植被与土壤特征对青藏高原不同程度退化草地的响应

高寒草地作为青藏高原高寒生态系统的重要组分之一,其退化已严重影响到高原的可持续发展和草地恢复重建。搜集了2004—2022年间关于青藏高原高寒草地退化的64篇研究结果,包含土壤有机碳、生物量和多样性指数等16个指标的1403组数据,运用meta分析解析了草地退化对土壤理化性质、植被生产力和物种多样性的影响,并对重度退化草地的土壤理化性质和植物生物量进行线性回归分析。结果表明：随着草地退化的加剧,土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮、有效磷、有效钾、土壤含水量、地上生物量、地下生物量和植被高度显著下降;土壤容重显著上升;土壤pH、全钾在各个退化阶段没有明显差异;Shannon多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数整体呈下降趋势。土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮、有效磷、有效钾和土壤含水量与地上生物量、地下生物量存在显著的正相关;土壤容重与地上生物量、地下生物量呈显著的负相关;土壤pH与地上生物量、地下生物量呈负相关。因此,青藏高原高寒草地退化通过改变土壤理化性质而改变地上群落多样性和生物量,为阐明植被与土壤特征对草地退化的响应机制以及高寒退化草地的恢复提供了科学依据。     

Reasonable management of perennial planting grassland contributes to positive succession of soil microbial community in Sanjiangyuan of Qinghai-Tibetan Plateau,China

合理管理多年生人工建植草地有助于中国青藏高原三江源土壤微生物群落的正向演替 摘要：草地重建是缓解青藏高原三江源“黑土滩”的一种主要方法,同时了解如何管理建植草地也至关重要。而哪种人工管理模式更能有效地恢复“黑土滩”退化草地？为恢复“黑土滩”提供科学依据,我们研究了不同管理模式下人工草地植被特性、土壤理化性质和土壤微生物群落结构的变化,并探讨了不同管理模式对人工草地群落的影响。在本研究中,植被特性和土壤理化性质分别通过实地调查和实验室分析等方法得出,并且运用高通量测序技术测定了土壤微生物群落组成。研究结果表明,在不同管理模式下的人工建植草地植被特性、土壤理化性质和土壤微生物群落结构存在明显差异,而且植被植物多样性、地上生物量、土壤有机碳显著控制着放线菌门和担子菌门。当建植一次时Shannon-Wiener指数、地上生物量和土壤有机碳达到峰值,此时放线菌门和担子菌门所被注释的ASVs的相对丰度显著富集。此外,该管理模式下土壤的细菌多样性最高,真菌多样性最低,土壤逐渐成为“细菌型”土壤。由此得出,建植一次的人工草地植被特性和土壤环境更有利于整体群落的正向演替,是恢复“黑土滩”最合理的管理模式。     

宁夏云雾山典型草原灌丛化过程中植被和土壤演变特征

干旱半干旱区灌木、半灌木等木本植物的分布面积持续增加(灌丛化)显著改变了原有植被景观及生态过程,但缺乏对长期封育过程中灌木物种取代草本物种进而影响草地群落组成、结构和功能的研究。为揭示长期封育措施下典型草原灌丛化特征及地上/地下植物群落的响应规律,研究通过对宁夏云雾山典型草原同一封育草地不同时间(2010年、2016年、2021年)植物群落(物种重要值、丰富度、多样性和生物量)和土壤特性(土壤容重、土壤水分及储水量、养分、pH)的定点观测,探讨了长期封育过程中灌木物种矮脚锦鸡儿(Caragana brachypoda)驱动的植被和土壤特性变化。结果表明,(1)灌木矮脚锦鸡儿已经取代草本植物成为封育草地的优势种,群落中灌木生物量、总生物量以及盖度、高度显著增加,但对植物密度的影响较小;(2)灌丛化过程中草地群落Patrick丰富度指数、Simpson优势度指数和Shannon-Wiener多样性指数显著降低,而Pielou均匀度指数显著增加;(3)灌丛化引起土壤深层(60-100 cm)容重显著增大,土层储水量随土层深度的增加呈先减少后增加的趋势;(4)灌丛化使得土壤有机碳含量在浅层(0...     

