不同植被被覆下温性草原土壤养分分异特征

以青海湖区4种不同植被被覆下温性草原为对象,研究在自然及放牧因素影响下土壤异质性分布格局.结果表明:速效养分(速效氮、速效磷、速效钾)具有明显的分层特征,表层土壤含量最高,随土层加深含量逐渐降低.紫花针茅退化样地各层土壤速效养分含量普遍低于其他3个样地,恢复时间较长的样地(早熟禾样地)和有外来物质输入的样地(赖草样地)含量较高.全量养分表现不同,全氮含量表现出分层现象,退化和恢复时间短样地(紫花针茅退化样地、垂穗披碱草样地)表层(0～10 cm)和第二层(10～20 cm)全氮含量高,下层含量迅速降低;早熟禾样地和赖草样地各层全氮含量都较高;全磷含量随土层降低没有出现显著差异(P＞0.05),紫花针茅退化样地0～40 cm土层全磷含量都显著低于其他样地(P＜0.05),其全钾和有机质含量也普遍低于其他样地;有机质与全量养分、速效养分均呈现极显著相关(P＜0.01).随土层加深土壤容重增高,退化使土壤pH值升高.退化温性草原在恢复6a后土壤基本得到恢复,人类扰动和自然因素都影响到土壤养分状况.     

青藏高原两种植被类型净初级生产力与气候因素的关系及周转值分析

基于2008—2016年青海海北站9年净初级生产力及气候因子监测数据,分析了青藏高原高寒小嵩草草甸和高寒金露梅灌丛两种植被净初级生产力年际动态,并探讨了气候因子对其影响及其不同土层深度根系周转值特征。结果表明:(1)年际尺度上,小嵩草草甸地上净初级生产力表现为显著增加趋势,增幅为7.02 g m~(-2) a~(-1),而金露梅灌丛地上净初级生产力相对较为稳定;对于其地下净初级生产力和总生产力,小嵩草草甸和金露梅灌丛均表现为增加趋势(P0.05),9年间小嵩草草甸地上、地下和总净初级生产力平均值分别为(217.55±9.95)、(1882.75±161.33) g m~(-2) a~(-1)和(2100.30±163.38) g m~(-2) a~(-1),金露梅灌丛地上、地下和总净初级生产力9年间平均值分别为(256.27±11.4)、(1614.31±173.03) g m~(-2) a~(-1)和(1870.58±177.93) g m~(-2) a~(-1)。(2)不同植被类型地上净初级生产力对气候因素响应不同,金露梅灌丛地上净初级生产力主要受温度影响,而温度对小嵩草草甸地上净初级生产力无显著影响。此外,降水不是限制高寒生态系统草地地上净初级生产力主要因子,相比于降水影响,高寒生态系统地上净初级生产力更受温度调控。(3)年均温和年降水对金露梅灌丛和小嵩草草甸地下净初级生产力均无显著影响(P0.05),表明高寒生态系统,其地下生产力受外界气候条件变化影响微弱,是一个稳定的碳库。(4)两种植被类型其根系周转值均随着土壤深度的增加呈逐渐增加趋势,且高寒灌丛根系周转值明显高于高寒草甸根系周转值。研究表明,在全球气候变暖背景下将会增加金露梅灌丛地上净初级生产力,而对小嵩草草甸地上净初级生产力无显著影响。     

青藏高原芨芨草型温性草原不同土地利用方式的理论碳增汇潜力比较

于2009年7~8月对青藏高原芨芨草(Achnatherumsplendens)型温性草原主要分布区的4种土地利用类型──原生草地、退化草地、农田耕种和退耕还草区的土壤容重、土壤有机碳含量和植物地上、地下生物量进行对比研究,以探讨土地利用方式对青藏高原草地生态系统碳储垂向分布的影响.结果表明,土地利用方式显著影响着浅层(0~20 cm)土壤容重和地下生物量(P<0.05);农田耕种和退耕还草对土壤有机碳含量的影响程度可深达60cm;农田耕种区和退耕还草区的地上生物量极显著高于原生草地区和退化草地区(P<0.01);原生草地、退化草地、农田耕种区和退耕还草区的系统(植物+0~40 cm土壤)碳储分别为122.84、108.82、130.68和108.99 t?hm-2;以原生草地区地下系统碳储为参照,退化草地、农田耕种区和退耕还草区的增汇潜力分别为14.05、-6.38和14.88 t?hm-2,但增汇的时间效益和经济效益区别较大.     

