荒漠草原区4种植物群落土壤种子库特征及其土壤理化性质

土壤种子库作为地上植被更新的潜在种源,在植被自然恢复和演替过程以及生态系统建设中起着重要作用。以宁夏盐池县荒漠草原区4种植物群落为研究对象,通过对封育16年后植物群落土壤理化性质的变化与其土壤种子库的特征之间的关系的探讨,揭示荒漠草原植物群落的土壤种子库分布特征和演替趋势,以及土壤质量的改变如何影响土壤种子库特征。研究结果表明：（1）不同植物群落土壤种子库物种组成及种子密度不同,同一物种在不同植物群落土壤种子库中出现时种子密度也存在差异;禾本科、菊科、藜科植物种在4种植物群落土壤种子库中出现比例均较高,分别占到26.19%、21.43%和19.05%,占总物种数的66.7%;灰绿藜、冰草、碱蓬在4种植物群落土壤种子库中均有出现。（2）4种植物群落土壤种子库中多年生植物和一年生植物种子居多,灌木、半灌木植物种较少。（3）4种植物群落土壤种子库中物种数和种子密度均表现为：芨芨草群落 > 苦豆子群落 > 油蒿群落 > 盐爪爪群落;且随着土层的加深,4种植物群落土壤种子库中物种数和种子密度均呈递减趋势。（4）4种植物群落土壤种子库中Shannon-Wiener指数、Simpsin指数、Pielou指数和Patrick指数均表现为芨芨草群落 > 苦豆子群落 > 油蒿群落 > 盐爪爪群落。此外,芨芨草群落土壤种子库与油蒿群落土壤种子库相似性最高,油蒿群落与盐爪爪群落的最低。（5）土壤种子库物种多样性特征指数与土壤pH、含水量、碱解氮呈正相关,与土壤电导率呈负相关,其中土壤pH和电导率对种子库物种多样性的影响较大。荒漠草原封育以后,土壤种子库中植物种数、种子密度和物种多样性均呈增加趋势,且以多年生植物和一年生植物种子居多;禾本科和豆科植物的物种数和种子密度大于菊科和藜科,这表明围封后牧草品质改善,植物群落正向演替。     

东北羊草草原主要植物群落土壤过氧化氢酶活性的研究

东北羊草草原3种植物群落土壤过氧化氢酶活性的季节变化曲线基本都呈抛物线型,虎尾草群落季节变化幅度比羊草群落和碱茅群落大,造成这种现象的原因可能是“种子效应”,对不同土层度过氧化氢酶活性与环境因子的相关分析表明,土壤过氧化氢酶活性随着土层的加深而递减,并与降雨量和大气温度有较强的相关性,且受土壤温度和土壤含水量的协同作用,此外,土壤过氧化氢酶活性与地上植被明显相关,可以反映出植物群落的生长状态。     

荒漠草原沙漠化植物群落及土壤物理变化

沙漠化是草地退化最严重的形式之一。以空间代替时间的方法,通过对宁夏中北部荒漠草原沙漠化过程中植物群落特征和土壤物理特性的研究,探讨草地植物群落与土壤物理特性对沙漠化的响应机制。结果表明:(1)潜在沙漠化阶段草地以牛枝子、猪毛蒿、中亚白草为优势种,轻度沙漠化阶段草地以中亚白草、苦豆子为优势种,中度沙漠化阶段草地以狗尾草、虫实为优势种,重度沙漠化阶段草地以沙米、赖草、狗尾草为优势种,极度沙漠化阶段草地以沙米为优势种。(2)随着沙漠化程度的加剧草地植物群落生物量、Shannon-Wiener指数、丰富度指数、盖度均呈降低趋势,但轻度沙漠化阶段草地植被生物量比潜在沙漠化增加了23%。(3)草地沙漠化导致土壤容重和土壤粗砂粒含量增加,而土壤水分,土壤细砂粒和粘粉粒含量降低。荒漠草原沙漠化导致了土壤环境和植被明显退化,草地生产力明显降低。     

