甘南州不同退化程度高寒草甸植被及土壤特性的演化规律

为明确甘南州退化高寒草甸植被及土壤特性的演化规律,本研究以甘南藏族自治州碌曲县、夏河县和合作市不同退化程度高寒草甸为研究对象,调查其植被特征并采集土壤样品,测定土壤理化性质、酶活性及微生物数量。结果表明,随退化程度加深,莎草科、蔷薇科和毛茛科等科属毒杂草逐渐代替禾本科优质牧草优势位,植被高度、盖度、草产量、多样性指数降低,重度退化草地较轻度退化草地草产量降低了约2000 kg/hm²;土壤理化性质全氮、全磷、全钾、孔隙度、粉粒含量下降,pH值、全盐、容重及黏粒含量升高,由轻度至重度退化草地土壤全磷含量下降了0.67 g/kg,土壤全钾含量下降0.62 g/kg;土壤脲酶活性、蔗糖酶活性、碱性磷酸酶活性降低,蔗糖酶活性由轻度至重度退化草地降幅最大,可达0.45 mg/g/24h;土壤细菌和放线菌数量降低,真菌数量增加,重度退化草地较轻度而言细菌数量降低约5×10⁶ cfu/g,放线菌降低约5×10⁵ cfu/g,真菌增加约2×10³ cfu/g;相关性分析发现各因子与退化程度的相关性性强,相关系数在0.92以上,多为0.99甚至1。因此,甘南州高寒草甸随退化程度加深,总体呈现出草地优势种消失,植被高度、盖度、草产量、多样性下降,土壤养分及活性降低,并呈现向盐碱化、荒漠化演替的趋势。本研究为甘南州高寒草甸生态系统退化预测、管理、恢复等方案的制定提供理论依据。     

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(p < 0.01), 与轻度退化((2.22 ± 0.19) μmol·m^-2·s^-1)无显著差异(p > 0.05), 重度退化程度下呼吸速率显著低于其他退化水平(p < 0.01)。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(p < 0.05), 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(p < 0.01)。     

丛枝菌根真菌群落沿高寒草原海拔梯度的变化特征

基于丛枝菌根(Arbuscular mycorrhizal,AM)真菌孢子形态学的鉴定,对沿不同海拔(4584、4628、4744、4880、4956 m)梯度采集的高寒草原建群植物根际土壤样品进行了分析。结果表明,高寒草原AM真菌属、种构成均较简单,Acaulospora、Claroideoglomus、Funneliformis、Glomus属见于各海拔梯度,海拔4744 m地带未见Pacispora属,海拔4744、4956 m地带无Scutellospora属分布,Rhizophagus属仅见于海拔4584 m地带。随海拔上升,AM真菌种数、物种丰度均呈显著下降;海拔4584—4880 m范围Shannon-Weiner指数(H)无显著差异,但在最高海拔时显著下降;优势种种数及所占比例与海拔梯度则呈显著正相关(Funneliformis geosporum、Claroideoglomus claroideum为不同海拔梯度优势种);沿海拔梯度,孢子密度基本呈单峰分布格局,峰值出现在海拔4744 m地带;海拔梯度对菌根侵染效应影响显著,菌根侵染率、侵染强度和丛枝丰度随海拔上升均呈显著下降趋势;不同海拔梯度高寒草原AM真菌群落相似度(Sorensen相似性系数0.821—0.969)较高,并在总体上表现出随海拔梯度增大而降低的趋势。土壤pH值、有效磷、有机碳、海拔对AM真菌的群落分布均产生显著影响,尤以海拔的影响最为显著。研究结果对预测高寒草原微生物的作用与影响,以及高寒草原环境对全球变化的响应等提供了理论依据。     

