江河源区高寒草甸退化序列土壤粒径分布及其分形维数

江河源区高寒草甸退化日益严重,恢复治理已进行了大量工作,但收效甚微,主要是对退化机理认识不清.为阐明退化草地的形成机制,
本文以江河源区高寒草甸为对象,分析退化序列土壤粒径的分布特征、分形维数,以及分形维数与土壤侵蚀模数的关系.结果表明: 随着高寒草甸退化加剧,土壤的黏粒百分含量呈增加趋势,粉砂和极细砂呈减小趋势;退化序列土壤粒径分形维数与黏粒百分含量呈显著正相关,与极细砂和粉砂呈显著负相关;各粒级土壤侵蚀模数与分形维数呈二次函数关系,分形维数2.81为土壤侵蚀发生的阈值.以土壤粒径分形维数2.81作为草地恢复指标,选择使分形维数小于2.81的相应措施,是恢复退化草地的有力保证.     

青藏高原高寒草原生态系统土壤碳氮比的分布特征

利用67个样点数据,研究了青藏高原高寒草原生态系统土壤碳氮比的分布特征。结果表明:(1)在水平方向上,土壤碳氮比呈现出西北高、东南低的总体态势和斑块状交错分布的格局,碳氮比的高值区主要集中在藏北高原腹地和喜马拉雅山北麓湖盆区,不同草地型和不同自然地带土壤碳氮比差异显著;(2)土壤剖面自上而下,不同草地型碳氮比可分为低-高-低型、由高到低型、由低到高型、高-低-高-低型和高-低-高型等5个类型。表土层(0—20 cm)与底土层(30—40 cm)土壤碳氮比差异显著;(3)土壤碳氮比与与最冷月均气温、年均蒸发量、年均相对湿度和土壤全氮含量呈极显著正相关关系,而与年均日照时数、年均气温、速效钾含量呈极显著负相关关系,这些环境因素对土壤碳氮比影响从大到小的顺序是年均相对湿度年均日照时数最冷月均气温年均气温年均蒸发量土壤全氮含量土壤速效钾含量。     

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。     

长江源区紫花针茅高寒草原优势植物化学元素含量特征

分析了长江源区紫花针茅草原的土壤和17种优势植物中15种元素的自然含量特征。植物中>1 000μg.g~(-1)的元素有Ca和Na,100～1 000μg.g~(-1)的元素有K、Mg、Mn、Fe、Li和Sr,10～100μg.g~(-1)的元素有Zn、Cu和Cr,<10μg.g~(-1)的元素有Ni、Co、Pb和Cd。土壤中各元素含量的顺序为Ca>Fe>Mn>Mg>K>Li>Na>Sr>Cr>Zn>Cu>Ni>Co>Cd>Pb。植物和土壤中元素含量特点是Ca>K型。植物对于土壤元素的吸收能力大小顺序是:Na>Sr>K>Zn>Mg>Ni>Pb>Cu>Mn>Ca>Li>Co>Cd>Fe>Cr,植物对于Na吸收系数达到13.228,其富集能力明显大于其余14种元素。元素之间K的累积与其他元素没有显著的相关关系;Na的累计也仅与Zn、Sr呈显著相关与其他元素无显著的相关关系,Pb和Na呈显著负相关。     

青海高寒草甸土壤放线菌区系研究

2001～2002年从海北高寒草甸生态系统采集土样,用不同方法从中分离放线菌300余株,根据其形态和分类特征,分别归入小单孢菌属(Micromonospora)、诺卡氏菌属(Nocardia)、糖多孢菌属(Saccharopolyspora)、原小单孢菌属(Promicromonospora)和链霉菌属(Streptomyces),并将链霉菌归入7个类群。同时对230株中温菌和110株低温菌的部分酶活性及其对真菌和细菌的拮抗性进行了测定,发现链霉菌不仅具有许多酶活性,而且对真菌和细菌有拮抗性。     

