氮添加对高寒草甸土壤微生物呼吸及其温度敏感性的影响

土壤氮素的可利用性是控制土壤微生物呼吸的重要因素之一,大量研究已经表明增加土壤活性氮的含量可以降低微生物呼吸,但是土壤氮输入对土壤微生物呼吸温度敏感性的影响还不清楚。以青藏高原高寒草甸为研究对象,通过野外施氮试验和室内控制试验相结合的方式,在5℃、15℃和25℃条件下对3种施氮水平的土壤(对照,0g N m~(-2)a~(-1);低氮,5g N m~(-2)a~(-1);高氮,15g N m~(-2)a~(-1))进行培养,探讨土壤微生物呼吸及其温度敏感性对不同氮添加水平的响应情况。结果表明:(1)3个温度培养下的土壤微生物呼吸速率和累积碳释放量均随施氮量的增加而显著降低(P0.05);(2)氮添加对5℃和15℃培养条件下的微生物呼吸温度敏感性没有显著影响,但显著地增加了15℃和25℃培养条件下的微生物呼吸温度敏感性(P0.05);(3)线性相关分析表明,土壤累积碳释放量与土壤有机碳的难降解性显著负相关(P0.05),而15℃和25℃培养条件下的微生物呼吸温度敏感性与土壤有机碳的难降解性显著正相关(P0.05)。结果表明,在全球气候变暖的背景下,土壤氮输入将增加预测青藏高原高寒草甸地区土壤碳排放的不确定性。     

放牧对青藏高原东缘高寒草甸群落27种植物地上生物量分配的影响

通过对比研究青藏高原高寒草甸27种植物群落组分种在放牧和长期排除放牧生境中的生物量分配差异,试图揭示长期放牧干扰对植物生活史对策的影响.结果表明:(1)放牧对群落物种个体生物量大小和生物量分配有着显著的影响;(2)总体来看:多数物种(24)放牧生境中的平均个体生物量明显小于禁牧地中的平均个体生物量;而多数物种在放牧后(23种)繁殖分配明显增加;茎分配有增有减(15减小12种增加);叶分配呈减小趋势(20种减小7增加).(3)放牧的影响在不同物种间和功能群间都存在着明显的差异.放牧使毒草茎分配减小叶分配增加,繁殖分配几乎不受影响;豆科和杂草繁殖分配增加,茎分配和叶分配减小,其中豆科两个种的生物量分配变化都不显著;禾草叶分配减小,繁殖分配和茎分配增加; (4)在群落水平上,放牧使繁殖分配和叶分配增加,茎分配减少.     

青藏高原高寒草甸植物群落生物量对氮、磷添加的响应

青藏高原正经历着明显的温暖化过程, 由此引起的土壤温度的升高促进了土壤中微生物的活性, 同时青藏高原东缘地区大气氮沉降十分明显, 并呈逐年增加的趋势, 这些环境变化均促使土壤中可利用营养元素增加, 因此深入了解青藏高原高寒草甸植物生物量对可利用营养元素增加的响应, 是准确预测未来全球变化背景下青藏高原高寒草甸碳循环过程的重要基础。该研究基于在青藏高原高寒草甸连续4年(2009-2012年)氮、磷添加后对不同功能群植物地上生物量、群落地上和地下生物量的测定, 探讨高寒草甸生态系统碳输入对氮、磷添加的响应。结果表明: (1)氮、磷添加均极显著增加了禾草的地上绝对生物量及其在群落总生物量中所占的比例, 同时均显著降低了杂类草在群落总生物量中的比例, 此外磷添加极显著降低了莎草地上绝对生物量及其在群落总生物量中所占的比例。(2)氮、磷添加均显著促进了青藏高原高寒草甸的地上生物量增加, 分别增加了24%和52%。(3)氮添加对高寒草甸地下生物量无显著影响, 而磷添加后地下生物量有增加的趋势。(4)氮添加对高寒草甸植物总生物量无显著影响, 而磷添加后植物总生物量显著增加。研究表明, 氮、磷添加可缓解青藏高原高寒草甸植物生长的营养限制, 促进植物地上部分的生长, 然而高寒草甸植物的生长极有可能更受土壤中可利用磷含量的限制。     

