调控措施对祁连山中度退化高寒草甸土壤的影响

研究不同调控措施(春季休牧、春季休牧-划破草皮、春季休牧-划破草皮-施肥、春季休牧-划破草皮-播种、春季休牧-划破草皮-施肥-播种)对祁连山中度退化高寒草甸植被、土壤理化性质和土壤微生物生物量的影响。结果表明: 各调控措施均显著增加了退化高寒草甸植被盖度以及地上、地下生物量,春季休牧-划破草皮-施肥与春季休牧-划破草皮-施肥-播种两种措施下植被物种丰富度显著增加,春季休牧-划破草皮-播种与春季休牧-划破草皮-施肥-播种措施下物种优势种为补播草种青海草地早熟禾。中度退化高寒草甸土壤(对照)pH和容重显著高于各调控措施样地,春季休牧-划破草皮-施肥-播种措施下土壤含水量、土壤有机碳、全氮、全钾含量及碳氮比、氮磷比均最高,分别为21.3%、22.30 g·kg^-1、2.77 g·kg^-1、19.93 g·kg^-1、8.3、3.5。春季休牧-划破草皮-施肥-播种措施下退化草地土壤微生物生物量氮、磷(分别为104.98和40.74 mg·kg^-1)显著高于其他措施,而退化草地在春季休牧-划破草皮-施肥措施下土壤微生物生物量碳(240.72 mg·kg^-1)显著高于其他措施。雷达图表明,调控措施对退化草地植被特征(地上、地下生物量)、土壤理化性质(含水量、有机碳、全氮、全磷、全钾)及土壤微生物生物量(碳、氮、磷)特征影响显著,且春季休牧-划破草皮-施肥-播种措施对研究区退化草地的修复效果最佳。     

围封对退化高寒草甸土壤微生物群落多样性及土壤化学计量特征的影响

围封对植被处于近自然恢复状态的退化草地有一定的修复作用,开展轻度退化草地围封过程中生物与非生物因素的协同互作研究是完整地认识草地生态系统结构和功能的基础.本试验对围栏封育10年的轻度退化草地的土壤化学计量特征进行了研究,同时采用高通量基因测序技术并结合Biolog-Eco方法,调查了土壤微生物多样性和功能的变化.结果表明:轻度退化草地实施围封后,土壤铵态氮含量显著升高,全钾含量显著降低,土壤有机碳、全氮、全磷、硝态氮、速效磷和速效钾则无明显变化.高寒草甸土壤微生物碳和氮在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著;围栏封育后草地土壤微生物碳氮比显著高于轻度退化草地.随培养时间的延长,高寒草甸不同土层土壤微生物碳代谢强度均显著升高,土壤微生物碳代谢指数在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著.高寒草甸土壤细菌OTUs显著高于真菌,轻度退化与围栏封育草地土壤微生物相似度为27.0%～32.7%.围封后,土壤真菌子囊菌门、接合菌门和球壶菌门相对丰富度显著升高,担子菌门显著降低,土壤细菌酸杆菌门显著低于轻度退化草地.土壤真菌和细菌群落组成在不同土层间差异较大,在轻度退化和围栏封育草地间仅有表层土壤真菌群落组成表现出较大差异.土壤细菌多样性受土壤全氮和速效钾影响较大,真菌多样性受地上生物量影响较大.土壤微生物对碳源利用能力主要受土壤速效钾影响.综上,长期围封禁牧对轻度退化草地土壤养分和土壤微生物无明显影响,且会造成牧草资源浪费,适度放牧可以保持草地资源的可持续利用.     

土壤元素失衡是导致高寒草甸退化的重要诱因

土壤元素失衡是造成高寒草甸退化的关键诱因,明晰其过程与机制是高寒草甸生态系统可持续利用和退化草地恢复的重要内容。以我国典型青藏高原高寒草甸生态系统为研究对象,选取围封1年样地作为短期恢复、围封6年样地作为中期恢复及围封15年样地作为长期恢复阶段,分析了这些样地的土壤基本理化性质。研究发现,退化高寒草甸的恢复未改变土壤pH,但增大了土壤保水能力和电导率。土壤有机碳和全氮含量随恢复进程变化敏感,而磷含量的变化并不明显,随着恢复时间的增加土壤C∶N,C∶P和N∶P显著升高,土壤可利用氮素特别是铵态氮的供应能力得到显著提升,长期恢复阶段的土壤铵态氮含量为短期恢复阶段的3.1倍。退化草地的恢复大幅度增加了高寒草甸生态系统地上生物量,这进一步增加了植物对土壤中的碳和氮输入,使土壤中的碳氮周转变快,诱发了植物-土壤之间的正反馈,形成良性循环,使退化草甸得以改善。本研究从退化高寒草甸恢复角度初步证实,土壤碳氮与磷元素比例失衡是造成高寒草地退化的重要诱因,研究结果对高寒草地的养护管理以及退化高寒草地的恢复工作具有重要意义。     