长江源区沙化高寒草地植被群落特征及其与地形因子的关系

草地沙化与植物群落演替关系对高寒草地生态系统功能和结构的维持具有重要的意义。以长江源区七渡口沙化高寒草地为研究对象,基于野外植物群落物种组成及地形因子调查数据,运用数量分类与排序等方法,探究了沙化高寒草地植物群落特征及其与微地形环境因子的关系。结果表明:60个调查样方中出现29个植物种,隶属16科,27属。赖草、细叶亚菊、绳虫实等植物种的出现指示高寒草地沙化处于进展之中,植被群落向旱生方向演替。物种标准频度分布在不同微地形表现各异,总体上优势种比例低于稀有种,植被群落处于高度演替阶段。TWINSPAN将沙化高寒草地划分为7个群丛类型:Ⅰ赖草+阿尔泰狗娃花+牛耳风毛菊Leymus secalinus+Heteropappus altaicus+Saussurea woodiana,Ⅱ赖草+喜马拉雅嵩草+绳虫实Leymus secalinus+Kobresia royleana+Corispermum declinatum,Ⅲ赖草+披碱草+细叶亚菊Leymus secalinus+Elymus dahuricu+Ajania tenuifolia,Ⅳ赖草+高山野决明Leymus secalinus+Thermopsis alpina,Ⅴ老芒麦+早熟禾Elymus sibiricus+Poa annua,Ⅵ老芒麦+批碱草Elymus sibiricus+Elymus dahuricus,Ⅶ绳虫实Corispermum declinatum。7个群丛在DCA排序图上的分布呈现一定的规律性。CCA排序结果表明,坡度和坡向是沙化高寒草地物种分布的微地貌主导因子。     

荒漠草原典型群落土壤粒径和养分的分布特征及其关系研究

为了明确荒漠草原区土壤机械组成与养分的关系,以宁夏盐池荒漠草原4种典型群落为研究对象,通过对不同群落(柠条、沙蒿、蒙古冰草、短花针茅)表层(0~5cm)、亚表层(5~10cm)和深层(10~15cm)土壤粒径分布分形(PSD)、养分含量的动态变化分析,揭示荒漠草原区土壤结构与土壤养分的相关性。结果表明:(1)4种典型群落土壤PSD均呈正态分布,不同群落间的土壤PSD差异显著,粒径100~500μm颗粒含量对PSD影响最大,不同群落间的差异大于不同生境间或不同土层间。(2)4种典型群落除全磷(TP)外,其余土壤全肥均随土壤深度增加呈降低趋势,且冠下大于丛间,表现出荒漠草原区特殊的"肥岛"聚集效应,不同群落间分布特征均表现为:柠条短花针茅蒙古冰草沙蒿,速效养分含量相对较高,各群落均达到适宜水平。(3)土壤养分与土壤PSD显著相关,除速效磷(AP)外,其余土壤养分与土壤分形维数(D)均呈正相关关系,粒径100~250μm、250~500μm颗粒与土壤养分呈显著或极显著负相关关系,土壤中的黏粒、粉粒在有机无机胶结过程及土壤良好的结构维持中起主要作用。     

模拟增温对长江源区高寒沼泽草甸土壤有机碳组分与植物生物量的影响研究

以高寒沼泽草甸为研究对象, 采用开顶室增温小室进行增温模拟实验, 设置CK(对照点)、T1(增温1.5—2.5 ℃)、T2(增温3—5 ℃)3种处理, 研究了短期增温对高寒沼泽草甸土壤活性有机碳库及生物量生产的影响。结果表明: (1)T1增温显著促进土壤微生物量碳(MBC)的生成, T2增温幅度过大, 抑制了微生物的活性, 导致这种促进效果在T2内不显著。(2)T1, T2增温均使得0—20 cm 土层土壤有机碳(SOC)含量降低, T1增温促进20—30 cm土层土壤有机碳(SOC)的生成, 但这种促进效果在T2内并不显著。(3)T1, T2增温均使得0—20 cm 土层土壤溶解性有机碳(DOC)含量降低, 20—30 cm土层土壤溶解性有机碳(DOC)含量无明显变化。(4)模拟增温促进了长江源高寒沼泽草甸地上生物量的生成, 并且增温幅度越大地上生物量增加越多。T1增温促进了地下生物量的生成, T2增温幅度过大, 对地下生物量随温度上升而增加的这种促进作用有所抑制。(5)土壤有机碳(SOC), 土壤微生物量碳(MBC), 土壤溶解性有机碳(DOC)三者碳组分之间均呈显著正相关, 表明土壤有机碳(SOC)的变化在一定程度上制约的土壤微生物量碳(MBC)与土壤溶解性有机碳(DOC)的变化。     

