荒漠草原不同放牧强度背景下添加氮水对凋落物分解的影响

凋落物分解是连接生态系统地上、地下过程的重要环节,决定了生态系统养分循环速率,但到目前为止对凋落物分解在荒漠草地生态系统受放牧以及外源资源补给影响的研究较少。本研究通过对不同放牧强度(对照、轻牧、中牧和重牧)短花针茅草原群落进行添加氮素(10.0 g N m~(-2) a~(-1))和增水(108 mm/a)处理,探讨群落水平凋落物分解速率的变化。研究结果显示,过去不同强度放牧历史对群落凋落物分解影响极显著(P0.0001)。凋落物前期分解(135 d)过程中,凋落物初始C∶N比与凋落物分解速率常数呈显著负相关关系,表明凋落物可降解性在凋落物前期分解中起主要作用。轻度放牧影响下凋落物分解速度最快,这与该条件下凋落物C∶N比显著低于其他放牧强度下的有关,说明适度放牧不仅有利于群落维持,也在一定程度上有利于生态系统养分循环。当凋落物分解更长时间(870 d)后,对照区凋落物分解速率显著低于放牧处理样地,但凋落物初始C∶N比对凋落物分解速率没有显著影响。进一步分析显示,不同放牧强度背景下长期凋落物分解速率与分解环境的土壤微生物多样性成正相关关系,与群落盖度呈极显著(P0.001)负相关关系。添加氮素显著(P0.05)降低凋落物分解速度,但对凋落物氮含量无显著影响。生长季加水未影响凋落物质量及凋落物分解速度。研究结果表明,凋落物前期分解受凋落物质量影响,但较长时间凋落物分解则与分解过程中接受到的太阳辐射量有关。     

放牧对青藏高原东部两种典型高寒草地类型凋落物分解的影响

为认识放牧对青藏高原东部中生性的高寒草甸草地和半湿生的沼泽草地凋落物分解的影响,在这两种草地上分别设置了围栏和放牧样地,研究了其各自的混合凋落物样品和4个优势物种(发草Deschampsiacaespitos、鹅绒委陵菜Potentilla anserine、木里苔草Carexmuliensis、藏嵩草Kobresiatibetica)凋落物的分解和养分释放动态,这4个优势物种也大致代表了当地沼泽草地生态系统在放牧和气候变暖驱动下逆行演替不同阶段的优势物种类群。结果表明,各优势物种凋落物的分解速率有显著差异;放牧在总体上促进了凋落物的分解,但不同物种的响应有所不同;放牧对凋落物C的释放影响不显著或有抑制作用,但对N、P的释放具有一定促进作用。对各优势物种凋落物分解和养分释放模式的分析表明,群落逆行演替过程中,凋落物分解和C释放加速,可能促进沼泽湿地退化的正反馈效应。草甸草地的退化标志物种鹅绒委陵菜具有较高的凋落物质量和分解速度,反映了中生条件下植物应对牲畜啃食采用"逃避"而非"抵抗"策略的趋向。     

不同季节适度放牧对高寒草甸植物群落特征的影响

于2007~2011年对青藏高原高寒矮嵩草草甸在不同季节适度(牧草利用率35%~60%)放牧处理(不放牧、夏季放牧和冬季放牧)下的植物群落组成和物种多样性进行观测研究,结果表明:(1)经过长期的不同季节的适度放牧处理后,夏季放牧与冬季放牧均降低了禾本科植物功能群的比例,提高了杂草类植物功能群的比例。(2)与未放牧(对照)相比,夏季放牧处理下莎草科植物矮嵩草和杂类草蒙古蒲公英、鹅绒委陵菜的相对生物量分别增加了151.38%和318.87%、344.15%,禾本科植物异针茅相对生物量降低了41.16%;冬季放牧鹅绒委陵菜相对生物量增加了124.08%,禾本科植物草地早熟禾减少了45.99%,但夏季放牧和冬季放牧对二柱头藨草、紫羊茅、垂穗披碱草、花苜蓿和高山唐松草等植物的影响均不显著。(3)总体上不同季节适度放牧对植物群落物种丰富度、多样性指数以及均匀度指数的影响均不显著,但对这三者的影响随年份变化而变化。     

