Changes in soil microbial community structure and function following degradation in a temperate grassland

温带草原退化后土壤微生物群落结构和功能的变化 草原退化是草原生产力维持面临的一个重大挑战,这一过程显著影响着草原生态系统的能量流动和土壤养分变化过程,进而直接或间接地影响着土壤微生物。我们的研究目的首先是调查不同草原退化程度(即未退化、中度退化和严重退化)如何影响着内蒙古温带草原的土壤微生物组成、多样性和功能,其次是阐明哪些生物和非生物因素导致了这些变化。我们的研究主要通过高通量测序技术分析土壤微生物的群落组成,并且采用FAPROTAX工具和FUNGuild工具分别预测细菌群落和真菌群落的功能。研究发现：草原退化显著降低了土壤细菌的多样性,但对真菌多样性影响不大。地下生物量、土壤有机碳和总氮与细菌的多样性变化呈显著正相关关系。草原退化显著增加了绿弯菌门的相对丰度(由2.48%提高到8.40%),降低了厚壁菌门的相对丰度(由3.62%降低到1.08%)。其次,草原退化也显著增加了球囊菌门的相对丰度(从0.17%提高到1.53%),降低了担子菌门的相对丰度(从19.30%降低到4.83%)。致病菌的相对丰度在草原退化过程中显著下降。此外,草原退化对土壤细菌群落的功能有显著的影响,尤其是与土壤碳氮循环相关的土壤细菌群落。我们的结果表明,土壤细菌群落对草原退化的响应比真菌群落更敏感。     

围封对内蒙古典型草原与荒漠草原植被-土壤系统碳密度的影响

草地生态系统是巨大的碳库, 在全球碳循环中起着重要的作用。该研究以内蒙古中温带草地区典型草原和荒漠草原为研究对象, 测定了两种草原类型围封与放牧后地上生物量碳密度、地下生物量碳密度和土壤碳密度, 探讨围封对两种草原类型植被-土壤系统碳密度的影响。结果表明: (1)围封显著地增加了典型草原地上和地下生物量的碳密度, 对荒漠草原地上生物量碳密度增加影响显著, 对地下生物量碳密度增加影响不显著; (2)围封显著地增加了典型草原土壤碳密度, 使荒漠草原土壤碳密度有增加的趋势, 但影响不显著; (3)典型草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布显著高于放牧样地, 而荒漠草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布与放牧样地的差异不显著; (4)围封分别提高了典型草原和荒漠草原植被-土壤系统碳密度的2.2倍和1.6倍, 典型草原和荒漠草原分别有超过65%和89%的碳储存在土壤中, 两种草原类型的地下生物量碳库均占总生物量碳库的90%以上。研究结果表明围封能够有效地增加草原生态系统的碳储量。     

Effects of enclosure on carbon density of plant-soil system in typical steppe and desert steppe in Nei Mongol,China

草地生态系统是巨大的碳库, 在全球碳循环中起着重要的作用。该研究以内蒙古中温带草地区典型草原和荒漠草原为研究对象, 测定了两种草原类型围封与放牧后地上生物量碳密度、地下生物量碳密度和土壤碳密度, 探讨围封对两种草原类型植被-土壤系统碳密度的影响。结果表明: (1)围封显著地增加了典型草原地上和地下生物量的碳密度, 对荒漠草原地上生物量碳密度增加影响显著, 对地下生物量碳密度增加影响不显著; (2)围封显著地增加了典型草原土壤碳密度, 使荒漠草原土壤碳密度有增加的趋势, 但影响不显著; (3)典型草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布显著高于放牧样地, 而荒漠草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布与放牧样地的差异不显著; (4)围封分别提高了典型草原和荒漠草原植被-土壤系统碳密度的2.2倍和1.6倍, 典型草原和荒漠草原分别有超过65%和89%的碳储存在土壤中, 两种草原类型的地下生物量碳库均占总生物量碳库的90%以上。研究结果表明围封能够有效地增加草原生态系统的碳储量。     

