荒漠草原植物群落结构及其稳定性对增水和增氮的响应

通过在荒漠草原开展增水和增氮野外控制试验,研究增水和增氮对荒漠草原植物群落结构、物种多样性及群落稳定性的影响。结果表明：（1）增水和增氮处理显著影响了荒漠草原植物群落结构和地上生物量,而对植物群落稳定性影响不显著（P>0.05）。增水处理显著增加了豆科和禾本科植物地上生物量（101.3%和57.9%）（P<0.05）;增水+增氮处理显著增加了植物群落盖度（43.2%）和地上生物量（112.4%）及不同功能群（禾本科和杂类草）植物盖度（75.5%和47.3%）和地上生物量（139.3%和85.7%）（P<0.05）。与增氮处理相比,增水+增氮处理显著增加了植物群落和不同功能群（禾本科和杂类草）植物高度、盖度和地上生物量（P<0.05）。（2）增水、增氮和增水+增氮处理均显著降低了植物群落Pielou指数（11.7%、8.7%和10.2%）（P<0.05）。（3）增水和增水+增氮处理提高了荒漠草原植物群落稳定性,而增氮处理降低了荒漠草原植物群落稳定性。增水处理荒漠草原植物群落稳定性效应大于增水+增氮处理。研究表明,荒漠草原植物群落结构受到氮沉降和降水增加的共同影响。增加降水对荒漠草原植物群落稳定性的积极效应可能会抵消部分氮沉降的消极影响,荒漠草原植物群落地上生物量及群落稳定性可能有所增加。     

短期氮、水添加对放牧背景下荒漠草原短花针茅叶片属性的影响

叶片属性是反映植物对环境变化敏感程度的重要特征,可在一定程度上预测植物对放牧干扰后的恢复能力。短花针茅（Stipa breviflora）是内蒙古荒漠草原的主要建群种。在不同放牧强度背景下的短花针茅草原开展了围封模拟放牧持续利用的实验,同时进行添加氮素和水分的恢复措施,测定了7月和9月中旬建群种短花针茅叶片的比叶面积、叶干物质含量,以及叶片全氮、叶片全磷和叶片全碳含量,分析水分和氮素添加对建群种短花针茅叶片的影响,探讨不同放牧强度下短花针茅可持续利用的氮水调控机制。结果显示,氮素和水分添加显著地增加了短花针茅叶片氮含量,降低了叶片碳氮比;放牧强度也显著地增加了叶片氮含量,且轻度放牧下的叶片氮含量（20.36 g/kg）显著高于对照（18.80 g/kg）;生长末期短花针茅的比叶面积、叶片碳含量、叶片碳氮比和叶片碳磷比显著高于生长盛期,叶片氮含量和磷含量显著低于生长盛期;在生长盛期和生长末期,不同放牧强度背景下对短花针茅所采取的氮素和水分的供给措施也不同。研究结果表明在放牧背景下短期氮、水添加提高了短花针茅的叶片氮含量,特别是在生长季后期水分添加增加了叶片氮和磷含量,可进一步促进短花针茅的生长。我们的结果也表明了资源供给水平的改善有助于短花针茅的迅速恢复。     

荒漠地衣结皮研究进展

微型生物结皮在干旱、半干旱荒漠地区广泛分布,对维持荒漠生态系统的稳定性具有重要作用。地衣结皮是微型生物结皮的重要组成部分及主要类型之一,在固沙、固碳和固氮能力方面独具优势。本文从区域尺度和局部尺度综述了国内外荒漠地衣分布、群落组成及其影响因素,从微尺度探讨了荒漠地衣在形成过程中可能相关的生物因子的作用与功能。虽已有研究发现气候类型、降水量、土壤理化性质、微地形和温度会对荒漠地衣生长型、种类、丰度及盖度产生影响,来自地衣体、地衣结皮和地衣结皮土壤中的生物因素与维持地衣正常生命活动及分布之间存在相关关系,但上述结论尚具有一定的局限性,主要表现在区域尺度仍缺乏专门对荒漠地衣的研究,微尺度缺乏对地衣相关生物功能的实验性探索及验证。上述局限在一定程度上限制了通过人工手段大规模应用荒漠地衣结皮的研究。本文基于国内外研究进展及存在问题,对荒漠地衣结皮应用进行了展望,以期为人工构建荒漠地衣结皮和干旱、半干旱荒漠治理及生态恢复提供新的思路和参考。     

