替,群落盖度、密度、多样性指数、物种丰富度和地上生物量均增大,群落高度减小;植物水分生态型演替规律为水生植物→沼生植物→湿生植物→中生植物.随群落演替,湿地水体矿化度、硬度和碱度均降低,氨氮和总磷含量升高,总氮和硝态氮含量变化不明显;土壤pH、有机质和全氮含量逐渐降低,全磷和全钾含量逐渐升高,速效氮和速效磷含量先增大后减小.CCA分析表明,群落结构和物种组成主要受水分梯度影响,土壤pH、全磷和湿地水的总氮、氨氮对湿地植物物种分布和群落演替影响显著.     

内蒙古典型草原不同恢复演替阶段植物养分化学计量学

对内蒙古典型草原不同恢复演替阶段群落土壤养分动态及空间格局、植物养分及其化学计量比时空动态、植物与土壤养分相关性等进行了分析, 以揭示放牧干扰对植物的养分及其化学计量比影响。结果表明: 土壤各养分含量表现为恢复群落略高于严重退化群落, 土壤全氮(STN)/土壤全磷(STP)恢复群落高于严重退化群落, 土壤有机质(SOC)/STN恢复群落低于严重退化群落; 大多数植物叶片C含量在恢复群落最高, 严重退化群落最低, 与恢复演替时间呈正相关, 而植物的全氮(TN)和全磷(TP)含量则是严重退化群落最高, 恢复群落最低, 与退化程度呈正相关, 且TP含量的变幅明显高于TN含量; 植物叶的N:P和C:N表现为严重退化群落最低, 与退化程度呈负相关; 严重退化群落植物相对于P而言, 总体上表现为缺N; 而恢复群落相对于N而言, 更为缺P, 或同时缺N和P; 群落优势种化学计量学特征对群落演替方向有一定的指示作用。     

不同退化阶段高寒草甸土壤化学计量特征

为了阐明不同退化阶段高寒草甸土壤的化学计量特征,沿着高寒草甸退化的梯度选取了原生嵩草草甸、轻度退化草甸和严重沙化草甸,测定了高寒草甸退化过程中不同深度土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾含量。结果表明:随着高寒草甸的退化,0～100cm土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾含量以及碳氮比、碳磷比、碳钾比、氮磷比、氮钾比和磷钾比均呈降低趋势,且土壤有机碳对高寒草甸退化的敏感性最高,全氮、全磷和全钾的敏感性依次降低,表层20cm的土壤有机碳和全氮可作为表征高寒草甸退化程度最敏感的土壤养分指标。另外,随着草甸的退化,土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾含量及其化学计量比的垂直分布明显不同:随着土壤深度的增加,原生嵩草草甸和轻度退化草甸的土壤有机碳、全氮和全磷含量以及碳氮比、碳磷比、碳钾比、氮磷比、氮钾比和磷钾比在0～40cm范围内锐减,在40cm以下缓慢降低并趋于稳定;而沙化草甸土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾及其化学计量比随着土壤深度的增加保持不变。     

排水疏干胁迫下若尔盖高原沼泽退化评价指标体系

沼泽退化评价指标体系研究是国际湿地科学研究前沿领域的关键科学问题之一.在长期野外考察的基础上,根据2009年3个排水疏干沼泽退化研究样带20个沼泽的植物群落生态观测和土壤分析数据,基于沼泽植物群落物种重要值的双向指示种分析(TWINSPAN),将沼泽样地划分为未受干扰(A型)、受长期低强度排水干扰(B～D型)和受短期高强度排水干扰(E～G型)3类,其中又可分为7个植物群落类型.采用主成分分析法(PCA)对沼泽退化进行分级,建立了若尔盖高原沼泽评价的植被指标体系(SVEI)和土壤指标体系(SSEI).基于SVEI,将沼泽划分为原始沼泽、轻度退化沼泽、中度退化沼泽和重度退化沼泽.基于SSEI,将红原县沼泽划分为原始沼泽、轻度退化沼泽和重度退化沼泽3个等级,将若尔盖县沼泽划分为轻度退化沼泽、中度退化沼泽和重度退化沼泽3个等级.SVEI或SSEI评价结果与TWINSPAN分类结果相似度均在70%以上,说明SVEI或SSEI对沼泽退化分级均具有较好的效果,可采用不同方法相结合的方式对高原沼泽进行综合评价.     