荒漠草原典型植物群落土壤活性有机碳组分特征及其与酶活性的关系

以宁夏荒漠草原典型植物柠条(Caragana korshinskii)、沙蒿(Artemisia ordosica)、短花针茅(Stipa breviflora)和蒙古冰草(Agropyron mongolicum)群落为研究对象,分析不同植物群落不同土层深度(0~5、5~10和10~15cm)土壤活性有机碳组分土壤微生物量碳(MBC)、可溶性有机碳(DOC)和易氧化有机碳(EOC)特征及其与土壤酶(蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶)活性之间的关系。结果表明:(1)4种典型植物群落土壤SOC、MBC、EOC含量均随土层深度的增加而减少,且表层(0~5cm)土壤显著高于亚表层(5~10cm)和深层(10~15cm)土壤(P0.05),而土壤DOC含量随土层深度的增加呈先增加后减少的趋势。在同一土层深度,灌木(柠条和沙蒿)群落土壤活性有机碳组分含量高于禾本科植物(短花针茅和蒙古冰草)。(2)4种典型植物群落土壤酶(蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶)活性整体上随土层深度的增加而降低,局部土层深度表现出波动性;同一土层不同植被群落土壤酶活性未表现出一定的变化规律。(3)4种典型群落土壤活性有机碳各组分除DOC外,其余均与SOC呈显著正相关关系,与土壤酶活性、微生物量熵以及有机碳活度具有一定的相关关系,表明土壤活性有机碳不仅依赖于总有机碳,也与土壤酶活性密切相关。     

围封对不同退化程度荒漠草原植物群落和土壤的影响

围封是退化草原生态系统恢复的有效措施之一,已在中国北方草原地区实施多年并取得良好的效果。由于不同退化草原生态系统具有完全不同的植被和土壤条件,围封对不同退化草原植物群落和土壤的恢复是否具有一致的影响,目前仍不清楚。对内蒙古地区轻度、中度和重度退化荒漠草原分别设置6年围封后,对植物群落特征和土壤理化性质进行了调查和测定。研究结果发现,围封显著提高了3种退化荒漠草原短花针茅（Stipa breviflora）和无芒隐子草（Cleistogenes songorica）种群以及群落的高度、盖度和地上生物量（P<0.05）,表明围封从多组织层次使退化草原植物群落得到有效的恢复。围封总体提高了轻度和中度退化荒漠草原植物多样性,但降低重度退化荒漠草原的植物多样性。重度退化荒漠草原在围封后群落高度、盖度和地上生物量恢复效率显著高于轻度和中度退化的（P<0.05）,表明围封对重度退化荒漠草原植被恢复更加有效。除轻度退化外,围封显著降低中度和重度退化荒漠草原土壤全碳、全氮、全磷、有效氮和速效磷含量（P<0.05）,但对3种退化荒漠草原的土壤水分含量无显著影响,表明围封对不同退化荒漠草原土壤的影响具有滞后性。研究为荒漠草原围封成效评估提供理论指导和退化荒漠草原生态系统科学合理实施围封政策提供科学依据。     

宁夏东部荒漠草原向灌丛地人为转变过程中土壤胞外酶活性响应

以宁夏东部荒漠草原-灌丛地典型镶嵌体内部荒漠草地、草地边缘、灌丛边缘、灌丛地为对象,对各样地植丛和空斑下土壤特性及6种土壤胞外酶活性(纤维二糖水解酶、β-1,4-木糖苷酶、β-1,4葡萄糖苷酶、β-1,4-乙酰基氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和碱性磷酸酶)进行分析,研究荒漠草原向灌丛地人为转变过程中胞外酶的响应特征。结果表明: 荒漠草原向灌丛地转变过程中,土壤水分、有机碳、全氮、全磷、微生物生物量碳、微生物生物量氮均显著降低,且灌丛地显著低于草地26.0%～88.5%;除草地边缘土壤水分、有机碳空斑略高于植丛外,其他指标均表现为各样地植丛显著高于空斑3.9%～82.3%。6类土壤胞外酶活性在转变过程中均呈下降趋势,降幅为22.1%～82.4%,其中亮氨酸氨基肽酶和碱性磷酸酶降低最为显著,分别降低82.4%和75.5%;除灌丛地β-1,4-乙酰基氨基葡萄糖苷酶在空斑显著高于植丛外,其他胞外酶活性均表现为各样地植丛高于空斑10.7%～42.7%;转变过程中6类胞外酶活性之间呈显著正相关,且均与土壤特性呈不同程度正相关,其中各类土壤胞外酶活性对土壤微生物生物量碳、氮及全氮响应较为积极。     

