荒漠草原向灌丛地转变过程中两种优势植物种子萌发及阈值特征

选取宁夏荒漠草原人为灌丛地转变过程中的两种优势种沙芦草（Agropyron mongolicum）和柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）为对象,利用不同浓度PEG条件下的种子萌发特性来探究其在干旱胁迫下植被更新萌发特征,结果表明：柠条锦鸡儿平均初始萌发时间早于沙芦草14 h,且柠条锦鸡儿吸水率低于沙芦草,分别为201.21%、293.43%;柠条锦鸡儿和沙芦草种子萌发率和萌发速率均随渗透势的升高呈先上升后下降趋势,且均在-0.02 MPa时萌发率最高,分别为28.67%、44.67%,在-1.2 MPa时最低,分别为6.67%、1.33%;两者萌发速率均在-0.02 MPa时达到最大,分别为12.84%、9.52%,且柠条锦鸡儿起始萌发天数少于沙芦草1-4 d;通过S型生长曲线和线性模型模拟种子萌发水势和萌发率关系,分析得出柠条锦鸡儿萌发水势阈值范围为-0.3--0.86 MPa、沙芦草为-0.3--0.65 MPa,灌木柠条锦鸡儿种子萌发水势阈值范围低于多年生禾草沙芦草。以上结果表明灌丛引入下的荒漠草原在未来干旱条件下,其灌丛柠条锦鸡儿种子在植被更新中较沙芦草更具萌发优势。     

荒漠草原-灌丛镶嵌体的植被稳态转变特征

以柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）灌丛引入形成荒漠草原-灌丛地镶嵌体为研究对象,选择其内部荒漠草地（DG）、草地边缘（GE）、灌丛边缘（SE）、灌丛地（SL）为试验样地,开展荒漠草原向灌丛地人为稳态转变过程土壤水分与植被变化特征研究。结果如下：各样地0-200 cm土层水分含量随着转变过程呈显著降低趋势（P<0.05）,其中荒漠草地、草地边缘和灌丛边缘样地的土壤水分均在秋季雨水补充期增加,灌丛地由于深层土壤水分过度消耗而愈加降低,且灌丛边缘和灌丛地深层水分显著低于荒漠草地、草地边缘（P<0.05）,垂直动态不显著;地上植被随样地转变除优势度指数表现为灌丛地多样性、均匀度、丰富度指数均显著低于各样地（P<0.05）,多年生优势草本蒙古冰草（Agropyron mongolicum）、短花针茅（Stipa breviflora）逐渐被一年生草本刺藜（Dysphania aristata）、猪毛蒿（Artemisia scoparia）所代替;土壤种子库萌发种类随样地转变逐渐减少,种子库密度则显著升高（P<0.05）,灌丛地以一年生草本植物为主（占总密度的97.51%）,荒漠草地则以多年生草本萌发为主,且各样地土壤萌发种子库及多年生草本多集中于0-5 cm土层（P<0.05）;转变过程荒漠草原和灌丛地植被地上地下相似度分别为0.14和0.19,均显著低于两边缘样地0.35,较两边缘样地群落更为稳定,呈现草原灌丛化过程中草地-灌丛共存的植被双稳态特征。     