川西高原季节性雪被覆盖对窄叶鲜卑花凋落物分解和养分动态的影响

2010年1-5月在川西高原采用人工雪厚度梯度试验(0、30和100 cm),应用网袋分解法对窄叶鲜卑花叶片凋落物进行分解试验,测定了凋落物的分解速率及其养分动态.结果表明:在无雪被覆盖的样地上分解5个月后的凋落物质量损失率为29.9％,而中雪和深雪样地的凋落物质量损失率分别为33.8％和35.2％.分解过程中,凋落物氮存在一定的富集现象,磷处于波动的富集状态,碳质量分数和碳氮比均呈现前期急剧下降后期逐渐上升的趋势.雪被覆盖显著增加了凋落物的质量损失率和氮含量,而对碳和磷含量无显著影响.在川西高原地区,30 cm以上的持续雪被覆盖能够改变凋落物的分解过程,从而可能对土壤营养物质转化和植物群落构建产生实质性的影响.     

黄土高原不同植物凋落物的分解特性

以黄土高原区典型植物刺槐、小叶杨、沙棘、沙柳、苜蓿和长芒草的凋落物为对象,采用网袋法研究了半干旱区(神木)分解过程中,单种、两种及3种凋落物等质量配比混合后其质量、碳和氮的动态变化.结果表明:在整个分解过程中,不同处理凋落物的质量损失率,全碳、全氮的释放速率以及可溶性有机碳和可溶性总氮的含量均表现为前期大于后期,经过412d的分解,3种凋落物混合后的平均质量损失率高于两种混合凋落物,单种凋落物最低.到分解试验结束时,不同处理凋落物的全碳、全氮平均释放率均表现为单种＞两种混合＞3种混合;而不同处理的可溶性有机碳平均含量表现为两种混合＞单种＞3种混合,但未达到显著水平;可溶性总氮含量则为3种混合＞两种混合＞单种,达到显著水平.凋落物的质量损失率与可溶性有机物,特别是可溶性有机碳具有一定的相关性.从质量损失率来看,小叶杨、沙棘与苜蓿凋落物的组合为最佳组合.建议在黄土高原区退耕还林还草工程建设中,合理增加植物种类多样性,促进土壤改善养分状况.     

滇西北高原纳帕海湿地湖滨带优势植物凋落物分解特征研究

选取滇西北高原纳帕海湿地湖滨带优势植物茭草(Zizania caducifolia)、水葱(Scirpus tabernaemontani)和刘氏荸荠(Heleocharis liouana)作为研究对象,采用网袋法对凋落物的分解动态进行研究,并分析了凋落物的初始化学组成。结果表明:3种凋落物都表现出随时间进程残留率有逐渐减少的趋势,但残留率并不与时间呈线性相关。水葱凋落物残留率(70.5%)显著高于茭草(56%)和刘氏荸荠(52.5%)(P﹤0.05),茭草与刘氏荸荠凋落物残留率无显著差异。不同凋落物分解速率存在差异。刘氏荸荠分解速率最大、茭草其次、水葱最小,平均分解速率常数k值分别为0.067、0.062和0.039。3种凋落物在不同时段分解速率存在差异,凋落物的分解与温度的关系非常密切,随着温度升高,分解速率加快,且呈线性增长。此外,3种凋落物在C、N组成上也存在显著差异,但没有发现凋落物分解速率与凋落物本身C、N、C/N间的密切关系。     