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。     

不同放牧强度下羊草草原群落斑块植被-土壤特征

植物群落斑块化是天然放牧草地最基本的特征之一,影响着草地生态系统结构和功能。本研究以不同放牧强度下典型羊草草原植物群落斑块为研究对象,对植物群落多样性特征、初级生产力、土壤理化性质、植物养分含量及其相关关系进行研究。结果表明:随着放牧强度的增加,斑块群落内植物种类组成发生改变并趋于简单化,放牧敏感物种消失,物种多样性降低;高放牧强度显著降低了植物群落的地上净初级生产力;初级生产力与土壤氮含量具有显著的正相关关系;随着放牧强度增加,土壤碳、氮、磷含量呈现增加趋势;由于放牧强度及斑块结构的影响,土壤碳、氮、磷含量存在空间分布差异;同时,斑块群落中植被碳、氮、磷含量与土壤碳、氮、磷含量之间没有显著的相关性。研究表明,放牧能够改变草地群落结构和功能,引起植被-土壤养分之间的非同步性发展。     

羌塘高寒草地物种多样性与生态系统多功能关系格局

传统的生物多样性-生态系统功能研究大多侧重于单一生态系统功能与物种多样性的关系,忽略了生态系统的重要价值在于其能够同时提供多种功能或服务,即生态系统的多功能性。基于藏北羌塘高寒草地样带调查数据,选取植被地上生物量、地下生物量、土壤全氮、硝态氮及铵态氮含量、土壤全磷含量、土壤有机碳储量等7个与植物生长、养分循环、土壤有机碳蓄积相关的参数来表征生态系统多功能性。采用上述参数转换为Z分数后的平均值计算多功能性指数(M)。分析了不同生物多样性指数与生态系统多功能指数的关系以及年降水量和年均温度对物种多样性和生态系统多功能性指数的影响。结果表明,物种丰富度指数与生态系统多功能性之间呈极显著的正相关关系,Shannon-wiener和Simpson物种多样性指数也与多功能性指数间呈显著的正相关,但多功能性指数与Pielou均匀度指数没有表现出明显的相关关系。物种丰富度与表征植物生长、养分循环以及土壤有机碳蓄积的生态系统功能指数间也均呈极显著的正相关关系。降水格局显著影响羌塘高原物种丰富度和生态系统多功能指数,二者均随年降雨量的增加而显著增加,但物种多样性指数并未与年降水量呈现显著相关关系。研究强调了群落物种丰富度即群落物种数量对维持生态系统多功能性的重要意义,这意味着由于人类活动导致的物种丧失可能会给藏北高寒草地生态系统多功能和生态服务带来更为严重的后果。就退化草地恢复或草地可持续管理而言,在藏北羌塘地区,本地植物种的物种丰富度恢复和维持应作为重要目标之一。     

阿尔金山自然保护区植物群落生物量和物种多样性的空间格局及其影响因素

以阿尔金山国家级自然保护区的植物群落为研究对象,用样方法调查分析了不同植物群落的物种多样性、生物量的空间格局及其与环境因子间的关系。结果表明:西南高海拔地区主要植被类型为高寒草原,东北低海拔地区主要植被类型为沼泽草甸和高寒草原,西北部中海拔和东南低海拔区域的植被类型则主要为高寒荒漠;植物群落的物种多样性和生物量并未表现出明显的纬度、经度和海拔梯度变化;植物群落的多样性指数与土壤全氮、土壤总碳、土壤有机碳呈显著正相关,与土壤含水量呈极显著正相关;植物生物量与土壤有机碳和土壤含水量呈显著正相关,与土壤全氮呈极显著正相关,与土壤容重呈显著负相关。综上,阿尔金山保护区内植物群落生物多样性与生物量的空间分异是地理因子、土壤因子以及气象条件等综合作用的结果,在保护区尺度上土壤和气象因子对植物群落的影响超过地理因子的影响。     

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.     

呼伦贝尔典型退化草原土壤理化与微生物性状

以内蒙古克鲁伦河流域呼伦贝尔典型草原为对象,设置了轻度、中度和重度退化3种类型样地,研究不同程度退化草原的物种组成、地上生物量、土壤理化性状、土壤微生物数量和酶活性,以及微生物生物量的变化.结果表明: 中度退化样地的群落物种丰富度最大,轻度退化样地的地上生物量显著高于重度退化样地.退化样地的土壤水分、养分(有机质、全氮),微生物量碳、氮,以及微生物数量和酶活性显著下降,土壤容重显著增加.退化样地的土壤微生物生物量碳、氮在128～185和5.6～13.6 g·kg^-1,土壤脱氢酶和脲酶活性均与土壤容重呈显著负相关,与土壤全氮、有机质、微生物数量以及微生物生物量碳、氮呈显著正相关,地上生物量与土壤细菌和真菌数量呈不同程度的正相关.     

