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。     

青藏高原两种高寒草地植被变化及其水温驱动因素分析

高寒草甸和高寒草原作为青藏高原两种重要植被类型,研究其植被变化与气候变化相关性,有助于为青藏高原两种高寒草地生态系统应对全球气候变化管理提供参考。以位于同纬度的三江源高寒草甸和阿里高寒草原为研究对象,基于植被净初级生产力(Net Primary Productivity, NPP)变化表征植被变化,利用NPP数据和气象数据,分别分析两地2000—2017年植被NPP、降水和气温时空变化差异;利用Sen+Mann-Kendall趋势检验,研究两种高寒草地气候与植被净初级生产力变化趋势;以县域统计年鉴牛羊肉产量表征放牧强度,研究放牧活动对高寒草地植被变化的影响;通过Pearson相关和偏相关分析方法,分别研究降水和气温对两种高寒草地植被NPP变化影响差异。研究结果表明:(1)2000—2017年三江源高寒草甸和阿里高寒草原区年平均气温以0.085℃/a和0.084℃/a的趋势上升,降水以平均每年3.87 mm和2.23 mm的趋势增加,高寒草甸区变暖变湿速率较高寒草原区快。(2)三江源高寒草甸和阿里高寒草原植被NPP均呈现由东南向西北逐渐降低空间格局;2000—2017年高寒草甸区57.7...     

藏香猪翻拱型放牧对不同类型高寒草甸植物特征的影响及土壤环境驱动力

生态系统脆弱的高寒草甸是生态学研究的热点。藏香猪翻拱土壤并取食地下草根层,是藏族自治区一种特有的放牧类型,关于该放牧类型对藏区高寒草甸的影响尚缺乏研究。以滇西北高原国际重要湿地——纳帕海流域的典型高寒草甸为对象,研究了不同高寒草甸类型(陆生草甸与沼泽化草甸)中的植物群落结构特征对藏香猪翻拱型放牧的响应。结果表明,翻拱型放牧显著降低了植被盖度(63.5%)、地上生物量(84.6%)与地下生物量(97.4%),并促进植物生物量向地上部分的再分配。翻拱型放牧下随着植被盖度与生物量降低,植物竞争强度减小,植株高度与空间利用率提高。然而,不同草甸类型中的植物群落结构对翻拱型放牧表现出差异响应。陆生草甸上的群落组成基本未变,而沼泽化草甸上的优势植物华扁穗草(Blysmus sinocompyessus)向1年生水生植物水蓼(Polygonum hydropiper)演替。土壤含水率是导致植物响应差异的关键驱动力。综上,藏香猪翻拱型放牧对植物生物量及盖度等特征均产生不利影响,导致高寒草甸生物量积累锐减,而植物群落结构的变化是放牧干扰与土壤水分、空间竞争协同作用的结果,反映出植物在不同环境中对放牧干扰的差异化响应。研究区域环境特征与放牧干扰的耦合关系,可以为藏香猪放牧作用下的高寒草地植物多样性保护及恢复提供理论依据。     

放牧扰动下高寒草甸植物多样性、生产力对土壤养分条件变化的响应

为了揭示高寒小嵩草草甸群落在放牧扰动下,探讨土壤养分供给水平的变化对生态系统初级生产力和多样性影响,为高寒草地的退化演替机理研究提供依据,以野外样地调查和室内分析法研究了放牧扰动下高寒草甸植物多样性、生产力对土壤养分条件变化的响应.结果表明,放牧干扰不仅改变了高寒小蒿草草甸群落土壤根系和蕴育土壤根系的"载体"量及根土比例,改变了植物群落的结构和功能,而且使土壤的物理和化学特性发生了明显的改变.随着放牧强度的增加,蕴育土壤根系的基质量逐渐减少,根土比特别是0～10 cm土层的根土比例增加;"载体"量减少导致大部分地下根系由于营养供给水平的降低而死亡,归还土壤中有机质的数量逐渐减少,加之地上部分持续利用,土壤养分也在不断消耗,土壤基质量的减少和土壤资源持续供给能力的下降,草地发生逆向演替(退化),表现在:物种数减少、多样性下降、能量的分配转向地下等;土壤性状上的某些改变(土壤容重、土壤湿度等),也会引起植被组成、物种多样性变化;放牧主要通过影响土壤环境及其养分含量来改变草地群落生物量(地上、地下);土壤表面的适度干扰和原有植物的适度破坏为新成员提供了小生境,从而允许新的植物侵入群落,并提高了植物的丰富度.但是,在受到强度干扰时,草地植物群落的主要物种的优势地位发生明显的替代变化.     