英罗港红树林土壤粒径分布的分形特征

应用分形理论分析了英罗港红树林土壤粒径分布的分形特征。结果表明,红树林土壤的分形维数为2.6837-2.8834,不同质地土壤的分形维数呈现砂壤土＜轻壤土＜中壤土＜重壤土＜轻粘土的规律,外滩红树林土壤的分形维数低于中滩和内滩。土壤分形维数与其盐分和有机质含量呈显著正相关。群落类型、土壤质地、滩位、含盐量、有机质含量等是影响英罗港红树林土壤分形维数的主要因子。     

青藏高原高寒草原生态系统土壤氮磷比的分布特征

采用野外调查和室内分析相结合的方法,研究了青藏高原高寒草原生态系统土壤N/P的分布特征.结果表明: 青藏高原高寒草原生态系统土壤N/P总体上呈现出西高东低、斑块状交错分布的格局,N/P的高值区主要集中在藏北高原腹地和喜马拉雅北麓湖盆区,不同草地类型和不同自然地带土壤N/P差异显著.不同草地类型土壤N/P自上而下可分为低 高 低 高型、低-高-低型、低-高型、高-低-高-低型和高-低-高型等5个类型,表土层与底土层N/P差异显著.土壤N/P与0～20 cm土壤容重、20～30 cm土壤含水量、速效钾、全氮含量显著正相关,与20~30 cm土壤容重、土壤速效磷和全磷含量显著负相关.     

江河源区高寒草甸退化序列上"秃斑" 连通效应的元胞自动机模拟

高寒草甸草毡层"秃斑"是高寒草甸退化进程中最活跃的表征,明确其在退化序列上的演变时空规律是揭示草地退化动力学机制的关键之一。采用实地调研结合元胞自动机模拟的方法,对高寒草甸退化序列上秃斑格局动态进行了模拟,是对退化序列上秃斑的连续动态图谱表达,建立了高寒草甸由初步退化到系统崩溃的符合实际的草地秃斑连通的图谱序列,模拟吻合度达93.9%。通过对图谱序列关系的分析表明,秃斑连通进程分为3个阶段:低速连通期——第0—2年、跃变期——第2—7年、连通不可逆转期——第7—9年;最大秃斑面积、最大秃斑面积-秃斑总面积比的跃变过程,是草地退化等级的质变过程;通过对跃变期和连通不可逆转期相应的草地生态与恢复性能的对比分析,确定了连通阈值为54.5%;秃斑连通的过程伴随着临界阈现象的发生。由于连通不可逆转期"黑土滩"形成过程的不可逆性及形成后的巨大危害性,连通阈值的确定将为高寒草甸生态系统安全预警及其退化恢复治理提供依据。     

围栏封育对黄河源区斑块化退化高寒草甸碳交换及其组分的影响

为明确围栏封育对斑块化退化高寒草甸净生态系统碳交换(NEE)不同组分的影响,本研究选取青藏高原黄河源区斑块化退化高寒草甸进行围封试验,设置4个围封年限(1、2、5、11 a)和1个正常放牧对照,研究NEE及组分对不同围封年限的响应。结果表明,围封5 a退化高寒草甸总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(ER)显著大于正常放牧、围封1 a、2 a和11 a,围封2 a和5 a退化高寒草甸NEE显著小于正常放牧、围封1 a和11 a样地(P<0.01),其他NEE组分对不同围封年限的响应情况不一致。植被自养呼吸(Ra)、根系呼吸(Rr)和土壤异养呼吸(Rh)占ER的比例在不同围封年限间差异显著(P<0.01)。此外,土壤温度与NEE呈二次曲线的关系,与ER以及除Rh以外的其他呼吸组分呈指数关系,土壤含水量与NEE、GPP、ER、土壤呼吸(Rs)、Ra、Rr呈线性关系(P<0.05)。全氮、全磷、生物量和NEE及组分存在显著的相关关系。说明围封5 a能显著提高退化草地的土壤养分和固碳功能,并能维持草地生产力,无需进行长期围封。     