放牧对五台山高山、亚高山草甸植被-土壤系统耦合的影响

以野外样地调查和室内分析的数据为基础,研究了放牧压力下五台山高山、亚高山草甸植被、土壤的变化特征,并利用灰色系统分析法,从群落和物种两个尺度探讨了放牧对五台山植被-土壤系统耦合的影响。结果表明:随着放牧压力的加大,土壤pH、有机质和全氮含量呈先下降后上升的非线性变化,在极度退化草甸下达到最大值;灰色关联分析表明土壤有机质和全氮与群落地上生物量、物种多样性、群落总盖度的关联度较高,土壤有机质、全氮对群落特征变化有一定影响;在受到强度干扰时,植物群落优势物种由原生种向退化种发生替代变化。系统耦合度的定量研究表明,现有的放牧强度已经使五台山山地草甸的植被-土壤系统的耦合水平降低。草甸的退化不仅仅是植被与土壤的衰退,也导致两个子系统耦合关系的减弱,使系统表现出相悖的发展趋势。     

围封对退化高寒草甸土壤微生物群落多样性及土壤化学计量特征的影响

围封对植被处于近自然恢复状态的退化草地有一定的修复作用,开展轻度退化草地围封过程中生物与非生物因素的协同互作研究是完整地认识草地生态系统结构和功能的基础.本试验对围栏封育10年的轻度退化草地的土壤化学计量特征进行了研究,同时采用高通量基因测序技术并结合Biolog-Eco方法,调查了土壤微生物多样性和功能的变化.结果表明:轻度退化草地实施围封后,土壤铵态氮含量显著升高,全钾含量显著降低,土壤有机碳、全氮、全磷、硝态氮、速效磷和速效钾则无明显变化.高寒草甸土壤微生物碳和氮在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著;围栏封育后草地土壤微生物碳氮比显著高于轻度退化草地.随培养时间的延长,高寒草甸不同土层土壤微生物碳代谢强度均显著升高,土壤微生物碳代谢指数在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著.高寒草甸土壤细菌OTUs显著高于真菌,轻度退化与围栏封育草地土壤微生物相似度为27.0%～32.7%.围封后,土壤真菌子囊菌门、接合菌门和球壶菌门相对丰富度显著升高,担子菌门显著降低,土壤细菌酸杆菌门显著低于轻度退化草地.土壤真菌和细菌群落组成在不同土层间差异较大,在轻度退化和围栏封育草地间仅有表层土壤真菌群落组成表现出较大差异.土壤细菌多样性受土壤全氮和速效钾影响较大,真菌多样性受地上生物量影响较大.土壤微生物对碳源利用能力主要受土壤速效钾影响.综上,长期围封禁牧对轻度退化草地土壤养分和土壤微生物无明显影响,且会造成牧草资源浪费,适度放牧可以保持草地资源的可持续利用.     

黄河源区不同退化程度高寒草原群落生产力、物种多样性和土壤特性及其关系研究

近些年来,气候暖干化和过度放牧导致黄河源区高寒草原发生明显退化,严重影响了当地畜牧业和环境的可持续发展。退化后,植被群落生产力、物种多样性和土壤因子之间相互作用、相互影响,使生态系统持续恶化。以往的研究中研究人员对退化后群落生产力和物种多样性关系关注较多,但对退化过程中土壤要素变化的重视程度往往不够。因此,探究不同退化程度下高寒草原群落生产力、物种多样性和土壤特性及其关系对于认识高寒草地退化过程及退化草地恢复具有重要现实意义。在黄河源区采用空间分布代替时间演替的方法,根据植被和土壤特征选取了未退化到严重退化5个退化梯度,探讨不同退化程度下高寒草原群落生产力、物种多样性和土壤特性及其关系。结果表明：1）随着退化程度的加剧,群落地上和地下生物量均呈先稳定后降低的趋势,在轻度退化阶段达到最大值,重度和严重退化阶段显著降低;2）Shannon-Wiener多样性指数在轻度和中度退化阶段显著增加了20%和15%（P=0.025和P=0.039）,均匀度指数从未退化到重度退化变化不明显,严重退化阶段物种多样性指数均显著降低;3）土壤水分、各深度土壤有机碳、全氮、铵态氮和硝态氮均呈先稳定后降低的变化规律,土壤容重随着退化程度的加剧而显著增加;4）群落生物量、物种多样性与土壤养分呈正相关关系,与土壤容重呈负相关关系,冗余分析结果显示土壤容重、硝态氮、有机碳是退化过程中驱动植被因子变化的主要因素。因此,针对不同退化阶段采取不同的恢复治理措施,尤其是改善土壤养分和物理性质,同时对中度和重度退化两个关键阶段应该给予更多的关注。     