氮素添加对内蒙古草甸草原生态系统CO2交换的影响

氮沉降增加将影响草原生态系统固碳, 但如何影响草原生态系统CO₂交换目前为止还没有定论。同时, 不同类型和剂量氮素对生态系统CO₂交换影响的差异也不明确。选取内蒙古额尔古纳草甸草原, 开展了不同类型氮肥和不同剂量氮素添加条件下生态系统CO₂交换的野外测定。实验设置尿素和缓释尿素2种类型氮肥各5个剂量水平(0、5.0、10.0、20.0和50.0 g N·m^-2·a^-1)。结果显示, 生长季初期及中期降雨量低时, 氮素添加抑制生态系统CO₂交换; 而生长季末期降雨量较高时促进生态系统CO₂交换。随着氮素添加水平的提高, NEE和GEP均显著增加, 当氮素添加量达到10 g N·m^-2·a^-1时, NEE和GEP的响应趋于饱和。2种氮肥(尿素和缓释尿素)仅在施氮量为5 g N·m^-2·a^-1时, 缓释尿素对生态系统CO₂交换的促进作用显著大于尿素, 在其它添加剂量时差异不显著。研究结果表明: 氮素是该草甸草原生态系统的重要限制因子, 但氮沉降增加对生态系统CO₂交换的影响强烈地受降雨量与降雨季节分配的限制, 不同氮肥(尿素和缓释尿素)对生态系统CO₂交换作用存在差异。     

模拟增温对青藏高原高寒草甸根系生物量的影响

在青藏高原高寒草甸布设模拟增温实验样地,采用土钻法于2012—2013年植被生长季获取5个土层的根系生物量,探讨增温处理下根系生物量在生长季不同月份、不同土壤深度的变化趋势及其与相应土层土壤水分、温度的关系。结果表明:(1)根系生物量在2012年随月份呈增加趋势,其中7—9月较大,其平均值在对照、增温处理下分别为3810.88 g/m~2和4468.08 g/m~2;在2013年随月份呈减小趋势,其中5—6月较大,其平均值在对照、增温处理下分别为4175.39 g/m~2和4141.6 g/m~2。增温处理下的总根系生物量高出对照处理293.97 g/m~2,而各月份总根系生物量在处理间的差值均未达到显著水平。表明在增温处理下根系生物量略有增加,但在生长季不同月份其增加的程度不同,致使年际间的增幅出现差异。(2)根系生物量主要分布在0—10 cm深度,所占百分比为50.61%。在增温处理下,0—10 cm深度的根系生物量减少,减幅为8.38%;10—50 cm深度的根系生物量增加,增幅为2.1%。相对于对照处理,增温处理下0—30 cm深度的根系生物量向深层增加,30—50 cm深度的根系生物量增加趋势略有减缓。可见,在增温处理下根系生物量的增幅趋向于土壤深层。(3)根系生物量与土壤水分呈极显著的递减关系,在增温处理下线性关系减弱;与土壤温度呈极显著的递增关系,在增温处理下线性关系增强。表明土壤水分、温度都可极显著影响根系生物量,但在增温处理下土壤温度对根系生物量的影响较土壤水分更为敏感而迅速。     

高寒草甸放牧生态系统夏秋草场轮牧制度的模拟研究

利用ＧＭＡＭＥ１模拟高寒草甸放牧生态系统夏秋草场在临界放牧压力下的２７０种轮牧制度,并对其累积采食量进行比较分析。结果指出：在高寒草甸放牧生态系统中,最佳的轮牧小区数目为３或４个。证明了Ｍｏｒｌｅｙ规则：最佳轮牧小区数目应该小于１０。推荐２个高寒草甸地区最佳的轮牧模式供野外实验和放牧规划参考：（１）３个轮牧小区,每小区每次持续放牧２９ｄ,放牧压力为３０．１４ｋＪ／ｍ２·ｄ,累积牧草采食量最高为４２５０．４４３ｋＪ／ｍ２。（２）为保持牧草结构的稳定和各轮牧小区牧草生物量的均匀性,可以采用３个轮收小区,放牧持续时间７ｄ,放牧压力Ｉ（１４５）＝２８．８９１４ｋＪ／ｍ２·ｄ,累积采食量为４０７３．３４ｋＪ／ｍ２。     