光辐射对青藏高原高寒草甸凋落物分解的影响

光照对干旱半干旱生态系统凋落物分解有显著作用。然而,在太阳辐射强度大、高寒湿润的青藏高原东部高寒草甸,光辐射在凋落物分解中的作用尚不明确。本试验采用凋落物袋法,研究自然光照和遮光2种处理下10种高寒草甸常见物种(披针叶黄华Thermopsis lanceolata、珠芽蓼Polygonum viviparum、线叶嵩草Kobresia capillifolia、小花草玉梅Anemone rivularis、黄帚橐吾Ligularia virgaurea、麻花艽Gentiana straminea、大籽蒿Artemisia sieversiana、瑞苓草Saussurea nigrescens、垂穗披碱草Elymus nutans和矮藨草Scirpus pumilus)叶片凋落物分解特点。结果表明:(1)不同物种凋落物的木质素含量存在显著差异,其中珠芽蓼木质素含量最高(达29.44%),黄帚橐吾木质素含量最低(为4.91%);(2)整体上,遮光显著降低了凋落物质量损失率,而光照的影响程度也因物种而异;(3)无论在自然光照还是在遮光处理下,凋落物质量损失率与初始木质素含量均呈显著负相关关系;遮光明显降低木质素质量损失率,其降低程度也因物种而异。     

退化红壤丘陵区森林凋落物初始化学组成与分解速率的关系

通过小盆+凋落袋控制试验,研究了我国南方退化红壤丘陵区8种森林凋落物和4种混合凋落物初始化学组成与分解速率的关系.结果表明:阔叶凋落物中的氮、磷、钾、镁含量显著高于针叶凋落物,木质素、碳含量显著低于针叶凋落物;凋落物分解速率与凋落物初始氮、磷、钾、镁含量呈显著正相关,与凋落物初始碳、木质素含量以及木质素/氮、木质素/磷和碳/磷值呈显著负相关;木质素含量解释了凋落物分解速率变异的54.3%,是影响分解速率的最关键因子,凋落物碳、氮、磷含量也与分解速率密切相关,它们与木质素含量一起可解释分解速率变异的81.4%.在退化红壤丘陵区植被恢复过程中,低木质素含量、高氮磷含量的阔叶物种的引入有利于加速凋落物的分解速率和土壤肥力的恢复进程.     

Warming and grazing enhance litter decomposition and nutrient release independent of litter quality in an alpine meadow

增温和放牧对高寒草甸凋落物分解及其养分释放的影响不依赖于凋落物品质在放牧生态系统中,增温、放牧和凋落物品质共同决定着凋落物分解和养分释放。然而,在以往的研究中这些因子的效应通常被单独地研究。在本研究中,我们在青藏高原高寒草甸开展了一个昼夜非对称增温和中度放牧两因子的凋落物分解试验。从每个处理中收集了凋落物样品,这些凋落物一部分放在它们的来源处理小区,另一部分放在其他处理小区以此来探究增温、放牧以及凋落物品质对凋落物分解和养分释放的影响。研究结果表明,增温而不是放牧显著增加了凋落物质量的损失、单位面积全碳、全氮以及全磷含量的损失,这主要是因为增温增加了凋落物生物量和分解速率。然而,尽管同时增温放牧处理也加快了凋落物分解速率,但由于降低了凋落物生物量,所以增温放牧处理并没有显著影响单位面积的凋落物碳和养分释放量。相比木质素含量和碳氮比而言,季节性土壤平均温度能够更好地预测凋落物分解速率。增温和放牧对凋落物分解存在交互作用,但它们和凋落物品质对凋落物的影响均不存在交互作用。单位面积的总氮释放的温度敏感性要高于总磷。因此,我们的结果表明,增温对凋落物分解以及养分释放的影响要显著大于凋落物品质变化对其分解的影响。在高寒草甸,氮释放的增加可能会间接导致土壤磷有效性的缺乏。     