高寒草原植物功能群组成对退化程度的响应

高寒草原作为青藏高原区主要的草地类型,在全球碳、氮循环、生物多样性维护、水土保持、畜牧业发展等方面发挥着重要的作用。在青海省果洛州玛多县高寒草原选取5块不同退化程度的样地,调查植物功能群组成和土壤理化性质,并采用多元排序法分析不同退化程度下植物功能群组成与土壤因子的关系,以期明确高寒草原功能群组成对草原退化的响应。结果表明:(1)禾本科功能群丰富度和重要值均随退化程度增加呈先增后降趋势,盖度表现为降低趋势;杂类草功能群的丰富度、盖度和重要值均随退化程度增加呈先增加后降低的趋势。而杂类草功能群的相对重要值随退化程度增加而增加。(2)土壤有机质含量随土层深度的增加而降低;随退化程度加剧,土壤有机质和全氮呈降低的趋势。(3)随退化程度加剧,0—30 cm各土层深度的容重均增加,土壤通气孔隙度降低。(4)各功能群重要值与土壤通气孔隙度呈正相关关系,与土壤容重呈负相关关系;通过冗余分析,草地退化首先影响土壤物理属性进而影响草地功能群组成。     

三江源地区不同退化程度草地的土壤放线菌区系

用不同分离方法,对三江源地区不同退化程度草地土壤放线菌的数量和多样性进行了比较.从5份土样中共分离放线茵178株,根据表型特征和16S rRNA基因序列分析,分别归入7个已知属:小单孢菌属(Micromonospora)、原小单孢菌属(Promicromonospora)、诺卡氏菌属(Nocardia)、假诺卡氏菌属(Pseudonocardia)、游动放线菌属(Actinoplanes)、韩国生工茵属(Kribbella)和链霉菌属(Streptomyces).其中链霉菌属分离菌株可归入7个表型类群.发现轻度退化高寒草原的土壤放线菌数量,丰度和多样性高于重度退化高寒草原;针茅高寒草原的土壤放线菌数量和多样性高于蒿草高寒草甸,而其中链霉菌的种类低于后者.表明高寒草地的退化程度与其中土壤放线茵的数量和多样性呈负相关.     

温带草原退化对土壤剖面微生物学特征的影响

【目的】草地退化已成为我国草原当前面临的最主要问题。土壤微生物量和土壤酶活性是反映土壤养分和土壤环境质量的重要指标。揭示退化程度对温带草原土壤剖面微生物学特征的影响规律。【方法】以内蒙古温带草原为研究对象,选取成熟自然草地以及中、重度退化草地和极度退化草地4种典型不同退化程度的草地,按不同土壤深度分层采样并进行土壤微生物量和土壤微生物酶活性的测定。【结果】表层土壤微生物生物量及其酶活性在不同退化样地中呈现出一致的趋势:成熟自然样地中度退化样地重度退化样地极度退化样地;10-20 cm土层土壤微生物学特征与表层的差异随着退化程度的加深逐渐减少,甚至在极度退化样地中10-20 cm层土壤微生物指标高于表层。【结论】表层土壤微生物生物量及其酶活性随着退化程度的加深而减少。同时,退化程度越严重,表层与10–20 cm土层之间土壤微生物学特征的差异越小。这一结果为评价草地退化程度提供了新思路,为温带草原的恢复和重建提供了重要的理论依据。     

四川若尔盖县不同退化程度高寒草地群落比较研究

于2008年、2009年在若尔盖县沿高寒草地退化梯度进行物种多样性和生物量等方面的群落监测,以期探讨不同退化程度高寒草地群落结构特征,并提出引起退化的原因.结果表明:(1)随着退化加剧,草地群落盖度、群落物种丰富度、Shannon-Wiener指数和Pielou指数均递减.未退化群落以鹅绒委陵菜、无脉苔草为优势种,群落...     