基于PCA的滇西北高原纳帕海湿地退化过程分析及其评价

以滇西北高原纳帕海湖滨过度放牧、水文改变协同胁迫(简称GAD)和过度放牧单独胁迫(简称GD)退化湿地为研究对象,将其划分为4个梯度:原生湿地、轻度退化、中度退化、重度退化,采用聚类分析和主成分分析(PCA)在“植物-水体-土壤”系统上进行湿地退化过程、机制探讨及定量评价.沿退化梯度,植物群落演替规律为“水生植物群落→沼泽植物群落→沼泽化草甸植物群落→草甸植物群落”,群落结构趋于复杂,向中生植物群落演替;矿化度、总硬度、总碱度、氮、磷等水质指标在GD梯度上升,在GAD梯度下降,水文改变对水质影响显著;土壤有机质、全氮、速效氮含量降低,全磷、全钾有所增加,速效磷和速效钾含量无明显变化规律.基于PCA建立了纳帕海湖滨湿地退化模型,并给出不同程度退化湿地的阈值.     

祁连山典型流域谷地植被斑块演变与土壤性状

植物群落演变与土壤性状变化之间的相互作用和过程研究对于认识生态系统结构和功能演变有着重要的意义.对祁连山谷地灌丛草甸退化演变过程中植物群落物种组成、土壤物理和化学性状特征、及土壤与植被的相互作用进行了研究,结果表明,在祁连山谷地阴坡林线以下较小的空间范围,植被斑块由金露梅群落向金露梅-马蔺群落斑块和马蔺群落斑块演变,植被盖度降低,但物种多样性增加.不同植被斑块之间土壤水分有显著的梯度变化,土壤水分的变化导致植被的退化演替.植被斑块的演变导致土壤性状的明显分异,从金露梅灌丛斑块向金露梅-马蔺群落斑块和马蔺群落斑块演变,土壤容重显著增加,土壤团聚体组成由大粒级的大团聚体(》1mm)破碎为小粒级的大团聚体(1-0.25mm)和微团聚体(《0.25mm),团聚体稳定性降低,表明土壤结构的退化;土壤有机碳含量下降了31.2%和55.9%,干筛各粒级土壤团聚体中有机碳含量金露梅-马蔺群落斑块和马蔺群落斑块显著低于金露梅斑块,土壤团聚体平均重量粒径与有机碳含量存在显著相关,植被退化演变中土壤有机碳的损失部分地由于团聚体的破碎引起;土壤全氮和有效氮不同斑块之间也有显著的差异,植被斑块退化演变使氮的有效性降低;但磷、钾养分对植被变化的响应不敏感.植被的退化演变使土壤团聚体破碎、土壤结构退化,有机碳和全氮含量下降,使其抗侵蚀能力和水源涵养功能显著降低,又进一步加速植被的退化演替.在气候变暖的趋势下,马蔺斑块将进一步向林线逼近,灌丛草甸植被将会进一步退化和萎缩.     

不同人为干扰下纳帕海湖滨湿地植被及土壤退化特征

以滇西北高原纳帕海湖滨退化湿地为研究对象,对比分析了人为隔断水源补给、牛羊过度放牧和家猪拱地三种人为干扰下湿地植被和土壤退化特征。结果表明：三种干扰方式下,纳帕海湖滨湿地植物群落类型多样性、物种丰富度、物种数、Shannon-Wiener指数、沼生植物重要值以及土壤有机质、全氮、速效氮、含水率、毛管孔隙度变化规律为：人为隔断水源补给＞牛羊过度放牧＞家猪拱地,而土壤容重和全钾含量变化规律完全相反。Pearson相关性分析表明,不同人为干扰下相同土壤指标之间相关性质和相关强度不同;CCA分析表明植物群落种类组成和分布与土壤含水率和全磷含量显著相关。以原生湿地样点为对照,人为隔断水源补给、牛羊过度放牧和家猪拱地样带土壤退化指数分别为-7.40%、-14.53%、-45.01%。认为纳帕海湖滨湿地退化是三种干扰协同作用结果,但作用程度不同,其顺序为家猪拱地＞牛羊过度放牧＞人为隔断水源补给。     