13C脉冲标记揭示放牧对高寒草甸同化碳分配的影响

放牧是人类对草地进行利用的重要方式之一, 放牧影响草地生态系统的结构和功能, 改变植物光合碳(C)分配, 进而改变土壤有机碳的储存。青藏高原的高寒草甸是世界上海拔最高的草地生态系统, 寒冷季节长等独特的环境特点使其具有高的土壤有机碳含量。为了揭示长期轻度放牧对植物光合碳分配及植物光合碳在各库之间运移的影响, 基于在青藏高原矮嵩草草甸开展的长期冬季轻度放牧和围栏封育实验, 利用 ¹³C示踪方法揭示了放牧对光合碳在植物地上、地下组织的分配以及光合碳在植物、土壤各碳库中的运移和滞留。研究结果发现, 在 ¹³C标记之后第30天, 冬季轻度放牧样地的植物地上部分内 ¹³C约占开始时 ¹³C含量的32%, 根和土壤中的 ¹³C约占22%, 植物地上部分呼吸中的 ¹³C量约占30%。在放牧和围封这两个不同处理中, 土壤中光合碳的滞留以及光合碳随土壤呼吸释放的速率存在显著差异。长期冬季轻度放牧促使植物将更多的光合碳输入到根和土壤碳库中。与围栏封育处理相比较, 放牧处理下的 ¹³C从植物地上部分输入到地下的速率较快, 通过土壤呼吸释放的速率也快, 而植物地上部分和植物地上部分呼吸中 ¹³C的量较低。另外, 高寒矮嵩草草甸土壤C储量在冬季轻度放牧和围栏封育处理下没有显著差异。我们的研究表明, 尽管冬季轻度放牧改变了植物光合碳分配在地上和地下碳库中的分配, 但是没有显著影响土壤碳库储量。     

短期氮沉降对纳帕海高寒退化疏花早熟禾草甸土壤呼吸干湿季变化的影响

为探究氮沉降增加背景下高寒草甸土壤呼吸干湿季变化及其与环境因子的耦合关系,选择纳帕海典型退化草甸疏花早熟禾群落,设置对照(0 g·m^-2·a^-1)、低氮(5 g·m^-2·a^-1)、中氮(10 g·m^-2·a^-1)和高氮(15 g·m^-2·a^-1)4个水平的氮沉降模拟试验,分析氮沉降引起的地上生物量、植物多样性及土壤理化性质变化对土壤呼吸的影响。结果表明：不同氮沉降处理均显著促进草甸土壤呼吸,干季和湿季土壤呼吸速率相较于对照分别增加了21.9%～53.9%和27.3%～51.2%,且在中氮处理下增幅最大。氮沉降显著提升草甸地上生物量(增幅达52.2%～66.4%);植物多样性随氮添加总体呈降低趋势,湿季最大降幅(13.5%～24.2%)出现在高氮处理。氮沉降显著增加土壤铵态氮、有机质、微生物生物量碳氮、温度和含水率(增幅为14.3%～333.5%),氮沉降显著降低土壤pH(减幅达9.0%～34.6%)。结构方程表明...     

模拟放牧斑块与氮素添加对半干旱草原群落植物生长的影响

放牧时,动物采食及其排泄物会影响植物的生长,但动物彩食及其排泄物的空间异质性可能会影响这咱效应.在位于我国北方典型农牧交错区的内蒙古多伦县,我们研究了模拟入牧斑块和施氧肥对植物生长的影响,实验采用模拟放牧采食斑块(观割半径分别0、10、20、40和8cm)和土壤施氮(分别为0、5、20Gn\m2)两种处理,植物地上部收获后分为绿体和立柯两部分,并分析其含氮量.结果表明,刈割降低了植物的生物量(40.5%),而施氮可增加生物量(57.8%)刈割交通规则植物生长的抑制作用在面积最水又施肥的斑块上表现更明显.土壤施氮可以促进杜物生长并且影响刈割效应.同时植物的绿-枯比阻碍施氮水平的增回而增回,因此氮会延迟植物的衰老.以上结果表明,刈割(模拟动物采食)斑块的大小会影响草原植物的生长,土壤施氮(模拟动物尿氮)可以提高草原生态系统的初级生产力,并影响刈割效应.     