荒漠草原两种类型土壤的水分动态对比

基于2017—2018年的定位监测数据,分析了宁夏东部的盐池荒漠草原2种不同类型土壤(灰钙土和风沙土)的水分时空动态特征。结果表明:2017和2018年生长季(5—10月),研究区降雨量分别为208.2和274.8 mm,降雨在各月份的分配差异较大。2018年除5月存在极端降雨事件(129.6 mm)外,其余各月降雨量均低于2017年。土壤水分变化的季节动态规律大致可以分为两个阶段:土壤水分补偿期(5月初至6月初)和土壤水分波动期(6月中旬至9月底)。0～20 cm土层土壤含水量在降雨后呈骤增骤减的脉冲式特点,深层土壤含水量较稳定。灰钙土土壤含水量随土层加深表现为"升-降-升"的变化,风沙土土壤含水量在0～60 cm土层出现井喷式增加,而后增加缓慢,但随着土层深度的增加土壤含水量逐渐增大。2017年,灰钙土全剖面(0～100 cm)土壤水分表现为积累型,风沙土表现为消耗型;2018年,两种类型的土壤水分在全剖面均表现为消耗型。两种土壤类型土壤水分的时间稳定性随土壤深度的增加而增强,灰钙土和风沙土全剖面的平均土壤含水量代表性土层分别为80～100和40～60 cm。2种类型土壤的土壤水分...     

荒漠草原中间锦鸡儿林土壤养分效应对群落组分和多样性的影响

为系统认识荒漠草原中间锦鸡儿人工林草本植被特征及演变趋势对土壤养分的响应,采用空间代替时间的方法,以天然草地为对照,构建3个中间锦鸡儿林龄(16a、25a、37a)研究序列,调查不同中间锦鸡儿林灌丛内外土壤植被并分析二者之间的关系。结果表明:(1)随林龄增加,不同功能群植物重要值呈不同变化趋势,其中禾本科植物显著增加,豆科植物显著降低,杂草类植物先减小后增加。(2)α多样性分析显示,荒漠草原中间锦鸡儿人工林16a灌丛外物种丰富度(S)、香浓维纳指数(H)最高(P0.01);不同林龄均匀度指数(J)、优势度指数(P)未表现出明显的变化规律。(3)β多样性分析显示,Cody指数(βc)和Morisita-Horn(CMH)相似指数均表现出16a与25a、37a之间的物种差异较大、25a与37a之间物种差异相对较小、37a中间锦鸡儿林与天然草地物种组成相似,βws指数在25a中间锦鸡儿林最大。(4)人工中间锦鸡儿林存在显著的土壤碳氮"肥岛效应",其中土壤有机碳是不同林龄植物群落组成差异的显著性影响因子,土壤速效氮为不同林龄灌丛外植物多样性差异的显著性影响因子,但灌丛内植物多样性对土壤养分的响应并不显著。研究认为,中间锦鸡儿林土壤养分演替正效应提高了植物多样性,增强了植物物种的更替程度,但建植后期(37a)植物群落存在向天然草地演替趋势。     

艾比湖湿地植物群落土壤酶活性特征及影响因素

为研究艾比湖湿地不同植物群落土壤酶活性的季节变化规律及影响因素,2015—2016年5、8和11月以绕湖一周范围内的梭梭-柽柳、梭梭、胡杨、芦苇为研究对象,对4种植物群落下不同月土壤过氧化氢酶、磷酸酶和脲酶活性及理化因子进行分析。结果表明:(1)各植物群生境的差异使酶活性有明显变化,呈现出芦苇群落梭梭群落胡杨群落梭梭-柽柳群落。不同植物群落下酶活性具有明显的季节变化,梭梭-柽柳、梭梭、胡杨群落土壤过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶的峰值分别出现在5月(2.72、3.31和2.94 mg/g)、(1.18、1.32和0.69 mg/g)和(0.18、0.34和0.17 mg/g),而芦苇群落3种酶活性的峰值出现在8月(5.18、1.20和0.66 mg/g);谷值均出现在11月。(2) 4种植物群落下各月土壤酶活性与土壤有机质、全磷呈显著正相关,而与土壤盐分呈负相关;除芦苇群落外,其他群落8月土壤温度与酶活性呈负相关。(3) 4种植物群落各月间土壤酶活性受多因素的共同影响,土壤盐分、有机质、全磷是影响艾比湖湿地不同植物间土壤酶活性的主导因素,土壤温度和含水量对不同月土壤酶活性的影响更为显著。     