高寒草毡层基本属性与固碳能力沿水分和海拔梯度的变化

高寒草毡层是高原寒区自然植被下形成的松软而坚韧且耐搬运的表土层,认识其生态功能是促进草牧业生产休养保护和工程施工主动利用的前提。通过对青藏高原东部若尔盖高原植被的广泛调查,在布设沼泽、退化沼泽、沼泽化草甸、湿草甸、干草甸和退化草甸水分梯度群落样地,以及亚高山草甸、亚高山灌丛草甸、高山灌丛草甸和高山草甸海拔梯度群落样地的基础上,通过对不同类型群落样地草毡层容重、土壤颗粒组成和土壤有机碳(SOC)含量的测定分析,比较了水分和海拔梯度下草毡层固碳能力。结果表明,草毡层厚度平均为30cm,沼泽湿地草毡层容重最小,SOC含量在300g/kg以上;退化草甸容重最高,SOC含量显著下降。不同群落草毡层SOC密度在10—24kg C/m~2之间,随着土壤水分有效性的降低而降低;高山灌丛草甸草毡层SOC密度比草甸高15%。研究得出,保持草毡层稳定的质量含水量阈值为30%,SOC含量阈值为30g/kg;高寒植被草毡层在沼泽到草甸的退化演替中,容重、紧实度变大,有机碳含量减少,碳密度和碳储量下降;灌丛草甸的固碳能力大于草甸,但灌丛草甸的生产功能降低;保持可持续发展的草地生产能力,维护固碳生态功能,需要防止草毡层退化,抑制草甸向灌丛草甸演替。     

Ecohydrological effects of grazing‐induced degradation in the Patagonian Monte,Argentina

Water‐limited ecosystems have undergone rapid change as a consequence of changing land use and climate. The consequences of these changes on soil quality and vegetation dynamics have been documented in different regions of the world. In contrast, their effects on soil water, the most limiting resource in these environments, have received less attention, although in recent years increasing efforts have been made to relate grazing, soil water and vegetation functioning. In this paper, we present the results of field observations of plant phenology and soil water content carried out during two successive years at four sites along a degradation gradient caused by grazing in the Patagonian Monte, Argentina. We also developed a simplified soil water balance model to evaluate how changes in plant cover could affect water balance. Our field observations showed that the soil water content in the soil layer where roots of grasses are abundant (0–25 cm) was higher and the growing cycles were longer in degraded than in preserved sites. Similarly, our modelling approach showed that the deep soil (depth > 10 cm) was wetter in the degraded than in the preserved situation. Simulation also suggested a switch from transpiration to a direct evaporation dominance of water losses with degradation. Although reductions in plant cover related to grazing degradation were associated with a decrease in annual transpiration, the simulated soil water loss by transpiration was higher during summer in the degraded than in the well preserved situation. Thus, our field observations seem to be a consequence of ecohydrological changes causing an accumulation of water in the soil profile during the cold season and its transpiration during summer. In conclusion, our results showed that changes in plant cover caused by grazing disturbance can alter the soil water balance, which in turn can affect vegetation function.     

草地退化对三江源国家公园高寒草甸表层土壤有机碳、全氮、全磷的空间驱动

草地退化显著削弱了三江源高寒草甸的土壤肥力及生态承载功能,但空间尺度上的驱动强度和环境调控尚不清晰。在2020年7—8月,基于三江源国家公园高寒草甸典型分布区原生植被和退化植被的60个配对采样,研究表层(0—30 cm)土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)含量对草地退化的空间响应特征。三江源国家公园高寒草甸原生植被SOC和TN含量分别为(2.45±2.05)%(平均值±标准差,下同)和(0.25±0.20)%,配对样本t-检验的结果表明草地退化导致SOC和TN分别极显著(P<0.001)下降了44.0%和35.6%。TP对草地退化无显著响应(P=0.22)。原生植被的土壤C∶N∶P平均为59.6∶6.2∶1.0,草地退化导致化学计量值平均下降28.3%。一般线性模型的结果表明草地退化对SOC和TN及土壤生态化学计量特征的空间降低强度主要取决于纬度和海拔(P<0.01),与经度和土壤深度关系较弱(P>0.30),即低纬度高海拔的高寒草甸响应相对强烈。草地退化导致三江源国家公园高寒草甸土壤碳氮损失严重,降低了土壤生态化学计量。研究结果可为三江源退化高寒草甸土壤...     

