黄土高原草地植物多样性与群落稳定性的关系及其驱动因素

植物多样性对维持生态功能的稳定发挥具有重要作用。以黄土高原不同植被带草地为研究对象,基于野外调查和实验分析,探究黄土高原不同植被带草地植物多样性与群落稳定性特征和二者之间的关系以及影响因素。结果表明：黄土高原草地群落结构特征(地上生物量、地下生物量)与植物多样性具有明显的纬度分布格局,草地植物多样性和生物量均表现出自东南向西北沿森林草原带—森林带—草原带—草原荒漠带逐渐递减趋势。森林草原带草地植物多样性和群落稳定性显著高于森林带、草原带和草原荒漠带;植物多样性与群落稳定性之间存在显著正相关关系,可以作为衡量群落稳定性的指标,其稳定性大小表现为森林草原带>森林带>草原带>草原荒漠带。降雨量是影响植物多样性和群落稳定性的主要因素,并通过改变土壤含水量影响群落稳定性。研究结果揭示了草地植物多样性与群落稳定性之间的关系及驱动机制,为维持黄土高原草地生态系统的群落稳定性提供了科学依据。     

不同恢复方式对退化高寒草甸土壤nifH和chiA微生物群落结构的影响

生物固氮和有机氮降解是土壤有效氮的主要来源,固氮和有机氮降解微生物对土壤氮素供应和地力维持具有重要作用。本研究以青藏高原4种不同利用方式的高寒草甸(未扰动、放牧、围封和围封+补播草甸)为对象,结合荧光实时定量和扩增子测序技术,研究了不同恢复方式对nifH固氮菌和chiA几丁质降解菌基因丰度及其微生物群落结构的影响。结果表明: 4种草甸的nifH和chiA基因丰度大小排序为: 未扰动草甸＞放牧草甸＞围封草甸＞围封+补播草甸,其中未扰动草甸的nifH和chiA基因丰度分别是其他3种草甸的3.4～6.3倍和3.3～8.3倍;固氮菌α多样性在放牧、围封和围封+补播草甸中显著高于未扰动草甸,而几丁质降解菌的α多样性在未扰动和放牧草甸中最高;放牧显著提高了变形菌的丰度而降低了蓝细菌和放线菌丰度;土壤含水量、养分和植被特征对nifH和chiA的基因丰度和群落结构均有显著影响。与未扰动草甸相比,放牧降低了高寒草甸的固氮和有机氮降解潜力,而10年的围封禁牧和补播植草措施对固氮和有机氮降解功能的改善作用不明显。草甸恢复时应综合考虑功能微生物特征及其影响因素,放牧草甸恢复至未扰动水平可能需要更长的封育时间或者采用更加合理的管护措施。     

禁牧对半干旱草地土壤氮循环功能基因丰度和氮储量的影响

以黄土高原云雾山不同禁牧(0、7、18、27和35年)草地为对象,研究禁牧对不同土层(0～10、10～20、20～40和40～60 cm)土壤氮循环微生物功能基因(nifH、amoA-AOA、amoA-AOB、narG、nirK、nirS和nosZ)丰度的影响,并分析了土壤氮循环微生物功能基因与土壤氮储量之间的关系.结果表明: 与放牧相比,禁牧35年提高了nifH和amoA-AOB的基因丰度,分别增加了67.8%和17.6%;禁牧降低了nirK基因丰度.表层土壤(0～10 cm)nifH、narG和nirS基因丰度显著高于深层土壤(20～40和40～60 cm),表明nifH、narG和nirS基因具有表聚效应.禁牧提高了土壤氮储量,在27年时0～60 cm土层土壤氮储量最高(20.96 mg·hm^-2),说明27年可能为最适禁牧年限.nifH、amoA-AOA和amoA-AOB基因丰度与氮储量具有显著线性关系,表明含有这些基因的微生物对于提高土壤氮储量具有重要作用.土壤全氮、容重以及速效磷含量是影响土壤氮循环基因的主要因素.本研究结果为深入理解土壤氮循环过程及退化草地的恢复提供了科学参考.