Response of carbon and nitrogen content in plants and soils to vegetation cover change in alpine Kobresia meadow of the source region of Lantsang, Yellow and Yangtze Rivers

We conducted this study in lightly and severely degraded Kobresia pygmaea meadow in Gande County, Qinghai Province of China. The purpose of this research was to compare carbon and nitrogen concentrations, content and dynamics of aboveground tissue, belowground roots and soil (0-40 cm) between lightly and severely degraded Kobresia meadow. The results showed that C and N concentrations and C:N ratio of the aboveground tissue were significantly higher in lightly degraded grassland than in severely degraded grassland. In addition, total carbon and nitrogen concentrations of the aboveground tissue were ranked in order of forbs > grasses > sedges in the same grassland type. Total carbon and nitrogen concentrations of belowground roots were significantly higher in severely degraded grassland than in lightly degraded grassland. Total carbon and nitrogen concentrations were higher in the aboveground tissue than in the belowground roots. Total soil organic carbon concentration in severely degraded grassland was significantly lower than that in lightly degraded grassland, and decreased with depth. C and N content per unit area was ranked in order of 0-40 cm soil depth > belowground roots > aboveground issue in the same grassland type. The total carbon content per unit area of aboveground tissue, roots and 0-40 cm soil depth declined by 7.60% after degradation from lightly (14669.2 g m⁻²) to severely degraded grassland (13554.3 g m⁻²), i.e., 0-40 cm soil depth declined by 4.10%, belowground roots declined by 59.97% and aboveground tissue declined by 15.39%. The nitrogen content per unit area of aboveground tissue, roots and 0-40 cm soil depth increased after degradation by 12.76% from lightly (3352.7 g m⁻²) to severely degraded grassland (3780.6 g m⁻²), i.e., 0-40 cm soil depth increased by 13.07%, belowground roots declined by 55.09% and aboveground tissue declined by 16.00%. As a result of grassland degradation, the total carbon lost by 11149 kg hm⁻², and the total nitrogen increased by 4278 kg hm⁻².     

长江下游江心洲土壤颗粒特征及分形规律

研究了长江下游马鞍山段成长型江心洲洲头、洲中央和洲尾3个部位100cm深度范围内的土壤颗粒特征及分形规律。结果表明:江心洲土壤颗粒总体偏砂性,主要由粉粒、极细砂和细砂组成,颗粒最大粒径为350μm;在剖面上,3类颗粒的比例洲中央部位变化较小,洲头和洲尾变化较大;颗粒随深度的增加逐渐变粗;粉粒平均含量表现为洲中央>洲头>洲尾,分别为75.42%、43.58%和22.13%;土壤颗粒分形维数表现为洲中央>洲头>洲尾,分别为2.28、2.17和2.05,小于安徽省耕作表层土壤的分形维数平均值,与单位体积比表面积呈极显著正相关,与粘粒、粉粒含量极显著正相关,与极细砂、细砂极显著负相关。江心洲不同部位的土壤颗粒特征与江心洲的发育演变之间存在对应关系。     

黄河源园区高寒草地碳储量估算及其影响因素

高寒草地碳储量及其影响因素研究是认识青藏高原草地生态系统乃至陆地生态系统碳循环和气候变化的关键之一。利用2021年8月上旬地面调查数据与同期高分6号遥感数据建立回归关系,在反演研究区植被地上、地下生物量碳密度和0—40cm土壤层有机碳密度基础上,估算了黄河源园区高寒草地有机碳储量,并通过路径分析探讨了土壤理化性质对碳密度的影响驱动机制。结果表明：(1)2021年黄河源园区地上生物量、地下生物量、0—40cm土壤层碳密度分别为37.65g/m²、1305.28g/m²、4769.11g/m²;总碳储量为100.44Tg(1Tg=10¹²g),植被层和土壤层碳储量分别分为22.06Tg、78.38Tg,占总碳密度的21.96%、78.04%。(2)黄河源园区高寒草甸和高寒草原两种草地类型地上生物量碳密度分别为41.27g/m²、30.76g/m²;地下生物量碳密度分别为1661.41g/m²、618.74g/m²;0...     