川西高山林线交错带土壤动物对岷江冷杉和高山杜鹃凋落物分解的贡献

土壤动物是调控凋落物分解的重要生物因素.为了探究川西高山林线交错带土壤动物对两个优势物种岷江冷杉和高山杜鹃凋落物分解的贡献,在3个海拔梯度(针叶林-林线-高山草甸)采用凋落物分解袋试验,通过不同孔径的网袋(0.04 mm,基本排除土壤动物;3 mm,允许土壤动物通过),研究了分解554 d(2013年5月—2014年11月)土壤动物对凋落物的影响.结果表明: 在整个林线交错带上,岷江冷杉的分解速率(k)为0.209～0.243,高山杜鹃的k为0.173～0.189,岷江冷杉的k大于高山杜鹃.土壤动物的参与显著加速了两种凋落叶分解,同时土壤动物对两种凋落物分解的作用和贡献随海拔升高而降低.自针叶林、高山林线至高山草甸,土壤动物对岷江冷杉分解的质量损失率为15.2%、13.2%、9.8%,对高山杜鹃分解的质量损失率为20.1%、17.5%、12.4%;土壤动物对岷江冷杉分解的平均日贡献率为0.17%、0.13%、0.12%,对高山杜鹃分解的平均日贡献率为0.26%、0.25%、0.23%,土壤动物对高山杜鹃的分解影响相对较大.海拔、凋落物自身性质及其交互作用对土壤动物作用下凋落物的质量损失率和贡献率均表现出显著影响.土壤动物的作用于岷江冷杉和高山杜鹃分解的平均日贡献率在当年生长季(0.25%和0.44%)和次年生长季(0.10%和0.19%)均高于雪被期(0.07%和0.12%).回归分析表明,环境因子(日平均气温、冻融循环次数以及雪被厚度)可以解释土壤动物作用于岷江冷杉和高山杜鹃质量损失率的42.7%和50.9%,贡献率的43.2%和55.6%,这对了解土壤动物在凋落物分解中的作用和深入认识高山生态系统物质循环具有重要意义.     

青藏高原高寒草甸初级生产力及其主要影响因素

青藏高原有各类天然草地14×108hm2,其中高寒草甸和高寒灌丛约占青藏高原天然草地面积的50%,占全国草地总面积的16.2%。嵩草草甸是高寒草甸的主体,包括矮嵩草草甸、金露梅灌丛草甸、藏嵩草草甸、小嵩草草甸和高山嵩草草甸等,这5类高寒草甸平均地上生物量分别为354.2、422.4、445.1、227.3和368.5g/m2,地下生物量分别为3389.6、3548.3、11922.7、4439.3、5604.8g/m2,地下与地上生物量的比例分别为10.55、10.15、27.82、14.82和15.21,远大于IPCC(2006)报告中地下/地上生物量比例的默认值(2.8±95%)。地下生物量对气候变化和放牧的反应比地上生物量更敏感,干旱和重度放牧均降低了地下/地上生物量的比例。在极度退化状态下地下/地上生物量的比例2。对于轻度和中度退化的高寒草甸应以围封禁牧为主要恢复措施,但如果结合补播和施肥,则恢复速率会加快;对于重度和极度退化的高寒草甸,由于草地植物群落中优良牧草的比例极低,仅靠自然恢复很难进行恢复或需要的年限很长,所以必须采用人工重建的措施,并结合毒杂草防除和施肥等措施进行恢复,通过建立人工或半人工草地的措施予以重建。     

高寒草甸放牧扰动与两种植物的反应研究

对不同放牧强度下矮嵩草草甸植物垂穗披碱草和鹅绒委陵菜的生长和繁殖特性进行了5年研究。结果表明,垂穗披碱草株高、分蘖数、地上物量、地下生物量、有性繁殖效力在不放牧或轻度放牧下最大,营养生长效力在重度放牧中最大,而贮藏效力在重度放牧中最小。鹅绒委陵菜叶数、匍匐茎长度、地上生物量、匍匐茎生物量、开花数、生殖生物量、有性繁殖效力及营养繁殖效力在放牧区显著高于不放牧的对照区。说明适当的放牧干扰有利于垂穗披碱草营养生长,但放牧过重会抑制其有性繁殖;由于放牧采食减少了种间竞争影响,从而提高了鹅绒委陵菜营养,生长效力和有性繁殖效力。两物种地下贮藏物的比例随着放牧强度增加显著减少。放牧强度对高寒草甸的群落演替方向有显著影响。     