内蒙古典型草原生态系统定位研究最新进展

中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站最近几年在草原生态系统多功能、草原生态系统碳循环与温室气体、气候变化对植物群落结构影响长期观测、草原生态系统退化与恢复过程、草原生态系统硫生物地球化学循环、放牧生态系统管理等领域取得较大进展。研究结果指出,农垦活动使有机碳损失34％,草原植被——土壤系统是甲烷的弱汇;20多年来,这一地区气候变化有变暖趋势,冬季增温明显,春季干旱进一步加剧,影响初级生产力生产;系统提出草原退化是草原生态系统退化,并对退化阶段进行了划分;在内蒙古冷蒿小禾草退化草原施用硫肥对提高初级生产力与羊毛性能方面有明显效果。     

草原土壤有机碳含量的控制因素

基于374个高寒草原和温带草原土壤样品的测试结果,运用多元逐步回归分析模型定量评估了土壤环境因子对土壤有机碳(SOC)含量的影响.结果表明:高寒草原土壤有机碳含量(20.18 kg C/m2)高于温带草原(9.23 kg C/m2).土壤理化生物学因子对高寒草原和温带草原SOC含量(10 cm)变化的贡献分别是87.84％和75.00％.其中,土壤总氮含量和根系对高寒草原SOC含量变化的贡献均大于对温带草原SOC含量变化的相应贡献.土壤水分是温带草原SOC含量变化的主要限制性因素,其对SOC含量变化的贡献达33.27％.高寒草原土壤C/N比显著高于温带草原土壤的相应值,揭示了青藏高原高寒草原较高的SOC含量是由于较低的土壤微生物活性所导致.     

内蒙古典型草原生态系统定位研究最新进展

中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站最近几年在草原生态系统多功能、草原生态系统碳循环与温室气体、气候变化对植物群落结构影响长期观测、草原生态系统退化与恢复过程、草原生态系统硫生物地球化学循环、放牧生态系统管理等领域取得较大进展。研究结果指出,农垦活动使有机碳损失34%,草原植被——土壤系统是甲烷的弱汇;20多年来,这一地区气候变化有变暖趋势,冬季增温明显,春季干旱进一步加剧,影响初级生产力生产;系统提出草原退化是草原生态系统退化,并对退化阶段进行了划分;在内蒙古冷蒿小禾草退化草原施用硫肥对提高初级生产力与羊毛性能方面有明显效果。     

不同围封年限对退化大针茅草原生产力和土壤碳、氮贮量的影响

探讨了不同围封年限(6、8、30年)对大针茅草原生产力和土壤碳氮贮量的变化,以期构建围封年限与草地利用的关系,为草地管理提供科学依据。本实验通过实地样方调查及实验室分析,对不同围封年限大针茅草原群落的植被、土壤特征进行测定,分析了不同围封年限草原的生物量、土壤有机碳、氮贮量的恢复情况。结果表明:与持续自由放牧样地相比,围封后草原的生物量和土壤碳、氮贮量均呈显著增加;随着围封年限的延长,生物量和土壤碳、氮贮量也表现出增加的趋势,地上生物碳和土壤有机碳的增加趋于稳定。     

基于Biolog-ECO方法的两种不同草原中5种不同植物根际土壤微生物群落特征

【背景】土壤微生物是草原生态系统的重要组成部分,在调节植物生长、促进土壤结构的形成及维持草原生态系统功能和稳定性等方面有着不可替代的作用。【目的】探究内蒙古自治区四子王旗两种不同草原中5种不同植物根际土壤微生物群落代谢功能的多样性。【方法】利用Biolog-ECO微平板法分析四子王旗荒漠草原中阿德格和格根塔拉2个样地中短花针茅、冷蒿、细叶葱、阿尔泰狗娃花和银灰旋花5种植物根际土壤微生物群落多样性特征。【结果】两种不同草原中5种不同植物根际土壤中可培养微生物数量存在显著性差异(P0.05),阿德格草原中短花针茅根际土壤中可培养微生物总数显著高于其他植物根际,格根塔拉草原中阿尔泰狗娃花根际土壤中可培养微生物总数显著高于其他植物;两样地不同植物根际土壤微生物的平均颜色变化率(average well color development,AWCD)均表现为格根塔拉样地高于阿德格样地,而且呈"S"型变化。培养96 h后格根塔拉草原5种植物的Shannon指数与Simpson指数高于阿德格草原,同时银灰旋花根际土壤微生物多样性指数在两个草原中差异极显著;两个草原不同植物根际土壤微生物对碳源的利用主要是氨基酸类和碳水化合物碳源,对于L-天门冬酰胺、r-羟基丁酸、L-丝氨酸和D-半乳糖醛酸等碳源的功能微生物显著富集,根际土壤微生物的AWCD和多样性指数与细菌、放线菌以及土壤微生物总数呈极显著正相关性(P0.01),均匀度指数与细菌、放线菌以及土壤微生物总数量呈显著负相关性(P0.05)。【结论】不同植物根际土壤微生物对碳源的利用能力和偏好出现差异,而且根际土壤微生物数量越高,微生物碳代谢能力、微生物群落多样性越丰富。     