荒漠草原区土壤粒径组成对柠条根际土壤微生物数量及酶活性的影响

柠条(Caragana korshinskii)是荒漠草原区主要的造林绿化树种,研究其根际土壤微生物和酶活性与不同土壤类型土壤粒径组成的关系有重要意义,然而土壤粒径对荒漠草原柠条根际土壤微生物数量和酶活性的影响知之甚少,探讨土壤颗粒组分与微生物数量、土壤酶活性之间的关系,以及土壤颗粒组成对荒漠草原区固沙灌木植物柠条根际土壤微生物数量及酶活性的影响,可为揭示荒漠草原土壤退化及生态修复提供参考。以宁夏荒漠草原区土壤粒径组成差异显著的灰钙土、红黏土、风沙土环境下栽植的柠条为研究对象,研究不同土壤颗粒组成对根际土壤微生物数量及酶活性的相互关系与影响。结果表明:土壤微生物的数量表现为细菌放线菌真菌。根际土壤中的细菌、真菌数量显著高于非根际,且在3种不同类型的土壤中随着细砂粒的增多,真菌和放线菌数量逐渐降低,而细菌数量呈先增大后减小的趋势;根际与非根际土壤的蔗糖酶、碱性磷酸酶及过氧化氢酶活性均呈现出灰钙土红黏土风沙土的趋势,红黏土根际土壤中的脲酶活性显著高于灰钙土与风沙土;除过氧化氢酶外,土壤酶活性表现为根际高于非根际,在3种不同类型的土壤中随着细砂含量的增加,土壤酶活性均呈递减趋势。土壤颗粒组成与微生物数量之间没有明显的相关性,而与土壤酶活性之间显著相关,土壤酶活性与黏粒、粉粒呈正相关,与细砂、中砂呈负相关关系,根际土壤中酶活性更高,能够为植物及微生物提供更多的营养。     

模拟降水量变化对荒漠草原土壤酶活性的影响及其相关因素分析

为明确荒漠草原土壤酶活性对降水格局改变的响应机制, 该研究基于宁夏荒漠草原降水量不同梯度变化(减少50%、减少30%、自然降水、增加30%和增加50%)的野外试验(2014年开始试验), 于2016年5-7月采样, 测定分析不同降水梯度2年后对土壤酶活性的影响, 并分析酶活性与植物生物量、微生物生物量C∶N∶P生态化学计量特征以及土壤理化性质的关系。结果表明: (1)与自然降水量相比, 减少30%降水量对3种土壤酶活性均无显著影响, 减少50%降水量显著降低了土壤蔗糖酶活性(^P < 0.05); 增加降水量显著提高了土壤蔗糖酶和磷酸酶活性(^P < 0.05), 但对脲酶活性无显著影响。(2)减少降水量对植物生物量影响较小(尤其减少30%降水量), 但不同程度地降低了微生物生物量C、N、P, 提高了微生物生物量C∶N和C∶P; 增加降水量则不同程度提高了植物生物量及微生物生物量C、N、P。(3)土壤蔗糖酶和磷酸酶活性随植物及微生物生物量增加而增加; 对土壤酶活性影响显著的土壤因子包括: 含水量、NO₃^- N、NH₄⁺ N、C∶P、有机C、全N、C∶N和pH (P < 0.05)。研究认为, 减少降水量(尤其是减少30%降水量)对土壤酶活性影响较小, 增加降水量促进了植物的生长、刺激微生物活性, 进而提高了土壤酶活性, 但随着植物生物量增加, 土壤有机C输入增多, 磷酸酶活性相应增强并促进了有机P的矿化, 导致土壤微生物P限制增加。     