红松洼自然保护区草地群落物种多样性和土壤肥力与地上生物量的相关性研究

物种多样性与生物量之间的关系已经成为现代生态学研究的重要问题, 而土壤肥力也是影响生物量的重要因素。 文章以红松洼自然保护区为例, 通过对红松洼自然保护区核心区和实验区植物的种类、数量、高度、盖度、物候期的实地采样调查, 以及对两区土壤的含水量、有机质含量、全氮含量、全磷含量的实地采样调查, 系统地分析了红松洼自然保护区植物物种多样性、土壤肥力与草地地上生物量三者之间的相关性。结果表明, 草地群落植物物种多样性与草地地上生物量呈显著正相关(P＜0.05), 植物物种多样性指数、均匀度指数与草地地上生物量也呈显著的正相关(P＜0.05), 土壤肥力中土壤水分、土壤全氮含量与草地地上生物量之间并无显著相关性(P＞0.05), 但是与土壤有机质含量呈显著的正相关性(P＜0.05), 与土壤全磷呈显著的负相关性(r＜0)。揭示可以通过提高植物物种多样性和土壤有机质含量来提高草地地上生物量。     

内蒙古高原典型草原区河漫滩湿地植物群落退化表征

草原区河流河漫滩草甸是生物多样性表现最充分和生物生产力最高的地段, 但由于过度放牧利用, 绝大部分草甸处于退化状态。该文以锡林河流域中游的河漫滩草甸为研究对象, 比较分析了围封保育湿地与放牧退化湿地的群落组成、地上生物量, 以及共有植物种的植株高度、节间长、叶长、叶宽, 土壤含水量、容重, 群落地下根量及根的分布, 土壤微生物生物量碳、氮的变化。结果表明: 1)放牧使得湿地植物群落优势种发生变化, 原有湿生植物逐渐向旱生化转变, 同时地上及地下生物量明显降低。2)退化湿地的植物呈现显著小型化现象。3)放牧退化湿地的土壤含水量较围封保育湿地低, 其垂直分布及地下根的垂直分布也发生变化。在低河漫滩, 土壤水分随土层的增加而增加, 根量也趋于深层化。但在高河漫滩湿地, 土壤含水量接近典型草原, 根未出现深层化分布趋势。4)放牧践踏引起土壤容重和土壤紧实度增加。5)放牧使得低河漫滩湿地土壤微生物生物量增加, 而在过渡区及高河漫滩湿地, 放牧使得土壤微生物生物量碳、氮含量显著降低。     

Patterns of diversity in plant and soil microbial communities along a productivity gradient in a Michigan old-field

The relationship between plant diversity and productivity has received much attention in ecology, but the relationship of these factors to soil microbial communities has been little explored. The carbon resources that support soil microbial communities are primarily derived from plants, so it is likely that the soil microbial community should respond to changes in plant diversity or productivity, particularly if the plant community affects the quality or quantity of available carbon. We investigated the relationship of plant diversity and productivity to the composition of the soil microbial community along a topographic gradient in a mid-successional old-field in southwestern Michigan. Soil moisture, soil inorganic N, and plant biomass increased from the top to the base of the slope, while light at ground level decreased along this same gradient. We characterized the changes in resource levels along this gradient using an index of productivity that incorporated light levels, soil N, soil moisture, and plant biomass. Average plant species richness declined with this productivity index and there were associated compositional changes in the plant community along the gradient. The plant community shifted from predominantly low-growing perennial forbs at low productivities to perennial grasses at higher productivities. Although there was variation in the structure of the soil microbial community [as indicated by fatty acid methyl ester (FAME) profiles], changes in the composition of the soil microbial community were not correlated with plant productivity or diversity. However, microbial activity [as indicated by Biolog average well color development and substrate-induced respiration (SIR)] was positively correlated with plant productivity. The similarity between patterns of plant biomass and soil microbial activity suggests that either plant productivity is driving microbial productivity or that limiting resources for each of these two communities co-vary.     

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.     

人工油松林（Pinus tabulaeformis）恢复过程中土壤微生物生物量C、N的变化特征

采用时空替代法,选取15a（PF15）、25a（PF25）、30a（PF30）的人工油松林作为样地,并选取灌丛作为参考植被,研究了植被恢复过程中土壤微生物生物量C、N以及土壤养分的变化特征,同时探讨了它们之间的相互关系。研究结果表明随着恢复的进行,土壤质量得到了改善,主要表现为有机碳、全氮、粘粒含量、土壤含水量的上升和pH值、容重的下降。土壤微生物生物量C、N分别在155.00~885.64mg/kg和33.73~237.40mg/kg的范围内变化。土壤微生物生物量C、N在植被恢复的初期显著低于灌丛,而后随着恢复的进行逐步增长。土壤微生物生物量C、N与植被恢复时间的相关性没有达到统计学上的显著水平,但是土壤微生物生物量C与土壤有机碳、全氮、全磷呈显著正相关,这表明植被恢复过程中土壤微生物生物量与土壤养分状况关系密切,植被恢复通过改善土壤养分状况间接地影响土壤微生物生物量的变化。Cmic/TOC在1.38%~4.75%的范围内变化。Cmic/TOC随着植被恢复不断下降,Cmic/TOC与植被恢复时间和土壤有机碳呈显著负相关,这表明植被恢复过程中,惰性有机质积累导致供应土壤微生物的活性有机质减少,Cmic/TOC同时受土壤有机质的数量和质量影响。     