江河源区高山嵩草(Kobresia pygmaea)草甸植物和土壤碳、氮储量对覆被变化的响应

以青海省果洛州藏族自治州甘德县青珍乡高山嵩草Kobresia pygmaea草甸轻度退化草地和重度退化草地为研究对象,通过植物地上部分主要功能群（禾草类、杂类草、莎草类）、植物根系和土壤碳、氮浓度及储量动态研究,结果表明：高寒小嵩草草甸轻度退化草地地上部分主要功能群碳、氮浓度和C∶N比值明显高于重度退化草地的浓度。同一草地类型主要功能群比较,碳、氮浓度依次为杂类草>禾草类>莎草类;植物地上部分的碳、氮浓度明显高于地下根系的碳、氮浓度。重度退化草地植物根系碳、氮浓度高于轻度退化草地植物根系碳、氮浓度。重度退化草地土壤总有机碳浓度显著低于轻度退化草地土壤总有机碳浓度,随着土层的加深碳、氮浓度有减少的趋势。江河源区高山嵩草草甸的土壤有机碳、氮储量最大,植物根系碳、氮储量居中,植物地上部分碳、氮储量最小。重度退化草地总有机碳储量（13554.3 g/m2）较轻度退化草地储量（14669.2 g/m2）下降7.60%。其中,0～40cm土壤层碳储量下降4.10%,植物根系碳储量下降59.97%,植物地上部分碳储量下降15.39%;重度退化草地总氮储量（3780.6 g/m2）较轻度退化草地储量（3352.7 g/m2）高12.76%,其中,0～40cm土壤中总氮储量高13.07%,植物根系全氮储量下降5509%,植物地上部分全氮下降16.00%。由于草地退化损失有机碳11149 kg/hm2,而全氮增加4278 kg/hm2。     

江河源区高山嵩草(Kobresia pygmaea)草甸植物和土壤碳、氮储量对覆被变化的响应

以青海省果洛州藏族自治州甘德县青珍乡高山嵩草Kobresia pygmaea草甸轻度退化草地和重度退化草地为研究对象,通过植物地上部分主要功能群(禾草类、杂类草、莎草类)、植物根系和土壤碳、氮浓度及储量动态研究,结果表明:高寒小嵩草草甸轻度退化草地地上部分主要功能群碳、氮浓度和C ∶ N比值明显高于重度退化草地的浓度.同一草地类型主要功能群比较,碳、氮浓度依次为杂类草>禾草类>莎草类;植物地上部分的碳、氮浓度明显高于地下根系的碳、氮浓度.重度退化草地植物根系碳、氮浓度高于轻度退化草地植物根系碳、氮浓度.重度退化草地土壤总有机碳浓度显著低于轻度退化草地土壤总有机碳浓度,随着土层的加深碳、氮浓度有减少的趋势.江河源区高山嵩草草甸的土壤有机碳、氮储量最大,植物根系碳、氮储量居中,植物地上部分碳、氮储量最小.重度退化草地总有机碳储量(13554.3 g/m2)较轻度退化草地储量(14669.2 g/m2)下降7.60%.其中,0～40cm土壤层碳储量下降4.10%,植物根系碳储量下降59.97%,植物地上部分碳储量下降15.39%;重度退化草地总氮储量(3780.6 g/m2)较轻度退化草地储量(3352.7 g/m2)高12.76%,其中,0～40cm土壤中总氮储量高13.07%,植物根系全氮储量下降55.09%,植物地上部分全氮下降16.00%.由于草地退化损失有机碳11149 kg/hm2,而全氮增加4278 kg/hm2.