藏北高寒草地土壤有机质化学组成对土壤蛋白酶和脲酶活性的影响

土壤酶作为生态系统的生物催化剂, 是土壤有机体的代谢驱动力, 在土壤物质循环和能量转化过程中起着重要作用。该研究以藏北5种不同类型高寒草地(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)为研究对象, 利用热裂解气质联用技术(Py-GC/MS)分析不同类型草地土壤有机质化学组成, 并建立其与土壤蛋白酶和脲酶活性之间的相互关系。结果表明, 5种高寒草地土壤(0-15 cm)的酶活性表现出一定差异性, 高寒荒漠草原土壤的脲酶活性显著高于蛋白酶活性, 而其余类型高寒草地的脲酶和蛋白酶活性之间的差异未达到显著水平; 蛋白酶活性在5种高寒草地土壤之间的差异显著, 而脲酶活性在5种草地土壤之间的差异未达到显著水平。相关分析发现, 土壤蛋白酶活性与土壤有机质烷烃、烯烃和芳香烃的相对丰度和糠醛:吡咯的值密切相关, 土壤脲酶活性与土壤有机质化学组成之间相关性未达到显著水平。综上所述, 高寒草地类型和土壤有机质化学组成是影响高寒草地土壤蛋白酶活性的重要因素, 而对土壤脲酶活性的影响均未达到显著水平, 其影响因素有待进一步深入的研究。     

放牧家畜组合对高寒草地植物群落特征及生产力的影响

为明晰中等放牧强度下不同放牧家畜组合如何调控高寒草地地上净初级生产力,进而提高高寒草地管理水平,本研究以青藏高原东端高寒草地为对象,设置中等放牧强度下不同放牧家畜组合样地(牦牛、藏羊单独放牧及1∶2混合放牧)和不放牧样地,分析了不同放牧家畜组合下高寒草地植物群落特征、土壤理化性质及地上净初级生产力变化。结果表明：不同放牧家畜组合对物种丰富度与多样性指数无显著影响,但显著降低高寒草地植物群落的高度与盖度,并改变功能群重要值占比;藏羊单独放牧显著增加高寒草地土壤速效氮、磷含量以及土壤容重;放牧弱化高寒草地植物多样性对地上净初级生产力的调控作用并加强土壤环境因子的作用强度;牦牛、藏羊混合放牧时高寒草地地上净初级生产力、家畜采食量均最高。为提升高寒草地管理水平,建议基于中等放牧强度进行牦牛、藏羊适宜比例的混合放牧,采用植被-家畜-土壤耦合管理方式以实现高寒草地生态功能维持与可持续利用。     

多年放牧对不同类型草原植被及土壤碳同位素的影响

放牧是草原牧区常见的人类活动,多年放牧对草原植被及土壤的碳过程产生较大的影响.本研究采集不同类型草原多年放牧前后植被及土壤样品,对室内碳同位素进行分析,研究了不同草原生态系统Δ¹³C(碳同位素分馏值)差异及其影响因素.结果表明: 放牧强度对植被Δ¹³C值的影响显著,0～5 cm表层土壤Δ¹³C值在放牧前后变化显著,而对深层土壤(>5 cm)影响不显著.多年放牧后大部分植被Δ¹³C值显著升高,高海拔地区升高的幅度较大.可见,放牧行为对不同草地生态系统类型、不同土壤深度以及不同海拔生态系统碳过程产生的影响差异显著.针对不同类型的草原,放牧应采取多样化的管理方式.     