内蒙古天然与放牧草原温室气体排放研究

采用静态箱-气相色谱法测定内蒙古典型草原温室气体排放。结果表明,四类天然草原吸收CH4、排放N2O和CO2各自有其相对固定的季节变化形式,四类草原和大气交换温室气体通量的变化形式基本一致,受年度气候变化所控制,而土壤、植被类型、降雨量等天然因素和放牧强度等人为因素仅影响排放强度。与天然羊草草原相比,自由放牧降低了羊草草原对CH4的吸收和N2O排放,增加了CO2的排放。     

锡林郭勒草原自然保护区土壤动物初步调查

土壤动物的生存、活动与栖息地环境密切相关。一方面栖息地生态因子决定着土壤动物的生存与活动;另一方面,土壤动物对土壤有机质的改变、土壤微生物的生存、植物的生长等诸生态因子的变化起着一定的促进作用。因此随着草原生态系统研究的日趋深入,土壤动     

氮磷添加对荒漠草原植物-凋落物-土壤生态化学计量特征的影响

为明确植物、凋落物和土壤养分含量及化学计量比对土壤中添加多种限制性养分的响应,阐明“植物-凋落物-土壤”连续体化学计量动态及各组分之间的协同作用,以宁夏荒漠草原为研究对象,于2018年开始进行氮(N)、磷(P)养分添加控制试验。试验处理包括对照(CK)、N添加、P添加、NP共同添加4个处理。结果表明：(1)NP共同添加显著增加了荒漠草原植物N和P含量、以及凋落物和土壤P含量,显著降低了荒漠草原植物C∶N和C∶P、以及土壤和凋落物C∶P和N∶P。P添加显著增加了荒漠草原植物、凋落物和土壤P含量,显著降低了植物、凋落物、土壤C∶P和N∶P。N添加分别增加了植物、凋落物N含量和N∶P,但对植物N含量影响未达到显著水平。(2)C、N、P含量和N∶P大小均表现为植物>凋落物>土壤,C∶N和C∶P均表现为凋落物>植物。(3)N添加提高了荒漠草原植物对P再吸收效率,降低了荒漠草原植物对N利用效率;P添加提高荒漠草原植物对N再吸收效率,降低荒漠草原对P的利用效率;NP共同添加提高了荒漠草原植物对N和P再吸收效率,降低了荒漠草原植物对N和P利用效率。(4)植物-凋落物-土壤的N、P含量...     

基于牧户感知和野外调查相结合的内蒙古东部草甸草原健康评价

治理草原退化是我国草原管理的重点和难点。我国目前关于草原退化判断、退化程度、原因及治理等系列问题的确定几乎皆以科学研究结果为依据,而忽视了牧户作为草原直接使用者和管理者的重要性。牧户对草原有自己的判断和认知,其与科学方法研究之间的矛盾已经影响到草原生态保护政策的有效实施。以内蒙古东部草甸草原牧户尺度草原为研究对象,借助牧户调研和野外调查相结合的方法,将牧户划分为高、中、低3个经济水平,并运用Condition-Vigor-Organization-Resilience (CVOR)指数评价法,分析评价草原生态系统健康状况。研究结果显示,牧户对草原健康状况的感知主要从植被、土壤、牲畜等方面,与科学方法评价指标选取具有相似性;牧户感知和CVOR指数法评价结果具有一致性,均判定草原生态系统呈现不同程度退化;统计检验显示牧户对植被、土壤、牲畜影响等指标变化感知方面均不存在显著差异(P0.05),CVOR指数法下不同经济水平牧户草场健康指数之间亦无显著差异(P0.05),两种方法均显示不同经济水平牧户草场退化程度无显著差异(P0.05)。研究证实了牧户感知在指标选取、评价结果方面具备用于准确评价草原健康状况的可行性和可信度。两种方法相互补充,将有利于更加准确、实时动态监测和评价牧户尺度草原生态健康状况,为调整优化畜牧业生产实践提供指导和草原生态保护和建设政策的有效实施提供保障。     