三江源区不同退化程度高寒草原土壤呼吸特征

为了研究高寒草原退化对土壤呼吸的影响,对三江源区不同退化程度的高寒草原土壤呼吸进行了测定,分析了土壤呼吸与生物量、土壤温度以及土壤湿度的相关性,结果表明:1)不同退化程度的高寒草原土壤呼吸均表现出一定的月动态,这种月动态在不同退化程度间各有不同。2)高寒草原在退化演替序列上生长季平均土壤呼吸速率呈先增加后降低的变化趋势,其中在中度退化程度下达到最高值((2.46±0.27)μmol·m–2·s–1),显著高于未退化((1.92±0.11)μmol·m–2·s–1)和重度退化((1.30±0.16)μmol·m–2·s–1)水平(p0.01),与轻度退化((2.22±0.19)μmol·m–2·s–1)无显著差异(p0.05),重度退化程度下呼吸速率显著低于其他退化水平(p0.01)。3)地上生物量和土壤呼吸存在极显著线性正相关关系(p=0.004),而地下生物量与土壤呼吸的相关性不很显著(p=0.056)。4)除重度退化外,未退化、轻度退化和中度退化高寒草原土壤呼吸与土壤温度显著正相关;土壤呼吸与土壤湿度的二项式拟合方程在轻度退化程度下达到显著水平(p0.05),而在未退化、中度退化和重度退化程度下均达到极显著水平(p0.01)。     

青藏高原高寒矮嵩草草甸碳增汇潜力估测方法

以广布于青藏高原的高寒矮嵩草草甸为研究对象,研究了草甸碳储存的场所、碳库容量随草甸演替的变化过程及其碳增汇潜力的空间分布格局,同时探讨了高寒草甸碳增汇潜力估测的困惑与解决方法。结果表明,高寒草甸生态系统碳增汇潜力空间分布格局差异极大,主要受到土层厚度和草地演化进程的影响。高寒草甸碳主要贮存于草毡表层,其增汇潜力在于退化草地草毡表层的恢复与重建。保持适宜厚度的草毡表层是协调高寒草甸生产与碳生态服务功能的关键。随着退化高寒草甸的恢复,土壤容重呈现下降趋势,计算其系统碳增汇潜力,需要用根土体积比进行土层深度的校正。高寒草甸具有较大的固碳潜力,但其潜力的发挥受到气候和草地恢复与管理措施的影响,比较漫长。     

不同演替状态下高寒草甸土壤物理性质与植物根系的相互关系

采用空间代时间的方法,以高寒嵩草草甸不同退化演替状态土壤物理性质(土壤机械阻力、温度、湿度)为变量,探讨高寒草甸不同退化阶段土壤物理性质同植物根系生长特质的相互关系。结果表明:高寒嵩草草甸根系分布具有明显的"V"型垂直构型特征;高寒嵩草草甸根系以细根为主,直径0.5 mm的根系占全剖面根系总长的90.8%—93.6%。土壤紧实度和土壤湿度与植物根系直径细化具有显著的正相关关系(P0.05);土壤温度与根系细化之间具有显著的负相关关系(P0.05),且其对高寒嵩草草甸根系生长特性形成的贡献率最高,说明高寒嵩草草甸植物根系生长构型特征的主控因子为温度。高寒嵩草草甸根系细化及表聚现象与土壤物理性质之间具有一定程度的互馈效应。低温、高紧实度和较高的土壤湿度有助于形成高密度和细根构型的草毡表层,这种土壤根系构型也是高寒草甸植物群落为适应放牧干扰及恶劣环境的应激性改变。该发现对明晰草地退化演替过程中生态系统构件对外界干扰改变的响应和适应过程及为制定合理有效的退化高寒草甸恢复措施提了供理论依据。     