长期围封对疏勒河源区高寒草甸地表节肢动物多样性的影响

围封会促进退化高寒草甸植被和土壤环境恢复,长期围封也会导致生物多样性及其功能下降,影响高寒草甸生态系统的稳定,但这种影响会随着季节和生境条件变化而异。为了探究不同退化程度高寒草甸地表节肢动物群落变化对围封禁牧的响应,利用陷阱法调查了疏勒河源区沼泽化草甸、草甸和草原化草甸3种不同退化梯度高寒草甸围封禁牧和自由放牧处理下地表节肢动物群落结构变化。结果表明：围封禁牧对高寒草甸地表节肢动物群落组成及多样性的影响随生境条件不同而异。禁牧降低了沼泽化草甸地表节肢动物的物种丰富度,而提高了草甸和草原化草甸地表节肢动物的物种丰富度;围封禁牧对沼泽化草甸地表节肢动物群落结构影响较小,显著降低了草甸生境地表节肢动物活动密度、提高了地表节肢动物多样性和均匀度,相反,禁牧显著提高了草原化草甸生境地表节肢动物活动密度、降低其多样性和均匀度;豹蛛属1种是高寒草甸主要的地表节肢动物类群（相对多度为67.0%）,高寒草甸土壤水分有效性等生境条件不同影响了豹蛛属1种对围封禁牧的响应模式,进而影响了地表节肢动物群落结构变化。总之,高寒草甸退化程度影响了地表节肢动物多样性对禁牧和放牧的响应模式,沼泽化草甸适度放牧有利于提高地表节肢动物多样性及其功能。     

放牧强度对高寒嵩草草甸土壤养分特性的影响

植物-土壤系统是草地生态和生产服务价值实现的基础,放牧是草地植物群落演替的重要因素。植物、土壤亚系统对放牧的敏感性是评价草地稳定性和提高草地恢复力的重要依据。以不同放牧强度下的高寒嵩草(Kobresia)草甸为研究对象,探讨土壤养分特征对放牧强度的响应及作用位点,结果表明:改变放牧强度可以明显改变植物群落数量特征,但没有明显改变土壤层次分类特征,说明土壤养分特征对一定范围内放牧强度具有自我稳定维持功能;但放牧干扰强度不同时,土壤剖面过渡层养分含量存在差异,说明长期放牧强度的差异会对土壤剖面养分性质产生影响,且这种影响起源于土壤剖面过渡层。在放牧高寒嵩草草甸植物-土壤系统中土壤剖面养分特征较植物群落数量特征更稳定;土壤剖面过渡层养分特征是土壤亚系统中对放牧的敏感因素;而放牧引起土壤剖面养分特征的改变主要表现在各过渡层上,并构成土壤发生层迁移的风险,因此推测,更为持久和更高强度的放牧干扰将最终改变土壤剖面特征及养分性质。     

短期牦牛放牧强度对川西北高原高寒草甸土壤细菌群落的影响

气候变化和人类干扰使青藏高原的草地退化日趋严重,特别是过度放牧导致的草地退化现象尤为突出;然而,牦牛作为青藏高原分布广且数量多的重要家畜,其不同放牧强度对高寒草甸土壤理化性质与细菌群落的影响仍不明晰。在川西北高原典型高寒草甸开展牦牛放牧强度试验,设置了对照组(禁牧)、轻度放牧(1头牦牛/hm~2)、中度放牧(2头牦牛/hm~2)和重度放牧(3头牦牛/hm~2)4个放牧强度,每个强度设置3个重复。两年放牧实验后的结果表明：短期的重度放牧导致土壤有效磷显著增加,而其它土壤性质在各放牧强度变化不显著;随着放牧强度的增加,土壤细菌α多样性呈先增加后减少的趋势,其主要原因是牦牛活动为细菌的生长繁殖提供了有利的营养条件,但由于放牧的持续时间较短,变化不显著;就优势菌而言,土壤绿弯菌门中存在光合自养细菌,在重度放牧下显著高于对照组,其它各菌门在不同放牧强度下无显著差异;土壤氮与硝化螺旋菌门呈正相关,速效磷与酸杆菌门也呈显著正相关,均说明放牧强度对土壤细菌类群的影响是通过土壤性质间接实现的。本实验通过研究不同牦牛放牧强度下的土壤细菌群落结构,为放牧策略的制定提供了基础数据支持,为草地退化的防治提供理论...     

草地群落放牧干扰梯度β多样性研究

放牧过程通过牲畜的啃食、践踏作用干扰草场环境,使草地群落的物种组成发生变化,植物种群的优势地位发生更替。结果表明,随放牧干扰强度加重,从盐湿化草甸到典型草原,群落植物种丰富度呈下降趋势。β多样性测度结果显示,盐湿化草甸和羊草杂类草草甸群落物种变化的中度干扰出现在轻牧→中牧阶段,并在整个放牧干扰进程中,表现较低的稳定性;草甸草原和典型草原群落出现在中牧→重牧阶段;而荒漠草原物种变化表现出高度的稳定性,从轻牧到过牧物种替代仅1～3种。各群落放牧干扰植物多样性的稳定性次序是:荒漠草原>典型草原≥草甸草原>盐湿化草甸.     