内蒙古温带草原土壤微生物生物量碳的空间分布及驱动因素

【目的】探索内蒙古温带草原土壤微生物生物量碳的空间分布特征以及驱动因素。【方法】在内蒙古自治区境内沿着年均温、年降水梯度选择17个草原样点,在土壤剖面上分0-10 cm、10-20 cm、20-40 cm、40-60 cm、60-100 cm五层,分别采集土壤样品,测定土壤微生物生物量碳以及主要的环境和生物影响因子,分析不同草地类型以及不同土壤深度土壤微生物生物量碳的差异,探索非生物因子和生物因子对土壤微生物量碳的影响。【结果】草甸草原土壤微生物量碳最高,典型草原次之,荒漠草原最低。在0-10 cm土壤中,草地类型间的微生物量碳变异系数高于草甸草原和典型草原,低于荒漠草原;在0-100 cm土壤中,草甸草原样点间的微生物量碳的变异系数低于典型草原和荒漠草原。土壤微生物量碳与年降水、土壤含水量、粘粒含量、土壤养分元素、地上生物量、地下生物量呈显著正相关,与年均温和土壤p H值呈显著负相关关系。随着土壤深度的增加,土壤微生物量碳显著减少,非生物因子与微生物量碳的相关性减弱,草地类型间以及同一草地类型不同样点间的变异系数增加。0-10 cm土壤微生物量碳与10-40 cm土壤微生物量碳的相关指数高于0.5,与40-100 cm的土壤微生物量碳的相关指数小于0.3。【结论】内蒙古温带草原土壤微生物量碳的垂直分布呈现一定的规律性,且非生物因子对微生物量碳的影响也呈现垂直减弱的规律。     

脉冲式降水对不同类型草地土壤微生物呼吸碳释放量的影响

降水事件引起土壤短时间内释放大量CO₂的现象常称为降水脉冲效应。降水事件发生后,由于水分和养分可获得性快速提升使土壤微生物呼吸速率快速升高至正常水分状况的数倍,从而导致土壤CO₂大量释放并一定程度上影响着生态系统碳循环过程和土壤碳平衡,尤其在干旱或半干旱地区。利用自主研发的能快速测定土壤微生物呼吸速率的装置,对内蒙古三类典型草原(草甸草原、典型草原和荒漠草原)土壤分别开展土壤复湿实验(60%饱和含水量),并采用高频测定(48 h测定288次)。在土壤复湿后在所有温带草地类型中均发生了明显的脉冲效应,降水脉冲过程中单位有机质(土壤有机碳,SOC)最大呼吸速率(R_SOC-max)整体表现为荒漠草原(1.59 mg C g^-1 SOC h^-1)>草甸草原(0.73 mg C g^-1 SOC h^-1)>典型草原(0.50 mg C g^-1 SOC h^-1);而脉冲效应的持续时间(Dura...     

土壤剖面微生物数据可作为温带草原退化的特征指标

正我国温带草原分布广泛,是欧亚大陆温带草原植被类型的重要组成部分,具有重要的生态和经济价值[1],而其退化已成为我国草原牧业和生态可持续发展的主要瓶颈[2]。土壤微生物在土壤形成和演化过程中起着不可替代的作用,是土壤中物质转化和养分循环的驱动力。土壤微生物生物量和土壤微生物胞外酶活性则是土壤生态系统结构和功能演替的特征指示物[3]。目前,对草地退化的研究大部分集中于退化现状及其驱动力,植物群落结构及其稳定性,生物量变化及其土壤肥力水平,而相关的土壤微生物特     

多年放牧对不同类型草原植被及土壤碳同位素的影响

放牧是草原牧区常见的人类活动,多年放牧对草原植被及土壤的碳过程产生较大的影响.本研究采集不同类型草原多年放牧前后植被及土壤样品,对室内碳同位素进行分析,研究了不同草原生态系统Δ¹³C(碳同位素分馏值)差异及其影响因素.结果表明: 放牧强度对植被Δ¹³C值的影响显著,0～5 cm表层土壤Δ¹³C值在放牧前后变化显著,而对深层土壤(>5 cm)影响不显著.多年放牧后大部分植被Δ¹³C值显著升高,高海拔地区升高的幅度较大.可见,放牧行为对不同草地生态系统类型、不同土壤深度以及不同海拔生态系统碳过程产生的影响差异显著.针对不同类型的草原,放牧应采取多样化的管理方式.     