放牧影响下不同盖度金露梅灌丛草本植物叶功能性状与土壤因子的关系

植物功能性状与环境因子的研究对认识不同环境梯度下植物群落的形成及对环境的适应机制具有重要意义。该研究以高寒金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛草甸为研究对象,分析放牧影响下金露梅灌丛不同盖度梯度(金露梅灌丛盖度为0%、30%、60%和90%的灌草斑块)灌草斑块中草本植物叶功能性状与土壤因子的变化趋势及其相互关系。结果表明:(1)土壤容重(BD)、土壤pH和土壤养分在金露梅灌丛盖度梯度下差异显著,干柴滩金露梅灌丛具有明显的"沃岛效应";随着金露梅灌丛盖度的递增,土壤理化性质变化趋势各有分异。(2)随着金露梅灌丛盖度的增加,比叶面积(SLA)显著上升,叶片厚度(LT)和叶片磷含量(LPC)呈显著下降趋势(P0.05)。(3)比叶面积与叶片厚度呈负相关关系,与叶片氮磷含量(LNC、LPC)呈极显著负相关关系(P0.01),与叶片碳含量(LCC)呈极显著正相关关系(P0.01)。(4)RDA冗余分析表明,土壤因子对叶功能性状变异的平均解释变量达72.25%,影响植物功能性状的主导因子有土壤有机质(SOM)、土壤全氮(TN)、土壤有效氮(AN)、土壤有效钾(AK)和土壤容重(BD),但不同盖度金露梅灌丛群落中影响叶性状的主导因子存在差异。金露梅灌丛盖度较小(30%)时受SOM和TN、AN的影响较大,而金露梅灌丛盖度较大时(60%)时主要受AK和BD的影响。     

青藏高原矮嵩草草甸地下和地上生物量分配格局及其与气象因子关系

基于2006—2015年青海海北站10年生物量及气候因子监测数据,分析了青藏高原高寒矮嵩草草甸生物量的季节及年际动态,并探讨了气候因子对其影响。结果表明:(1)季节尺度上,高寒矮嵩草草甸地上生物量表现为单峰变化曲线,8月为其峰值点,为(345.72±27.01)g/m2,代表了高寒草甸的地上净初级生产力。而地下根系的现存量变化较为复杂,其中5—7月呈现持续上升趋势,8月快速下降,之后9月份急剧,且各月份之间未达到显著水平(P0.05);年际尺度上,10年间高寒矮嵩草草甸地上生物量整体呈现波动增加趋势,2014年为其峰值点,达(437.12±32.01)g/m2。地下生物量呈现波动性变化,变异较大,10年间平均值为(2566.99±138.11)g/m2;(2)高寒草甸光合产物分配主要分布在地下,80%地下根系生物量分布于地表0—10 cm土层,且不同土层根系生物量占总地下生物量的比值在不同月份较为稳定。(3)气候因子中,大气相对湿度是影响高寒草甸地上生物量大小的主要因素;而气候因子对地下根系生物量的影响极为微弱。研究表明,高寒嵩草草甸对环境变化具有较高的自我调节能力,且高寒草甸的演化受制于人类干扰,而非气候变化。     

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。     

青海省高寒草地土壤无机碳储量空间分异特征

以青海省主要高寒草地类型即温性草原、高寒草原、草甸草原以及高寒草甸为研究对象,进行其土壤无机碳(SIC)储量分异特征研究。结果表明,在取样剖面内四类草地SIC储量依次为温性草原高寒草原草甸草原高寒草甸,其值分别为16.51、16.48、3.37 kg C/m2和0.12 kg C/m2,温性草原与高寒草原土壤是高寒草地无机碳的主要储蓄库。温性草原与高寒草原50—100cm SIC储量分别占0—100cm总储量的60.2%和51.8%,而草甸草原与高寒草甸30—50cm SIC储量分别占0—50cm总储量的50.1%和55.8%,说明土体下部是高寒草地无机碳储蓄的主要场所。四类草地SIC含量随土层深度的变化过程各异,其碳酸钙富集层与野外剖面调查所得碳酸钙盐酸泡沫检验结果相吻合。SIC储量与土壤容重和土壤p H均呈显著正相关关系,与地下生物量呈显著负相关关系。