青藏高原多年冻土区不同草地生态系统恢复能力评价

草地生态系统恢复能力是评价人类工程活动对青藏高原多年冻土生态系统影响的重要组分.分析了不同草地生态系统干扰带和非干扰带群落特征、植物多样性、草地初级生产力和经济类群,综合评价了青藏高原多年冻土区地上植被在受工程活动干扰后的综合恢复能力.结果表明:经过近20多年的自然恢复,青藏苔草草原、紫花针茅草原、扇穗茅草原、高山嵩草草甸、矮蒿草草甸和藏蒿草沼泽化草甸6种草地的盖度和物种组成均有一定程度的恢复,且草原群落的恢复程度好于草甸群落,但干扰群落仍低于未干扰群落;紫花针茅草原分布区物种多样性恢复好于其他草地类型分布区;干扰带由最初的地上植物生物量全部为0恢复到148.8～489.6 g·m^-2,其中藏嵩草沼泽化草甸干扰带恢复最好,生物量达489.6 g·m^-2;除藏嵩草恢复群落的饲用植物类群组成相对稳定外,干扰后的其他5种草地类型饲用价值降低.高寒草原生态系统的植被综合恢复能力显著高于草甸生态系统.     

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。     

Moderate grazing increased alpine meadow soils bacterial abundance and diversity index on the Tibetan Plateau

The response of grassland soil bacterial community characteristics to different grazing intensities is central ecological topics. However, the underlying mechanisms between bacterial abundance, diversity index, and grazing intensity remain unclear. We measured alpine meadow soil bacterial gene richness and diversity index under four grazing intensities using 16S rDNA sequence analysis on the Tibetan Plateau. The results suggest that extreme grazing significantly decreased alpine meadow both bacterial gene abundance and diversity index (p < .05). The lowest operational taxonomic unit numbers were 3,012 ± 447 copies under heavy grazing in the growing season. It was significantly lower than heavy grazing with approximately 3,958 ± 119 copies (p < .05). The Shannon index for medium and high grazing grassland bacterial diversity was slightly higher than for light grazing in the growing season. Furthermore, the lowest index was approximately 9.20 ± 0.50 for extreme grazing of grassland in the growing season. The average bacterial gene abundance and diversity index in the dormancy period were slightly higher than that in the growing season. Soil bulk density, pH, ammonium, and nitrate nitrogen were the main positive factors driving grazed grassland bacterial communities. Our study provides insight into the response of alpine meadows to grazing intensity, demonstrating that moderate grazing increases bacterial community diversity in grazed grasslands.     

北方牧区草地资源分类经营机制与可持续发展

草地是畜牧业生产和生态保护的重要资源.在短期经济利益的驱动下造成北方牧区草地大面积退化和荒漠化、生产力下降、自我恢复能力降低、水土流失加剧和涵养功能减弱,对牧区经济发展、社会稳定和生态安全构成了威胁,严重影响着草地畜牧业的可持续发展.以新疆阿勒泰为例,依据草地资源的生产经济性能、生态服务价值重要性和季节放牧利用特征,构建了基于GIS 技术的草地生产力指数、草地生态服务价值指数和草地资源分类经营的功能分区模型,建立以主导功能和时空格局为主的草地资源分类经营调控机制,将阿勒泰牧区的草地从空间上划分为经济功能区、混合功能区和生态功能区.结果表明:(1)经济功能区,以获取最大的经济效益为目的,面积约648.69万hm2,占总可利用草地面积的65.8%,主要分布在平原荒漠;(2)生态功能区,以生态保护和社会效益为目的,面积约136.4万hm2,占总可利用草地面积的13.9%,主要分布在平原荒漠草原、山地草原、高寒草甸;(3)混合功能区,在适度利用条件下,生态效益与经济效益并重,面积约200.1万hm2,占总可利用草地面积的20.3%,主要分布在山地草原化荒漠、山地草甸草原、平地草甸、山地荒漠草原、山地草甸和高寒草原.通过对草地资源的分类经营,将畜牧业生产重心转向经济功能区,转移生态功能区的放牧家畜,减轻混合功能区的放牧压力,形成草地资源在功能、系统、时序和空间的耦合结构,实现牧区草地资源利用的可持续发展.     