增温对青藏高原高寒草甸生态系统固碳通量影响的模拟研究

低温被广泛认为是高寒草甸生态系统首要限制性因子,因此增温可能会在某种程度上促进初级生产力,但是也可能由于土壤水分、N素营养状况的改变形成新胁迫而抑制生产力提高。此外,生态系统呼吸由于增温而提高的幅度也可能高于初级生产力提高的幅度,造成总碳库平衡的改变。利用青藏高原海北高寒草甸实测数据对生态系统过程模型Biome-BGC(V.4.2)进行了参数化,并利用研究区实测土壤水分(0-40 cm)和其它观测数据对模型进行了检验,证明模型模拟结果较为可靠。模型使用2005-2008年的海北气象站实测气象数据包括气温、降水等作为驱动数据,模拟了增温1.2-1.7℃下青藏高原海北定位站高寒草甸生态系统碳通量的变化,并整合分析增温试验平台上已发表的试验,与模拟结果进行对比,探讨增温对海北高寒草甸生态系统碳收支的可能影响。结果表明:2005-2008年青藏高原高寒草甸生态系统为弱的碳汇,短期增温导致系统净碳固定增加。增温直接影响系统碳通量,也通过土壤水分和土壤矿化氮变化间接影响碳通量,相比土壤水分和氮素,增温对影响碳通量变化过程中的效应更大;研究也揭示,在增温条件下,植物对土壤矿化氮的吸收量小于有机质分解产生的土壤矿化氮量,土壤矿化氮含量增加。     

模拟增温对西藏高原高寒草甸土壤供氮潜力的影响

过去几十年青藏高原呈现显著的增温趋势,冬季增温幅度显著高于生长季的季节非对称特征。气候变暖会对生态系统氮素循环产生重要影响,但关于全年增温与冬季增温对高寒生态系统氮循环的不同影响仍缺乏研究。在青藏高原高寒草甸区开展模拟增温试验,研究季节非对称增温对高寒草甸生态系统氮循环的影响。该试验布设于2010年7月,设置3种处理(不增温、冬季增温与全年增温)。研究结果发现,开顶箱增温装置造成了小环境的暖干化:显著提高了地表空气温度和表层土壤温度,降低了表层土壤含水量。冬季增温会加剧土壤中氮素的流失,所以在经历了冬季增温后土壤氮含量显著降低;在生长季节,土壤氮素周转速率受土壤水分的调控,在降雨较少的季节,增温引起的土壤含水量降低会抑制土壤氮周转速率。对于土壤微生物量而言,高寒草甸土壤微生物量碳表现出明显的季节动态,在生长季旺盛期较低,在生长季末期和初冬季节反而较高,这说明为了降低对土壤养分的竞争,高寒草甸植物氮吸收与土壤微生物氮固持在时间上存在分离。研究结果表明,冬季增温导致的土壤养分含量变化会影响随后生长季植物群落的生产力、结构组成与碳氮循环等过程,对生态系统过程产生深远的影响。     

短期牦牛放牧强度对川西北高原高寒草甸土壤细菌群落的影响

气候变化和人类干扰使青藏高原的草地退化日趋严重,特别是过度放牧导致的草地退化现象尤为突出;然而,牦牛作为青藏高原分布广且数量多的重要家畜,其不同放牧强度对高寒草甸土壤理化性质与细菌群落的影响仍不明晰。在川西北高原典型高寒草甸开展牦牛放牧强度试验,设置了对照组(禁牧)、轻度放牧(1头牦牛/hm~2)、中度放牧(2头牦牛/hm~2)和重度放牧(3头牦牛/hm~2)4个放牧强度,每个强度设置3个重复。两年放牧实验后的结果表明：短期的重度放牧导致土壤有效磷显著增加,而其它土壤性质在各放牧强度变化不显著;随着放牧强度的增加,土壤细菌α多样性呈先增加后减少的趋势,其主要原因是牦牛活动为细菌的生长繁殖提供了有利的营养条件,但由于放牧的持续时间较短,变化不显著;就优势菌而言,土壤绿弯菌门中存在光合自养细菌,在重度放牧下显著高于对照组,其它各菌门在不同放牧强度下无显著差异;土壤氮与硝化螺旋菌门呈正相关,速效磷与酸杆菌门也呈显著正相关,均说明放牧强度对土壤细菌类群的影响是通过土壤性质间接实现的。本实验通过研究不同牦牛放牧强度下的土壤细菌群落结构,为放牧策略的制定提供了基础数据支持,为草地退化的防治提供理论...     