荒漠草原土壤微生物矿化对灌丛引入过程及水分的响应

以宁夏荒漠草原封育草地（封育14年）、放牧地为对照,开展不同年限（3a、12a、22a）和间距（40 m、6 m、2 m）柠条地（Caragana korshinskii）灌丛引入过程土壤微生物矿化及对不同水分梯度（自然降雨、前期饱和、持续干旱）响应特征研究。结果表明：灌丛地0-20 cm和0-100 cm土层土壤全氮含量均高于放牧地且随年限和密度增加呈增高趋势,分别为0.28-0.42、0.27-0.42 g/kg和0.28-0.51、0.27-0.51 g/kg,但在22年且密度增至2 m间距的灌丛地与封育草地相比差异不显著或呈降低趋势;微生物量氮变化分别为0.041-0.057、0.041-0.081 mg/kg,且22年灌丛地呈显著降低,2 m间距灌丛地呈显著增加,但均显著低于封育草地0.079 mg/kg和放牧地0.103 mg/kg （P<0.05）;真菌/细菌比值随灌丛地年限和密度增加变化为0.06-0.33,均高于封育草地0.04和放牧地0.03（P<0.05）,微生物变化改变了灌丛地的矿化过程,相较封育草地0.003 mg kg^-1 d^-1和放牧地-0.068 mg kg^-1 d^-1的净矿化速率,不同年限/间距灌丛地虽分别降低为-0.155--0.084、-0.116--0.061 mg kg^-1 d^-1,但均表现为前期加速硝化过程,使得硝态氮则随年限和密度增加呈增加趋势显著高于两样地,而铵态氮变化则较为稳定;封育草地对干旱具缓冲作用,持续矿化,而放牧地和灌丛地净矿化速率对水分降低响应积极,分别降低280.3%和440.2%,其中放牧地和灌丛地以硝化作用变化尤为显著,特别是灌丛地则随干旱加剧净硝化速率均呈显著降低趋势（P<0.05）,其净矿化速率变化以硝化过程占主导。     

宁夏东部荒漠草原-灌丛地转变过程土壤氮素响应

选取近30年荒漠草原灌丛引入形成的典型草地-灌丛镶嵌体内部的荒漠草地、草地边缘、灌丛边缘、灌丛地为研究样地,对各样地及其微生境(植丛与空斑)相关土壤指标进行测定,以了解荒漠草地向灌丛地转变过程中土壤氮素的响应特征。结果表明: 随草地灌丛化转变,草本与灌丛生物量均增加,其中一年生草本随灌丛引入增加明显;土壤水分、全碳、全氮及微生物生物量均呈降低趋势,微生物数量在草地边缘与灌丛边缘降低,而在灌丛地增加并略高于荒漠草地;从荒漠草地转变至灌丛地,硝态氮显著升高52.3%,最高为28.45 mg N·kg^-1,铵态氮显著降低10.4%,最低为4.81 mg N·kg^-1。微生物生物量氮与土壤水分呈显著正相关,而矿化氮与土壤水分响应关系则随着植被转变呈非线性变化,即硝态氮和铵态氮与土壤水分在荒漠草地和草地边缘呈正相关,而在灌丛边缘和灌丛地呈负相关。荒漠草地向灌丛地近30年的转变过程中,土壤全氮、微生物生物量氮呈降低趋势,而矿化氮显著增加,其中硝态氮尤为明显,表现出从荒漠草地土壤氮素的硝化抑制向灌丛地硝化加速转变。     

宁夏东部荒漠草原向灌丛地人为转变过程中土壤胞外酶活性响应

以宁夏东部荒漠草原-灌丛地典型镶嵌体内部荒漠草地、草地边缘、灌丛边缘、灌丛地为对象,对各样地植丛和空斑下土壤特性及6种土壤胞外酶活性(纤维二糖水解酶、β-1,4-木糖苷酶、β-1,4葡萄糖苷酶、β-1,4-乙酰基氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和碱性磷酸酶)进行分析,研究荒漠草原向灌丛地人为转变过程中胞外酶的响应特征。结果表明: 荒漠草原向灌丛地转变过程中,土壤水分、有机碳、全氮、全磷、微生物生物量碳、微生物生物量氮均显著降低,且灌丛地显著低于草地26.0%～88.5%;除草地边缘土壤水分、有机碳空斑略高于植丛外,其他指标均表现为各样地植丛显著高于空斑3.9%～82.3%。6类土壤胞外酶活性在转变过程中均呈下降趋势,降幅为22.1%～82.4%,其中亮氨酸氨基肽酶和碱性磷酸酶降低最为显著,分别降低82.4%和75.5%;除灌丛地β-1,4-乙酰基氨基葡萄糖苷酶在空斑显著高于植丛外,其他胞外酶活性均表现为各样地植丛高于空斑10.7%～42.7%;转变过程中6类胞外酶活性之间呈显著正相关,且均与土壤特性呈不同程度正相关,其中各类土壤胞外酶活性对土壤微生物生物量碳、氮及全氮响应较为积极。