三工河流域琵琶柴群落特征与土壤因子的相关分析

琵琶柴(Reaumuria soongorica)是我国荒漠地区分布最广的地带性植被类型之一,对维系荒漠地区生态系统的稳定性具有重要作用。以三工河流域两个琵琶柴群落为对象,在2010年主要生长季节(6—10月),通过群落和土壤调查,采用土钻法、土柱法、地上收割法对两个琵琶柴群落的土壤性质、生物多样性、细根生物量、地上生物量、生物多样性与土壤性质的关系进行研究,结果表明:两个琵琶柴群落在冠幅、盖度、多度和物种多样性等方面均存在显著差异。在0—100 cm土壤层内,两个群落土壤电导率、pH值、容重、含水量存在显著差异。除土壤容重外,群落2各个土壤因子的值均大于群落1,并随土壤深度的增加表现出类似的趋势。两个群落物种多样性指数、地上生物量、细根生物量存在显著差异,从6月到10月呈现先下降再上升的趋势。由于7、8月群落1有大量夏雨型短命植物和类短命草本植物的出现,Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数急剧降低,Simpson指数表现出相反的变化趋势。群落2土壤电导率和pH值较高,草本植物鲜有出现,多样性指数和均匀度指数变化均较为平缓。两个群落的Sorenson相似性系数较低,群落差异明显。相关和回归分析表明土壤环境因子是导致两个琵琶柴群落特征、生物多样性和生物量不同的主要因素。较高的土壤含水量可以增加琵琶群落的生物多样性,较高的土壤容重抑制琵琶柴群落细根的生长,轻度的干旱胁迫促进地上生物量的积累,一定浓度的土壤pH值和土壤盐分可以促进琵琶柴群落细根的生长。     

黄河三角洲不同类型盐生植物土壤真菌群落结构特征

盐生植物种类及其所具有的不同耐盐调节方式影响着根际微生物群落的结构与组成。为明确不同类型盐生植物根际与非根际土壤中真菌群落结构与组成的差异及其与土壤环境间的相互关系,该研究采集了黄河三角洲地区芦苇、盐地碱蓬、獐毛3种不同类型盐生植物0~20 cm土层的根际和非根际土壤,通过高通量测序对其真菌群落多样性和结构进行了分析,以探究真菌群落特征与土壤理化因子间的关系。结果表明：(1)3种不同类型盐生植物根际土壤真菌群落丰富度显著大于各自非根际土,且獐毛根际土壤真菌群落丰富度显著大于芦苇和盐地碱蓬的根际土。(2)距离热图分析表明,芦苇和盐地碱蓬非根际土壤真菌群落间的相似性最大。(3)土壤真菌多样性和丰富度与土壤总碳、总氮、有效磷、pH呈正相关关系,与土壤盐分含量呈负相关关系。(4)3种不同类型盐生植物的根际与非根际土壤中,球囊菌门(Glomeromycota)均为绝对优势门,盾巨孢囊霉属(Scutellospora)为优势属。(5)RDA分析表明,土壤盐分含量是影响土壤真菌群落结构的重要因子,球囊菌门丰度与土壤总氮、总碳、有效磷、有机碳、pH呈正相关关系,与盐分呈负相关关系。(6)植物土壤真菌群落特征随盐生植物类型的变化以及样本土壤距宿主植物根系远近存在差异。     

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.     

鄱阳湖典型湿地土壤有机碳分布及影响因子

在南矶湿地国家级自然保护区设置采样带,对鄱阳湖典型湿地土壤有机碳分布及影响因子进行了研究。结果表明:1)湿地土壤0～15、15～30、30～50cm有机碳含量分别为1.07%～3.52%、0.31%～1.96%、0.27%～0.92%,有机碳含量自表层以下急剧降低。2)湿地土壤0～50cm有机碳密度变化范围为3.02～10.19kg·m-2,其中,表层0～15cm约占42.5%～72.6%;土壤有机碳含量、碳密度均以苔草植物群落最高,其他依次为南荻群落、南荻+苔草群落、芦苇群落、水蓼群落。3)土壤水分与植物生物量是鄱阳湖湿地土壤有机碳分布的2个主要影响因子,土壤水分能解释湿地表层0～15cm有机碳40%的变异,总生物量则能解释28%的土壤有机碳变异。4)鄱阳湖湿地碳密度与长江中下游地区的湖泊湿地类型具有较好的可比性,远低于若尔盖、三江平原等冷区泥炭湿地类型。