放牧强度对高寒草甸土壤理化性状和植物功能群的影响

为明晰放牧强度对植物功能群落的物种分布特征和土壤理化性状的影响。在青藏高原东北缘高寒草甸设置6块放牧强度样地开展试验。采用多元排序和方差分解等方法,分析放牧强度作用下植物功能群落物种分布与土壤物理结构和化学养分因子的定量关系。结果表明:(1)随放牧强度增加,禾本科、莎草科和多年生杂类草植物群落的物种丰富度、盖度和实际重要值均显著降低,而一年生杂类草无显著变化。(2)对于土壤化学养分,不同放牧强度区,土壤速效钾、全氮和有机质含量均随土层深度的增加而降低,土壤速效磷在不同放牧强度区变化规律不一致。随放牧强度增加,土壤速效钾和全氮含量增加,而土壤速效磷和有机质含量无明显变化。(3)对于土壤物理性状,不同放牧强度区,随土层深度增加,土壤紧实度和容重均增加,而土壤含水量和通气孔隙度均降低。随放牧强度增加,0—30 cm各土层深度的土壤紧实度和容重均增加,土壤含水量和通气孔隙度均降低。(4)以功能群为基本单元对植物群落进行方差分解得出,土壤物理性状可单独解释群落功能群分布总方差的58.10%。(5)基于物种尺度对不同功能群落与环境因子进行定量研究表明,土壤紧实度是决定每种功能群物种分布格局的最主要因子。禾本科、莎草科和多年生草本植物均受土壤物理性状的显著影响,贡献率分别为26.3%、31.0%和16.5%。而一年生草本植物不受土壤物理和化学性状的显著影响。综上所述,放牧强度对土壤化学性状的影响具有不确定性,而对土壤物理性状和群落特征的影响具有确定性。土壤物理结构性状主导了高寒草甸植物功能群落的物种分布格局。     

疏勒河源高寒草甸土壤微生物生物量碳氮变化特征

土壤微生物生物量是土壤有机质的活性部分,是反映土壤质量和碳氮循环机制的重要指标。本文以青藏高原东北缘疏勒河源高寒草甸为研究对象,对土壤微生物生物量碳（SMBC, mg/kg）和微生物生物量氮（SMBN, mg/kg）的不同季节（春、夏、秋、冬）和土层（0—10、10—20、20—30、30—40、40—50 cm）变化特征及其影响因素进行研究。结果表明：（1）不同土层SMBC均表现为春季开始逐渐升高、夏季达到最大值、秋季逐渐降低、冬季值最小,而SMBN春季开始逐渐降低、夏季值最小、秋季逐渐升高、冬季达到最大值。（2）SMBC、SMBN随着土壤深度的增加而下降,0—10 cm层SMBC、SMBN显著高于40—50 cm层,且SMBC、SMBN0—10 cm层的季节变幅显著大于40—50 cm层。（3）0—50 cm土层SMBC/SMBN表现为春季开始逐渐升高、夏季达到最大值、秋季逐渐降低、冬季值最小,其季节变化范围为8.77—23.59,处于较高水平。（4）SMBC、SMBN、SMBC/SMBN的季节和土层变化主要受植被地下生物量和土壤温度的影响。（5）各土层SMBC/SOC均表现为春季开始逐渐升高、夏季达到最大值、秋季逐渐降低、冬季值最小,而SMBN/TN春季开始逐渐降低、夏季值最小、秋季逐渐升高、冬季达到最大值。除夏季土层间无显著差异外,SMBC/SOC与SMBN/TN均表现为0—10 cm层显著高于40—50 cm层。（6）0—50 cm土层SMBC/SOC夏秋季显著高于冬春季且其季节变化范围为0.58%—1.18%,而SMBN/TN秋冬季显著高于夏季且其季节变化范围为0.39%—0.72%。综上,季节变化和剖面深度均对SMBC、SMBN产生显著影响且0—10 cm土层对SMBC、SMBN的累积能力最强。     