不同载畜率对荒漠草原群落结构和功能群生产力的影响

采用随机区组试验研究了内蒙古高原荒漠草原亚带短花针茅(S tip a brev if lora)草原群落不同载畜率对草原群落结构和功能群生产力的影响。结果表明:随着载畜率的增加,群落的植物种数逐渐减少,在每个载畜率水平下,冷蒿(A rtem isia f rig id a)占有绝对优势地位,优势度为35.66%~41.95%;群落的地上生物量随载畜率的增加而降低,各功能群地上生物量组成中,灌木类处于主体地位,分别占据了群落68%(CK)、77.40%(LG)、73.25%(M G)、76.91%(HG)的生物量;在植物生活型功能组成中,灌木类和杂类草、多年生丛生禾草和杂类草功能群,在生物量上具有生态互补效应(n iche com p lem en tary effect)。     

宁夏东部风沙区荒漠草原植物群落物种多样性研究

通过野外植被调查,研究了宁夏东部风沙区荒漠草原植物群落组成与结构、物种多样性变化;采用典范对应分析（CCA）对植物群落分布与土壤性状关系进行了分析。结果表明：（1）风沙区荒漠草原物种较为单一,多集中在6~13种;不同群落类型间地上生物量和盖度差异显著;群落内竞争性较弱的物种减少,优势种具有较高的重要值。（2）群落间物种多样性差异显著,但变化趋势并不一致;物种多样性指数与丰富度指数、均匀度指数的相关系数分别为0.975 7和0.880 2,而与优势度指数相关系数为-0.519 8。（3）CCA结果表明,土壤含水率、有机质以及氮磷钾含量较高、容重小时,植物物种相对丰富;对群落分布影响较大的环境因子是土壤水分、容重和土壤有机质,相关系数分别为-0.742 8、0.683 8、0.532 9,物种和群落二者在CCA排序轴相关性较大的土壤因子较为一致。研究认为,宁夏东部风沙区荒漠草原植物优势种在群落中的地位明显,物种丰富度对植物多样性的影响大于均匀度,土壤水分是影响该区草原植物群落分布的决定性环境因子。     

民勤荒漠区主要植物群落的稳定性及生态效应

以民勤荒漠区5种主要植物群落10个样方12年的定位观测资料为基础,运用植被盖度和投影盖度2个指标对荒漠区植物群落的稳定性及其生态效应进行分析,以期阐释随着全球变暖荒漠植物群落的稳定性和生态效应的变化规律。观测结果表明,沙蒿(Artemisia arenaria)的植被盖度和麻黄(Ephedra przewalskii)的植被盖度以及沙蒿的投影盖度和梭梭(Haloxylon ammodendron)人工林的投影盖度显著下降,白刺(Nitraria tangutorum)的植被盖度亦下降。分析结果表明:(1)植被盖度相对较低的群落的稳定性较强,而植被盖度相对较高的群落的稳定性相对较差。(2)当年降水量是决定植被盖度及其投影盖度的关键因子。(3)单位面积的白刺的生态功能最大,其次是麻黄,再次是白刺+梭梭,单位面积的沙蒿的生态功能最低。荒漠区植被稀疏,植株枝条分布极不规则,以冠幅计算所得的植被盖度不能反映植被实际覆盖地表的状况。     

封育对荒漠草原苦豆子群落土壤粒径分形特征的影响

该研究以宁夏盐池荒漠草原区苦豆子(Sophora alopecuroides)群落为研究对象,通过野外采样和实验室分析,研究了围封对苦豆子群落土壤颗粒分形维数的变化特征以及分形维数与土壤理化性质的关系。结果表明:(1)与围栏外相比,围栏处理样地的黏粒(2μm)体积百分比含量增加,在0~10、10~20和20~40cm土层差异显著;粉粒(2~50μm)体积百分比含量在0~10cm土层显著增加;而砂粒(50~250μm)体积百分比含量减少,在0~10和10~20cm土层差异显著,围封可促使土质细粒化。(2)与围栏外相比,围栏内土壤有机碳、全N、全P、碱解氮、速效磷含量均有所提高,其中0~10cm土层分别增加了177.70%、155.70%、60.11%、120.42%、179.40%,10~20cm土层土壤有机碳、全N、全P、速效磷含量增加比例分别为202.80%、36.50%、27.78%和s37.30%,20~40cm土层土壤养分变化不显著,说明围栏封育使土壤养分主要富集在0~20cm土层,其中0~10cm土层富集达到显著水平。(3)苦豆子群落围栏内的土壤粒径分形维数在2.64~2.69之间,围栏外的分形维数在2.59~2.64之间;与围栏外相比,围栏内土壤粒径分形维数在0~10和10~20cm土层增加显著。(4)土壤粒径分形维数与土壤粒径分布、土壤有机碳、全N、全P、碱解氮、速效P含量均呈显著的线性关系,说明分形维数可以作为一个衡量土壤肥力、土壤结构以及退化土壤恢复程度的综合性指标。     