退化高寒草甸土壤微生物及酶活性特征

采用Biolog等方法,分析不同退化程度(未退化ND、轻度退化LD、中度退化MD、重度退化SD和黑土滩ED)高寒草甸0～10和10～20 cm土层土壤微生物量碳氮、碳代谢指纹和酶活性.结果表明: 所有草甸土壤微生物量、多样性指数和蔗糖酶活性在0～10 cm土层均显著高于10～20 cm土层,0～10 cm土层脲酶活性则显著低于10～20 cm土层.土壤微生物量C/N随草地退化程度加重显著降低.0～10 cm土层,ND和LD微生物量碳、氮均显著高于其他草地,MD、SD和ED微生物量碳无显著差异,MD微生物量氮显著低于其他草地;平均颜色变化率(AWCD)和McIntosh指数(U)随草地退化程度加重曲线下降,ND与MD间差异显著,其他草地间无显著差异;Shannon指数(H)和Simpson指数(D)在不同草地间均无显著差异;MD和SD脲酶活性最高,ED磷酸酶和蔗糖酶活性最低,与其他草地相比均差异显著.10～20 cm土层,ND和LD微生物量碳显著高于其他草地,MD、SD和ED间无显著差异,LD和ED微生物量氮显著高于其他草地,ND和SD间差异不显著;MD碳代谢指数最低,与LD和SD相比差异显著,ND和LD的AWCD和U指数均显著高于ED,H指数和D指数在ND、LD、SD和ED间差异不显著;ND和MD脲酶活性显著高于其他草地,LD、SD和ED间无显著差异;MD磷酸酶活性最高,与LD、SD和ED相比差异显著;MD蔗糖酶活性显著低于其他草地,ND、LD、SD和ED间差异不显著.不同退化程度高寒草地的地下生物量均与微生物量、碳代谢指数和磷酸酶呈显著正相关;脲酶与微生物量氮、H指数和D指数呈显著负相关.     

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。     

东祁连山高寒草甸不同退化阶段植被/土壤磷素特征及其与生物量的关系

磷素是高寒草地生态系统的重要支持元素,高寒草甸退化导致较为严重的生态和生产问题,同时也引起了生态系统物质循环的变化。为揭示高寒草甸退化中土壤磷素特征及其对植被特征的效应,以东祁连山轻度(LD)、中度(MD)、重度退化(SD)高寒草甸退化阶段为研究对象,以多年围封高寒草甸(FG)为对照,在春季和夏季分别对不同高寒草甸阶段样地不同土层深度土壤全磷、有效磷、微生物量磷含量及碱性磷酸酶活性等磷素特征进行了研究,并对夏季植被地上生物量和磷素含量等植被特征进行了调查。结果表明：东祁连山高寒草甸退化导致植被地上生物量和磷含量急剧下降,重度退化高寒草甸地上生物量干重仅是围封草地的35.93%,退化高寒草甸地上部磷含量仅为围封草地的60%,且不同退化阶段地上部磷含量没有明显差异。退化导致高寒草甸表层土壤的全磷、有效磷含量升高,相比FG,土壤有效磷含量春季LD、MD和SD分别升高了16.67%、36.67%和3.33%,夏季分别升高了4.35%、26.09%和4.35%,且有效磷含量具有夏季低于春季的季节差异性。退化导致土壤微生物量磷含量明显降低,而对碱性磷酸酶活性影响没有明显的规律性,但围封草地夏季碱性...     

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(P<0.05);土壤温度与根系细化之间具有显著的负相关关系(P<0.05),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。     

不同退化阶段高寒草甸土壤化学计量特征

为了阐明不同退化阶段高寒草甸土壤的化学计量特征,沿着高寒草甸退化的梯度选取了原生嵩草草甸、轻度退化草甸和严重沙化草甸,测定了高寒草甸退化过程中不同深度土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾含量。结果表明:随着高寒草甸的退化,0～100cm土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾含量以及碳氮比、碳磷比、碳钾比、氮磷比、氮钾比和磷钾比均呈降低趋势,且土壤有机碳对高寒草甸退化的敏感性最高,全氮、全磷和全钾的敏感性依次降低,表层20cm的土壤有机碳和全氮可作为表征高寒草甸退化程度最敏感的土壤养分指标。另外,随着草甸的退化,土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾含量及其化学计量比的垂直分布明显不同:随着土壤深度的增加,原生嵩草草甸和轻度退化草甸的土壤有机碳、全氮和全磷含量以及碳氮比、碳磷比、碳钾比、氮磷比、氮钾比和磷钾比在0～40cm范围内锐减,在40cm以下缓慢降低并趋于稳定;而沙化草甸土壤的有机碳、全氮、全磷和全钾及其化学计量比随着土壤深度的增加保持不变。     