放牧对五台山高山、亚高山草甸牧草品质的影响

通过野外样地调查和室内分析,从牧草的适口性和营养成分两方面,研究了放牧对五台山高山、亚高山草甸牧草品质的影响。结果表明：放牧干扰草甸中适口性为喜食及以上的优质牧草种类为20种,喜食牧草在群落中的相对盖度最大,为45.40%;与之相比,极度退化草甸中优质牧草种类为13种,乐食牧草的相对盖度最大,为62.24%;喜食以上优质牧草的相对盖度最大值,出现在轻度退化草甸中,达到65.95%。同一适口性等级牧草,在不同退化等级草甸中,种类发生变化。从放牧干扰草甸到极度退化草甸,牧草中的粗蛋白和灰分含量呈增加趋势,而中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量呈下降趋势。放牧压力下,五台山高山、亚高山草甸的牧草品质并未下降,但放牧造成的草甸生产力降低,制约了资源的可持续利用和保护。     

围栏禁牧对滇西北高寒湿地土壤活性有机碳的影响

过度放牧导致滇西北高寒湿地碳汇功能逐渐丧失,围栏禁牧作为一种有效的湿地恢复方式,其对滇西北高寒湿地土壤碳库的影响尚缺乏研究。为探明围栏禁牧对滇西北高寒湿地土壤活性有机碳的影响,以纳帕海湿地不同禁牧年限(未禁牧、禁牧3年、禁牧8年、禁牧10年)的草甸和沼泽化草甸作为研究对象,对比分析不同禁牧年限草甸和沼泽化草甸土壤总有机碳(TOC)、颗粒有机碳(POC)、溶解性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(EOC)和微生物生物量碳(MBC)含量特征。研究结果表明,随着禁牧年限的增加(<10 a),草甸和沼泽化草甸土壤TOC、DOC、EOC、MBC含量显著增加(P<0.05);随着土壤深度的增加,草甸和沼泽化草甸土壤TOC、EOC和MBC含量逐渐下降,而POC和DOC含量逐渐增加。土壤理化性质显著影响土壤活性有机碳各组分含量,其中总氮(TN)是影响草甸和沼泽化草甸土壤活性有机碳各组分含量的主导因素。围栏禁牧有利于滇西北高寒湿地土壤质量和固碳能力的恢复,且随着禁牧年限的增加,恢复效果越明显。相同恢复年限,纳帕海沼泽化草甸土壤恢复效果比草甸土壤显著。研究可以为放牧湿地恢复研究提供理论基础。     

Scale-Dependent Effects of Grazing on Plant C: N: P Stoichiometry and Linkages to Ecosystem Functioning in the Inner Mongolia Grassland

Background

Livestock grazing is the most prevalent land use of grasslands worldwide. The effects of grazing on plant C, N, P contents and stoichiometry across hierarchical levels, however, have rarely been studied; particularly whether the effects are mediated by resource availability and the underpinning mechanisms remain largely unclear.

Methodology/Principal Findings

Using a multi-organization-level approach, we examined the effects of grazing on the C, N, and P contents and stoichiometry in plant tissues (leaves and roots) and linkages to ecosystem functioning across three vegetation types (meadow, meadow steppe, and typical steppe) in the Inner Mongolia grassland, China. Our results showed that the effects of grazing on the C, N, and P contents and stoichiometry in leaves and roots differed substantially among vegetation types and across different hierarchical levels (species, functional group, and vegetation type levels). The magnitude of positive effects of grazing on leaf N and P contents increased progressively along the hierarchy of organizational levels in the meadow, whereas its negative effect on leaf N content decreased considerably along hierarchical levels in both the typical and meadow steppes. Grazing increased N and P allocation to aboveground in the meadow, while greater N and P allocation to belowground was found in the typical and meadow steppes. The differences in soil properties, plant trait-based resource use strategies, tolerance or defense strategies to grazing, and shifts in functional group composition are likely to be the key mechanisms for the observed patterns among vegetation types.

Conclusions/Significance

Our findings suggest that the enhanced vegetation-type-level N contents by grazing and species compensatory feedbacks may be insufficient to prevent widespread declines in primary productivity in the Inner Mongolia grassland. Hence, it is essential to reduce the currently high stocking rates and restore the vast degraded steppes for sustainable development of arid and semiarid grasslands.