Moderate grazing increased alpine meadow soils bacterial abundance and diversity index on the Tibetan Plateau

The response of grassland soil bacterial community characteristics to different grazing intensities is central ecological topics. However, the underlying mechanisms between bacterial abundance, diversity index, and grazing intensity remain unclear. We measured alpine meadow soil bacterial gene richness and diversity index under four grazing intensities using 16S rDNA sequence analysis on the Tibetan Plateau. The results suggest that extreme grazing significantly decreased alpine meadow both bacterial gene abundance and diversity index (p < .05). The lowest operational taxonomic unit numbers were 3,012 ± 447 copies under heavy grazing in the growing season. It was significantly lower than heavy grazing with approximately 3,958 ± 119 copies (p < .05). The Shannon index for medium and high grazing grassland bacterial diversity was slightly higher than for light grazing in the growing season. Furthermore, the lowest index was approximately 9.20 ± 0.50 for extreme grazing of grassland in the growing season. The average bacterial gene abundance and diversity index in the dormancy period were slightly higher than that in the growing season. Soil bulk density, pH, ammonium, and nitrate nitrogen were the main positive factors driving grazed grassland bacterial communities. Our study provides insight into the response of alpine meadows to grazing intensity, demonstrating that moderate grazing increases bacterial community diversity in grazed grasslands.     

短期放牧干扰对黄土丘陵区生物结皮土壤氮素累积的影响

通过野外调查结合室内分析,研究了黄土丘陵区模拟放牧干扰半年和一年后生物结皮土壤全氮、速效氮和微生物生物量氮累积的变化,以期揭示生物结皮土壤氮素对干扰响应的敏感性.结果表明: 生物结皮土壤氮素对干扰响应敏感,短期干扰可导致土壤全氮、速效氮和微生物生物量氮含量降低.干扰半年后,生物结皮层全氮和速效氮含量较不干扰分别下降0.17～0.39 g·kg^-1、1.78～5.65 mg·kg^-1;干扰一年后,分别下降0.13～0.40 g·kg^-1、11.45～32.68mg·kg^-1,生物结皮层微生物生物量氮下降69.99～330.97 mg·kg^-1,0～2 cm土壤微生物生物量氮增加25.51～352.17 mg·kg^-1.干扰对生物结皮土壤氮素累积的影响与干扰强度有关,20%和30%干扰强度下生物结皮层氮素累积变化不显著,40%和50%干扰强度下生物结皮层氮素累积显著降低.短期干扰降低了生物结皮层氮素累积,但表层5 cm土壤氮素含量变化不显著.     

模拟升温和放牧对高寒草甸土壤有机碳氮组分和微生物生物量的影响

土壤活性、惰性有机质库和微生物生物量在数量和分配上的变化是陆地生态系统土壤有机质贮存和动态变化的决定性因素。采用OTCs(Open top chambers)升温以及刈割+粪便归还的方法,对青藏高原东部高寒草甸土壤有机碳氮组分和微生物生物量对气候变暖和放牧的响应进行了研究。结果表明,模拟升温在短期内显著降低土壤活性有机碳Ⅰ、活性有机氮Ⅰ和惰性有机碳的含量,而由于粪便归还作用,放牧明显增加土壤活性有机碳、氮Ⅰ的含量。模拟升温和放牧对有机碳、氮组分的作用效应相互抵消,两者共同作用下有机碳、氮组分仅略有降低。单一的模拟升温或放牧没有显著改变微生物生物量碳,但是两者共同作用却能够大大增加微生物生物量碳。放牧和取样时间存在着明显的交互作用,放牧效应随时间递减。本研究表明,气候变暖对放牧草甸有机碳、氮组分影响不大;放牧过程中的牲畜粪便归还作用不容忽视。