喀斯特峰丛洼地不同生态系统的土壤肥力变化特征

基于喀斯特峰丛洼地坡耕地、草丛、灌丛、人工林、次生林、原生林6种典型生态系统的土壤主要养分、矿质养分和微生物这3组变量共计20个指标的调查、取样和分析,运用多重比较分析、主成分分析和典范相关分析探讨了其土壤肥力变化特征、主要影响因子及两两之间的相互关系。结果表明,喀斯特峰丛洼地土壤pH值为6.60—7.75,土壤主要养分、微生物种群数量和微生物生物量明显高于同纬度地区地带性红壤,矿质养分含量相对较低,其中SiO2、Al2O3、Fe2O3占矿质全量的90%以上。土壤肥力的总体趋势为原生林>次生林>灌丛>草丛>坡耕地>人工林。喀斯特石漠化地区实行林草结合的退耕还林还草模式更有利于土壤生态系统的环境改善,坡耕地应多施有机肥和氮肥,人工林应多施氮肥。原生林植物与养分之间达到了良好的平衡状态,主要应加强森林抚育管理,改善森林环境,保障植物、土壤养分及微生物之间的良好协调关系。确保土壤资源的合理利用,促进喀斯特峰丛洼地乃至整个西南喀斯特区域植被的迅速恢复和生态重建。     

湘南红壤丘陵区不同植被类型下土壤肥力特征

以自然植被恢复长期定位试验为基础,通过分析自然恢复31a后形成的6个植被类型区(樟树、枫树、梓树、白檵木、唐竹、白茅草)、2个同期种植的人工植被区(湿地松、板栗)以及相邻裸地区0—100 cm土层pH值、有机质及主要养分含量的变化,明确了湘南红壤丘陵区不同植被类型对土壤肥力的影响。结果表明:(1)白茅草和唐竹区的土壤pH值显著高于裸地区,但枫树和白檵木区的土壤酸化明显。(2)土壤有机质、活性有机质、全P、速效P等指标表现为乔木草本灌木,碱解N、全K、速效K表现为灌木乔木草本,全N表现为乔木灌木草本。(3)土壤综合肥力优劣为:枫树区梓树区白檵木区樟树区唐竹区白茅草区湿地松区板栗区裸地区,自然恢复植被比人工植被更有利于土壤肥力的提高。     

土壤细菌群落特征对高寒草甸退化的响应

为明确高寒草甸土壤细菌物种组成及功能结构对草地环境恶化的响应规律, 本文采用高通量基因测序技术对高寒草甸未退化、轻度退化、中度退化、重度退化和极重度退化草地土壤细菌的组成、格局和功能进行了研究。结果表明: 高寒草甸土壤优势细菌为酸杆菌门、放线菌门、浮霉菌门、变形菌门和疣微菌门, 在土壤细菌中占比分别为16%‒18%、9%‒12%、12%‒14%、23%‒29%和11%‒12%。退化草地中土壤细菌物种组成明显改变, 变形菌门细菌丰度降低, 酸杆菌门和浮霉菌门丰度增加, 不同草地科水平细菌丰度差异因土层而异。草地退化对细菌Chao1指数无影响, 轻度退化提高了细菌Simpson指数, 重度退化草地土壤细菌Shannon-Wiener指数最高。Faprotax细菌功能分组以化能异养、硝化作用、亚硝酸盐氧化及硫代谢作用为主, 草地退化改变了微生物介导的碳循环、氮循环、硫循环、铁循环和锰循环。重度及极重度退化提高了细菌氨氧化功能作用, 降低了硫化物、亚硝酸盐氧化及尿素水解作用; 草地退化过程中细菌化能异养、芳香族化合物降解及反硝化作用功能等均呈先降低后升高的变化趋势, 中度退化阶段是微生物群落生态功能结构转变的拐点。高寒草甸退化改变了土壤细菌的群落及功能结构, 土壤含水量、pH、总有机碳、全氮、全钾和有效氮磷比是土壤细菌群落及功能结构变化的主要驱动因子。     