西北沙区梭梭根系深色有隔内生真菌等微生物时空分布及对根际土壤环境的响应

为揭示西北沙区不同时空尺度梭梭Haloxylon ammodendron根系深色有隔内生真菌（dark septate endophyte,DSE）分布规律及其环境驱动机制,分别于2019年7月、9月和12月在安西极旱荒漠国家级自然保护区和民勤连古城国家级自然保护区采集根系和土壤样品,根据真菌形态学特征、组织化学等方法,研究了梭梭根系DSE真菌定殖规律、定殖特征及其与土壤环境因子间的相互关系。结果表明,DSE真菌在自然生境梭梭根系广泛定殖,形成具有时空异质性的典型暗色有隔菌丝和微菌核结构。梭梭根系DSE真菌定殖受季节和空间分布影响,其中总定殖率在生长旺季7月最高（85.6%）,且菌丝隔间距显著大于9、12月;安西样地菌丝定殖率（71.5%）和总定殖率（85.6%）显著高于民勤样地（40.7%,60.0%）,但民勤样地微菌核直径显著高于安西样地。相关性分析表明,DSE定殖率及形态特征受土壤理化性质影响,温度、有效磷是影响DSE真菌定殖率的主要土壤因子,湿度和碱解氮是影响DSE真菌定殖形态的主要土壤因子。相比空白土壤,梭梭根际革兰氏阳性细菌含量、土壤脲酶活性以及安西样地有效磷含量均更高,预示其对荒漠土壤具有改善作用。本研究对梭梭DSE真菌时空分布和影响因素的系统性调查有助于为荒漠化治理和生态恢复提供依据。     

长江源区高寒草原和高寒草甸土壤粒径分布特征

为探究长江源区主要下垫面土壤空间异质性与粒径分布(PSD)非均匀性,运用分形理论描述高寒草原和高寒草甸2种下垫面土壤粒径分布特征,分析了2种下垫面土壤的分形维数特征差异及其与土壤颗粒组成的关系。结果表明: 研究区土壤颗粒粒径主要分布于100～800 μm,高寒草原土壤单重分形维数(D_V)为2.429～2.508,高寒草甸土壤D_V为2.697～2.743,高寒草原土壤质地偏粗,高寒草甸土壤质地偏细。土壤在20～30 cm深度质地最细,在0～10 cm层质地最粗糙;多重分形维数(容量维数D₀、信息熵维数D₁、关联维数D₂)均以高寒草原(0.896～0.961、0.828～0.887、0.725～0.819)高于高寒草甸(0.890～0.914、0.693～0.744、0.540～0.603),与高寒草甸相比,高寒草原土壤粒径分布范围更宽,土壤整体构造更复杂,土壤整体非均匀性更高。D_V与土壤黏粒、粉粒含量呈显著正相关,与砂粒含量呈显著负相关;D₁、D₂与黏粒、粉粒含量呈显著负相关,与砂粒含量呈显著正相关。土壤砂粒含量是土壤PSD非均匀分布及分形维数大小变化的主要因素。     

轮牧时间对荒漠草原土壤种子库特性的影响

探讨季节性放牧下土壤种子库的特性对荒漠草原合理利用具有重要作用。以宁夏荒漠草原为对象,通过封育(FY)、传统时间轮牧(FG)、延迟开始轮牧(YG)、提前结束轮牧(TG)、延迟开始并提前结束轮牧(YT)和自由放牧(ZY)处理,研究了0～5、5～10、10～15 cm土层土壤种子库物种组成、种子库密度、垂直分布、多样性及其与地上植被的关系,探讨了种子库与土壤环境因子的关系。结果表明: 研究区土壤种子库物种组成共有9个科21个种。土壤种子库物种组成以TG种子库种类最多,达13种,而FY和ZY土壤种子库种类最少,各8种。ZY土壤种子库密度显著高于FY、YG、TG、YT;FY的土壤种子库中多年生植物种子数量最多,达32.0%;ZY种子库中多年生植物种子数最少,仅为12.4%,主要以有性繁殖的一年生杂类草种子为主;土壤种子库主要集中于0～5 cm表层土壤,随着土层深度的增加,土壤种子库大小降低。土壤种子库的优势度和多样性均以FY最高,优势度、多样性和均匀度均以ZY最低。土壤种子库与地上植被的相似性总体较低,相比之下FG及ZY种子库与地上植被相似性较高,FY最低。土壤水分、有机质、全氮、全磷、土壤容重是影响土壤种子库的主要土壤因子。与传统全年自由放牧相比,季节性四区轮牧能使荒漠草原土壤种子库多年生植物种类、密度以及种子库物种丰富度、多样性和均匀度增加,虽作用不及长期封育草地,但对荒漠草原的利用与保护具有重要意义。     