荒漠草原3种典型群落类型下土壤粒径分布与微生物量碳氮的关系

为了探讨不同群落类型的土壤粒径分布（PSD）与土壤微生物生物量（MB）的关系,以宁夏盐池荒漠草原3种典型群落类型（冰草、沙蒿、短花针茅）为研究对象,测定了不同群落2种生境（冠下、丛间）0~5、5~10和10~15 cm表土层土壤PSD和微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）含量变化,并分析了土壤颗粒组成中砂粒、粉粒和黏粒体积分数变化与土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）和MBC、MBN间的关系。结果表明：（1）不同群落类型土壤粒径都呈“倒V”型分布趋势,但土壤退化最严重的沙蒿群落中100~500 μm粒径颗粒含量相对较多,与其他两种群落形成显著差异。（2）不同群落类型SOC、MBC、MBN含量均随土层深度的增加而降低,同土层SOC、MBN含量均表现为冠下明显大于丛间,表现出“肥岛效应”,且0~5 cm土层差异显著（P＜0.05）。（3）对土壤粒径组成与土壤SOC、MBC、MBN间相关性研究表明,在土壤SOC、MBC和MBN含量较高的冰草、短花针茅群落类型中,0.01~2、2~50和50~100 μm土壤粒径的颗粒含量也高,SOC、MBC和MBN含量与＜100 μm的粉粒含量呈正相关关系;在沙蒿群落类型中粒径为100~250和250~500 μm的土粒含量增高,导致其SOC、MBC和MBN含量较低,表明不同群落类型对土壤理化结构产生影响的同时,对微生物生物量也有显著的影响。     

施氮对荒漠化草原土壤理化性质及酶活性的影响

以腾格里沙漠东南缘的荒漠化草原为对象,设置添加0、1.75、3.5、7和14 g N·m^-2·a^-1 5个氮素水平,研究了施氮对该地区土壤理化性质和土壤酶活性的影响.结果表明: 施氮导致表层(0～10 cm)和下层(10～20 cm)土壤中总氮、NO₃^--N、NH₄⁺-N和有效氮的累积,土壤pH下降,对土壤有一定的酸化作用.施氮明显抑制了土壤酶活性,且不同酶活性在氮素投加水平、土层深度和年际间有所差异.土壤酶活性与土壤氮素水平、土壤pH及土壤水分之间存在显著相关关系.     

荒漠草原主要植物种间关系对降水年型变化的响应

该研究采用内蒙古短花针茅荒漠草原长期试验平台2004~2015年期间不同降水年型(丰水、平水、欠水)下的植被数据,分析研究区7个主要植物21个种对的种间关系及其对降水年型的响应;应用方差比率法确定物种间的总体联结性,基于χ^2检验测定种对间的联结性,采用联结系数AC判断种对间联结的正负,运用共同出现百分率PC、Ochiai指数、Dice指数分析种对相伴出现的几率,以明确荒漠草原主要物种间的关系,揭示降水对种群间相互作用的影响机制。结果表明:(1)样方内的平均物种数在平水年达到最大,主要物种的总体联结性在丰水年呈显著正相关、平水年呈不显著正相关、欠水年呈不显著负相关,表明年降水量的下降致使种对间的关系由共存为主转变为竞争为主。(2)降水年型的变化使部分种对间的联结性发生改变,丰水年正联结的种对占57.1%,平水年降至52.4%,欠水年降至33.3%,也表明干旱胁迫导致协同共存的种对数减少,相互竞争的种对数增加。(3)降水年型的变化主要影响狭叶锦鸡儿与其他物种的共同出现几率,并以平水年最大,而对其他种对间的正相互作用无影响。