放牧对小嵩草草甸生物量及不同植物类群生长率和补偿效应的影响

基于小嵩草(Kobresia parva)草甸连续2 a的牦牛放牧试验,研究了暖季和冷季放牧草场地上地下生物量及其分配规律、不同植物类群的绝对生长率生长率,探讨了放牧制度和放牧强度对不同植物类群补偿效应的影响。结果表明,随着放牧强度的增加地上总生物量呈减小趋势,放牧强度对暖季草场地上总生物量的影响极显著（P?0.01）,对冷季草场地上总生物量的影响不显著（P?0.05）;两季放牧草场各土壤层地下生物量随放牧强度的增加呈明显下降趋势,放牧强度对暖季放牧各土壤层地下生物量的影响显著（P?0.05）,对冷季放牧各土壤层地下生物量的影响不显著（P?0.05）;冷季放牧草场牧草生长季地下生物量与地上生物量的比值随放牧强度的增大而减小,暖季放牧草场对照区地下生物量与地上生物量的比值低于轻度放牧和中度放牧、高于重度放牧;暖季放牧草场各放牧处理不同植物类群均存在超补偿生长,但莎草科和禾本科植物的超补偿生长在8月份,阔叶植物的超补偿生长发生在6月和7月份,禾本科植物的超补偿生长效应强于莎草科植物和阔叶植物,轻度和中度放牧的补偿效应更明显;冷季放牧下不同植物类群也存在超补偿生长,但补偿效应不明现。因此,暖季适度（轻、中度）放牧利用更有利于产生超补偿生长,而重度利用对植被的稳定产生潜在的不利影响。     

不同强度牦牛放牧对青藏高原高寒草地土壤和植物生物量的影响

放牧作为家畜饲养方式之一,是草地最简单、有效的利用方式,放牧中的家畜对草地生态系统的影响是全球畜牧生态学研究的焦点。过度放牧导致草地退化严重,虽然在青藏高原地区已有较多放牧对草地影响的研究,但探究连续4年放牧对高寒草地生态系统影响的定位实验却鲜见报道。本研究在青藏高原东缘选取典型高寒草地,使用高原特有且分布最广的牦牛作为大型草食放牧家畜,设置了4个牦牛放牧强度（禁牧：无放牧、轻牧：1头/hm²、中牧：2头/hm²和重牧：3头/hm²）以研究其对高寒草地土壤和植物功能的影响。开展4年试验后的结果表明：放牧条件下土壤含水率显著增加;而土壤容重、全磷和有机质含量对放牧强度均无显著性响应;土壤全氮和pH的响应主要在表层0-20 cm,其中全氮为轻牧和重牧处理分别显著高于中牧,中牧处理下的土壤pH为显著高于轻牧;土壤全钾含量在禁牧处理中显著高于放牧处理;而土壤有效氮和速效钾均为中牧处理显著高于禁牧;放牧可以显著降低植物地上生物量。牦牛放牧强度显著影响土壤含水率、有效养分和植物地上生物量,而对其它土壤理化性质影响较弱。本研究结果揭示放牧对高寒草地土壤理化性质和植物地上生物量的影响,为青藏高原高寒草甸生态系统保护、可持续管理和合理放牧率提供理论依据。     

牦牛放牧强度对小嵩草草甸两季轮牧草场植物群落数量特征的影响

基于小嵩草(Kobresia parva)草甸连续2年的牦牛放牧控制试验,研究了暖季和冷季放牧草场植物群落数量特征的变化.结果表明:在2年的放牧期内,小嵩草草甸2季草场优良牧草的盖度随放牧强度的提高呈降低趋势,而杂草的盖度呈增加趋势;2季草场对照、轻度放牧和中度放牧组的优势种均为小嵩草和垂穗披碱草,但暖季草场重度放牧下主要优势种变为鹅绒委陵菜和阿拉善马先蒿,冷季草场重度放牧下小嵩草和鹅绒委陵菜为主要优势种;放牧强度之间的差异越大,2季草场各放牧处理间群落的相似性程度越低,说明放牧强度是引起群落差异的主要原因,也是群落变化的主导因子.2季草场各放牧处理的物种丰富度、多样性指数、均匀度指数在对照组最低,中度放牧组最高,其指数排序为:对照＜轻度放牧＜重度放牧＜中度放牧,这一结果支持“中度干扰理论”.     