Response of soil bacterial communities to moisture and grazing in the Tibetan alpine steppes on a small spatial scale

As the Third Pole of the world, the Tibetan Plateau provides a typical alpine grassland environment for soil bacteria with its unique frigid and arid climate. Owing to clear changes in spatial moisture and increased grazing intensity, moisture and livestock grazing have become key factors influencing the microbial communities. Accordingly, we investigated the diversity and composition of soil bacteria in a selected alpine grassland within the dual gradients of moisture and grazing using high-throughput sequencing. Our results showed that grazing changed the soil bacterial diversity and composition, whereas moisture only influenced the relative abundance of the segmental community at the small spatial scale. Species richness was found to be increased by moderate grazing compared with that by high or low-grazing intensity. The relative abundance of dominant species and β-diversity of soil bacteria both showed differences with heavy, moderate, and low grazing. Some dominant bacteria were altered with the moisture content. However, there were no significant differences according to the moisture gradient in terms of the overall bacterial β diversity and composition. These results might be taken account into the small spatial scale as well as the compensation of grazing to moisture on this scale. This work provides new insights into the soil bacterial response to moisture gradients and grazing intensity in alpine steppe habitat.     

The steppes of Tierra del Fuego: floristic and growthform patterns controlled by soil fertility and moisture

Northern Tierra del Fuego is the insular extreme of the Magellanic steppe, a unique example of a cold-temperate oceanic grassland in South America. We surveyed this poorly known region with a landscape-based procedure to classify plant communities and investigate environmental gradients. Sampling sites were selected with the aid of aerial photos, and floristic composition, soil, topography and landform type were recorded in each site. Classification was achieved with Two-Way Indicator Species Analysis and gradients were analyzed with Detrended Canonical Correspondence Analysis. Two broad groups of communities were separated by the presence of typical acidophilous dwarf shrubs: acidophilous/mesotrophic and neutrophilous vegetation. Along the main floristic gradient, ericoid dwarf shrubs were replaced by forbs and grasses as soil acidity decreased. The acidic habitats were on Pleistocene glacial and alluvial deposits, and had coarse texture, poorly decomposed organic matter, and low base status. The eutrophic habitats were on Tertiary rocks of medium to fine texture and had well-decomposed organic matter and high base status. A second axis of variation was associated to latitudinal position and slope aspect, revealing a precipitation/evaporation gradient. Scrubs dominated by midheight shrubs, with species from the southern forests, were at the humid extreme (higher latitudes/south aspects); and short grass steppes, with taxa commonly found further North in the continent, at the xeric end (lower latitudes/north aspects). Although fertility and moisture seem to control the overall floristic gradient, the extreme vegetation types of the fertility gradient, both having a very simple structure, could be attributed to grazing disturbance. Floristics and ecology of the Fuegian steppe resemble to a certain degree some boreal oceanic systems.     

青藏高原高山嵩草高寒草甸不同退化阶段植物群落与土壤养分

选取西藏自治区拉萨市当雄县4块不同退化程度的高山嵩草高寒草甸,采用空间序列代替时间演替的方法,研究不同退化阶段高寒草甸的土壤理化性质和植物群落特征以及二者之间的相关关系。结果表明: 不同退化阶段高寒草甸的土壤有机碳、全氮、速效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮和含水量均随土壤退化程度加剧呈降低的趋势,而pH值呈现升高的趋势。中度退化草甸的植物群落高度、丰富度指数、多样性指数、均匀度指数最大。群落盖度、总生物量均为未退化草甸最大、重度退化草甸最小。随着草甸退化程度加剧,莎草科生物量及比例下降,豆科和杂类草生物量及比例增加,禾本科生物量及比例先增加后减小;草甸植物群落地上生物量与土壤有机碳、全氮、全磷含量和土壤含水量呈显著正相关,与土壤pH值呈显著负相关。随着草甸植被的退化,土壤退化加重,最终表现为草地生产力显著下降。