内蒙古锡林河流域典型草原初级生产力和土壤有机质的动态及其对气候…

应用Ｃｅｎｔｕｒｙ生态系统模型,作模拟内蒙古锡林河流域羊草草原和大针茅草原在１９８０￣１９８９年的生物量动态,并估测气候变化和大气ＣＯ２浓度倍增对典型草原初级生产力和土壤有机质含量的影响。Ｃｅｎｔｕｒｙ模拟的生物量季节动态和年际变化同野外实测值显地吻合。在大针茅草原,野外实测值为１４２．４５￣１４４．３７ｇ／ｍ＾２,而模拟值为１２７．０４￣１５６．２３ｇ／ｍ＾２;在羊草草原,野外实测值为２１０     

羊草草原分解者亚系统的特性及作用

在内蒙古羊草（Ｌｅｙｍｕｓｃｈｉｎｅｎｓｉｓ）草原,对其分解者亚系统的特性及作用开展研究,采用网袋法对不同物候期羊草植株和凋落物的分解作用进行了测定。结果如下：１．植株分解的最初２－３ａ中,其残体表面的微生物生物量及转化酶、蛋白酶的活性均呈现返青期植株＞结实期植株＞果后营养期植株＞凋落物。植株分解的速度亦为上述规律。２．羊草植株被分解后,可提高临近土壤的微生物活性。各植株分解均引起土壤的Ｃ／Ｎ值下降,老熟植株分解使土壤的ＨＡ／ＦＡ值升高。３．幼嫩植株分解时,其体内营养元素会较快释放;凋落物分解则导致氮和磷元素的积累,但钾不会。４．通过指数衰减模型估算,羊草凋落物的分解常数为０．１５３ｇ／ｇ·ａ,９５％被分解掉约需１９ａ时间。５．羊草草原凋落物的最大积累量为年输入量的６．５４倍,即１１７５．６ｇ／ｍ￣２。６．分用凋落物的微生物其生物量平均为４．４×１０￣（－３）ｇ／ｇ·ＤＷ,微生物所含能量仅占凋落物贮存能量的０．５％左右。     

荒漠草原土壤动物与降雨关系研究现状

在全球性气候变化背景下,极端降雨事件频发,总结土壤动物多样性与降雨变化间的关系及其响应机制,有助于理解全球变化对土壤生态系统结构与功能的作用过程,对于探讨陆地生态系统应对全球变化具有重要科学意义。荒漠草原生态系统极度脆弱,对气候变化敏感,但是关于荒漠草原土壤动物与降雨变化间关系的研究报道比较少,严重制约了对荒漠草原生态系统的有效管理和可持续利用。本文从地上、地面和地下3个方面总结了土壤动物和降雨变化间的关系,并就荒漠草原土壤动物应对气候变化研究提出了一些建议。研究表明,降雨变化直接影响土壤动物群落结构;土壤动物对降雨变化反应强烈,不同动物类群产生了积极的响应规律;某些土壤动物类群对于降雨变化还具有重要指示作用。在荒漠草原生态系统中,今后需要从降雨变化对土壤动物产生的长期影响、土壤动物对降雨变化的适应方式和某些动物类群对土壤水分敏感性以及土壤动物与气候变化间的互为反馈关系等方面加强研究。     

中国东北部贝加尔针茅(Stipa baicalensis)草原生产量与生态因素的关系及其预测模型

 本文报道了贝加尔针茅(Stipa baicalensis)草原生产量与主要生态因素积温、降水和土壤有机质含量的关系。讨论了这些生态因素及其交互作用对草原生产量的影响。采用二次正交旋转回归设计和双重组合设计方法建立了贝加尔针茅草原生产量的预测模型,经对该模型的检验表明,所建模型可以在草原畜牧业生产中广泛应用．