放牧作用下高寒草甸群落物种分布与土壤因子的关系

以青藏高原东北缘高寒草甸为对象,研究不同放牧强度下植物群落和土壤因子的变化,以及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: 放牧导致优势种为垂穗披碱草和大针茅的原植物群落发生分异,高强度放牧样地优势种变为矮生嵩草和阴山扁蓿豆,低强度放牧样地变为垂穗披碱草和冷地早熟禾.随放牧强度增加,物种丰富度、重要值和生物量均显著降低.各放牧强度样地重要值的物种序列均可用对数模型进行拟合;随放牧强度增加,植物重要值累积到占整个群落重要值50%时,需要的物种数降低.土壤速效P、速效K、紧实度、含水量、稳定入渗速率和大团聚体指标随放牧强度显著变化,但变化规律不一致.CCA排序表明,土壤紧实度是放牧作用下影响群落物种分布格局的最关键因子.方差分解表明,土壤因子共解释群落物种分布变异的30.5%,其中土壤物理性状单独解释群落物种分布的22.8%,对群落物种分布的贡献率最高,主要影响放牧干扰下高寒草甸植物群落物种的分布格局.     

A water-centred framework to assess the effects of salinity on the growth and yield of wheat and barley

We conducted a field experiment in two alpine meadows to investigate the short-term effects of nitrogen enrichment and plant litter biomass on plant species richness, the percent cover of functional groups, soil microbial biomass, and enzyme activity in two alpine meadow communities. The addition of nitrogen fertilizer to experimental plots over two growing seasons increased plant production, as indicated by increases in both the living plant biomass and litter biomass in the Kobresia humilis meadow community. In contrast, fertilization had no significant effect on the amounts of living biomass and litter biomass in the K. tibetica meadow. The litter treatment results indicate that litter removal significantly increased the living biomass and decreased the litter biomass in the K. humilis meadow; however, litter-removal and litter-intact treatments had no impact on the amounts of living biomass and litter biomass in the K. tibetica meadow. Litter production depended on the degree of grass cover and was also influenced by nitrogen enrichment. The increase in plant biomass reflects a strong positive effect of nitrogen enrichment and litter removal on grasses in the K. humilis meadow. Neither fertilization nor litter removal had any impact on the grass biomass in the K. tibetica meadow. Sedge biomass was not significantly affected by either nutrient enrichment or litter removal in either alpine meadow community. The plant species richness decreased in the K. humilis meadow following nitrogen addition. In the K. humilis meadow, microbial biomass C increased significantly in response to the nitrogen enrichment and litter removal treatments. Enzyme activities differed depending on the enzyme and the different alpine meadow communities; in general, enzyme activities were higher in the upper soil layers (0–10 cm and 10–20 cm) than in the lower soil layers (20–40 cm). The amounts of living plant biomass and plant litter biomass in response to the different treatments of the two alpine meadow communities affected the soil microbial biomass C, soil organic C, and soil fertility. These results suggest that the original soil conditions, plant community composition, and community productivity are very important in regulating plant community productivity and microbial biomass and activity.     

Moderate grazing promotes the root biomass in Kobresia meadow on the northern Qinghai–Tibet Plateau

Grazing is an important modulator of both plant productivity and biodiversity in grassland community, yet how to determine a suitable grazing intensity in alpine grassland is still controversy. Here, we explore the effects of different grazing intensities on plant biomass and species composition, both at community level and functional group level, and examines the productivity–species richness relationship under four grazing patterns: no grazing (CK), light grazing (LG), moderate grazing, (MG) and heavy grazing (HG), attempt to determine a suitable grazing intensity in alpine grassland. The results were as follows. The total aboveground biomass (AGB) reduced with increasing grazing intensity, and the response of plant functional groups was different. AGB of both sedges and legumes increased from MG to HG, while the AGB of forbs reduced sharply and the grass AGB remained steady. There was a significant positive relationship between productivity and species richness both at community level and functional group level. In contrast, the belowground biomass (BGB) showed a unimodal relationship from CK to HG, peaking in MG (8,297.72 ± 621.29 g/m²). Interestingly, the grassland community tends to allocate more root biomass to the upper soil layer under increasing grazing intensities. Our results suggesting that moderate levels of disturbance may be the optimal grassland management strategy for alpine meadow in terms of root production.