Grazing Gradient versus Restoration Succession of Leymus chinensis (Trin.) Tzvel. Grassland in Inner Mongolia

Grazing‐induced degradation of grasslands is the primary impediment to the socioeconomic development of Inner Mongolia. It affects the entire environment of northern China. Understanding grassland dynamics is necessary for restoration and sustainable management of these degraded ecosystems. The recovery dynamics of a degraded Leymus chinensis (Trin.) Tzvel. grassland after removal of grazing was studied in comparison with its spatial variation along a grazing gradient, using its climax community as a benchmark. The species composition, diversity, and biomass of the grassland vegetation, as well as the attributes (height, density, and individual mass) of major species, were examined on the eight sites along the grazing gradient and in the recovering grassland over 11 years. The spatial pattern of grassland vegetation along the grazing gradient closely reflected its recovery trajectory over time. Both the spatial and the temporal processes exhibited the same shift in species dominance in association with grazing removal or less grazing intensity. Grassland degradation was accompanied by an increase in species density and a decrease in species size; this trend was reversed during recovery. This result suggested that the degraded grassland is highly resilient and that restoration could occur naturally by reducing or excluding grazing animals. However, some differences existed between the spatial and the temporal processes. Species richness was high on the light‐ or no‐grazing sites along the gradient, but varied little during the recovery of the degraded grassland. Species evenness was high under moderate to light grazing along the gradient and was high at the beginning of the recovery period but not at the end. Although standing biomass improved significantly during the recovery period, it did not change significantly along the grazing gradient. These observed discrepancies were related to the intrinsic difference in the spatial versus temporal processes and are discussed together with the advantage/disadvantage of the grazing gradient versus dynamic monitoring methods in grassland dynamics studies.     

若尔盖湿地高寒草甸退化过程中土壤有机碳含量变化及成因分析

土壤碳输入与输出之间的收支差决定土壤有机碳(SOC)含量。若尔盖湿地高寒草甸退化过程中, 土壤碳输入和输出哪个过程对SOC含量的影响占主导作用还不明确。该研究用空间序列代替时间序列的方法研究了若尔盖湿地高寒草甸不同退化阶段(高寒草甸(AM)、轻度退化高寒草甸(SD)和重度退化高寒草甸(HD)) SOC含量变化及原因。首先, 通过测定高寒草甸退化阶段上主要的土壤理化性状、微生物生物量、植物生物量和功能群组成的变化, 分析了退化阶段上土壤碳输入量的变化及原因; 其次, 结合室内土壤碳矿化培养实验结果和研究区的月平均气温以及土壤呼吸温度敏感性(Q₁₀)估算了该区域土壤碳输出, 并分析了其变化原因; 最后, 分析了造成SOC含量变化的主要原因和过程。结果表明: 在退化梯度上, 土壤含水量(SWC)、SOC和全氮(TN)含量、微生物生物量碳氮含量降低; 植物群落组成逐渐从莎草科、禾本科占优势过渡到杂类草占优势, 且植物生物量降低; SOC矿化量降低; 有机碳潜在积累量降低(与AM阶段相比, SD和HD阶段有机碳潜在输入量、输出量和积累量分别降低了16%、18%、15%和59%、63%、41%)。SWC降低引起土壤容重、SOC含量、TN含量、全磷含量、C:N的改变, 进而导致植物功能群分布模式和土壤微生物的变化, 最终引起SOC输入和输出量的降低。SWC降低导致的植物碳潜在输入量的降低是若尔盖湿地高寒草甸退化过程中SOC含量下降的主要原因。     

东洞庭湖丁字堤苔草群落特征及其影响因子

近20年来,洞庭湖湿地的湖草面积大幅度减少,退化严重.为寻求湖草的恢复途径,本文以位于洞庭湖丁字堤的短尖苔草为对象,依高程差划分成7条样带,调查了63个样方的植被特征(株高、盖度、密度、生物量、多样性指数)和土壤理化特征(土壤有机碳、全氮、全磷、土壤容重、土壤含水量).结果表明: 除多样性指数先下降后升高外,其余生物学指标均随高程增加呈现倒“U”型分布,即靠近水域(低海拔区)和堤岸(高海拔区)的苔草长势较差,而位于中间的苔草长势较好;土壤容重随高程增加而增加,土壤含水量的变化则相反,土壤有机碳和全氮含量均呈中海拔区高、低和高海拔区低的分布规律.主成分分析表明,影响苔草生物量的关键因子依次为土壤有机碳含量、氮含量、含水量和土壤容重.可见,提高土壤肥力和保持适当的土壤含水量可能是短尖苔草恢复的有效途径.