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。     

载畜率对荒漠草原冷蒿植物种群密度及其空间分布的影响

载畜率是衡量草原生产能力的指标之一,研究荒漠草原冷蒿(Artemisia frigida)植物种群在不同载畜率下的耐牧程度和空间分布特征,对退化草原的恢复具有重要的指导意义。以短花针茅荒漠草原优势种冷蒿为研究对象,在4个不同载畜率放牧试验设计(对照区CK(0只/hm~2)、轻度放牧区LG(0.93只/hm~2)、中度放牧区MG(1.82只/hm~2)和重度放牧区HG(2.71只/hm~2))小区中选择代表性样地(面积为40m×40m),采用机械取样法进行取样,记录冷蒿植物种群的密度,使用SAS 9.4软件对其进行描述性统计和方差分析,并用地统计学软件GS+9.0进行空间异质性统计分析。结果表明：荒漠草原优势种冷蒿密度、出现频率和单位均值上的变异值随载畜率增大都明显下降,其植物种群空间分布的决定性因素随载畜率增大由结构性因素转变为随机性因素。LG和HG处理区的空间自相关距离较大,但这两者表现结果的影响因素存在差异。在CK和HG区,冷蒿空间分布斑块化较为明显,LG区的冷蒿空间分布的特征表现为带状分布,MG区冷蒿空间分布形成了一处大的条带和零星的几块斑块。基于上述研究结果可以得出,随着载畜率...     

油蒿叶片资源利用效率变化及其影响因素

植物资源(光、氮、水分)利用效率是反映生态功能适应气候变化的关键指示,然而鲜有研究综合考虑植物资源利用效率间的相对变化及其调控机制。选取宁夏盐池毛乌素沙地优势物种油蒿(Artemisia ordosica)为研究对象,于2017-2019年生长季对油蒿光合生理参数和环境因子进行原位监测,实验室测定叶片比叶面积(SLA)和叶氮含量(LNC),分析叶片光利用效率(LUE)、水分利用效率(WUE)、氮利用效率(NUE)的相对变化特征及其生物和非生物影响因子,探讨油蒿叶片资源利用效率对环境的响应。结果显示:油蒿LUE和NUE的季节变化趋势基本一致,两者呈正相关(R²=0.17;P<0.01),且皆与WUE季节变化不同,无显著关系(P>0.05),WUE波动幅度最高(CV=48%),NUE最低(CV=39%);研究期间LUE、WUE和NUE月均值基本在夏季出现高峰值,分别为0.12 mol/mol,104.02 μmol/mol和11.49 μmol g^-1 s^-1。土壤含水量(SWC)>0.09 m³/m³,叶片资源利用效率不受其影响,而SWC<0.09 m³/m³,WUE和SWC关系为二次函数;SWC调节土壤氮含量(N_soil)和光合有效辐射(PAR)对叶片资源利用效率的影响。叶片资源利用效率与LNC无显著相关性;SLA与LUE显著负相关(P<0.01),与NUE显著正相关(P<0.01),与WUE相关性不显著(P>0.05)。LUE主要受SLA和N_soil影响,NUE主要受SLA和SWC影响,SWC和N_soil还可通过SLA和LNC间接影响LUE和NUE。结果表明水分和土壤氮含量是限制油蒿叶片资源利用效率的主要非生物因子,比叶面积则是调控其资源利用效率的关键生物因子,是深入探究荒漠植物群落对环境响应策略的重要补充。     

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...