植被与土壤特征对青藏高原不同程度退化草地的响应

高寒草地作为青藏高原高寒生态系统的重要组分之一,其退化已严重影响到高原的可持续发展和草地恢复重建。搜集了2004—2022年间关于青藏高原高寒草地退化的64篇研究结果,包含土壤有机碳、生物量和多样性指数等16个指标的1403组数据,运用meta分析解析了草地退化对土壤理化性质、植被生产力和物种多样性的影响,并对重度退化草地的土壤理化性质和植物生物量进行线性回归分析。结果表明：随着草地退化的加剧,土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮、有效磷、有效钾、土壤含水量、地上生物量、地下生物量和植被高度显著下降;土壤容重显著上升;土壤pH、全钾在各个退化阶段没有明显差异;Shannon多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数整体呈下降趋势。土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮、有效磷、有效钾和土壤含水量与地上生物量、地下生物量存在显著的正相关;土壤容重与地上生物量、地下生物量呈显著的负相关;土壤pH与地上生物量、地下生物量呈负相关。因此,青藏高原高寒草地退化通过改变土壤理化性质而改变地上群落多样性和生物量,为阐明植被与土壤特征对草地退化的响应机制以及高寒退化草地的恢复提供了科学依据。     

围封与放牧对青藏高原草地生物量与功能群结构的影响

以青藏高原高寒草甸、高寒草原、温性荒漠草原的退化草地为基础,比较了5年围封样地与放牧样地的生物量和群落结构。结果表明:(1)围封后3类草地地上总生物量较放牧样地分别显著增加了48.1%、10.8%、34.5%;地下生物量对围封的响应与地上总生物量一致,且围封后高寒草原0~10cm土层根系生物量比例较放牧地显著下降。(2)围封显著降低了高寒草甸的根冠比,高寒草原和温性荒漠草原无显著变化。(3)与放牧地相比,围封显著增加了高寒草甸和高寒草原禾本科植物的生物量比例,高寒草甸杂类草显著降低,温性荒漠草原功能群生物量比例无显著差异。     

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。     

藏北古露高寒草地生态系统对短期围封的响应

过度放牧导致高寒草地生态系统退化,围封是生态保护和恢复的管理手段。以青藏高原那曲县古露镇过牧退化高寒草地为对象,系统分析了高寒草地生态系统的植被特征及土壤理化特性、土壤酶活性、土壤微生物生物量和群落结构对围封的响应。结果表明,短期围封后,(1)植被平均高度、盖度和地上生物量均有极显著增加(P0.01),而生物多样性指数则显著降低(P0.01);(2)土壤的水溶性有机碳含量、土壤物理结构(沙土与粉土的比例)及pH有显著变化(P0.05);(3)土壤酶活性没有明显改善;(4)土壤微生物生物量(细菌、放线菌、真菌)均呈显著增加(P0.05);(5)土壤中细菌的多样性有增加的趋势,其群落组成在门水平上也发生了变化;(6)Manteltest分析显示与土壤细菌群落结构的呈正相关性的环境因子主要为土壤有机碳含量(TOC)、总氮含量(TN)、碳磷比(C/P)与氮磷比(N/P)(P0.05)。这表明围栏封育有利于藏北草地植被、土壤理化特性的恢复,还能维持土壤微生物多样性,促进高寒草地生态系统的可持续发展。     

草地退化对三江源国家公园高寒草甸表层土壤有机碳、全氮、全磷的空间驱动

草地退化显著削弱了三江源高寒草甸的土壤肥力及生态承载功能,但空间尺度上的驱动强度和环境调控尚不清晰。在2020年7—8月,基于三江源国家公园高寒草甸典型分布区原生植被和退化植被的60个配对采样,研究表层(0—30 cm)土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)含量对草地退化的空间响应特征。三江源国家公园高寒草甸原生植被SOC和TN含量分别为(2.45±2.05)%(平均值±标准差,下同)和(0.25±0.20)%,配对样本t-检验的结果表明草地退化导致SOC和TN分别极显著(P<0.001)下降了44.0%和35.6%。TP对草地退化无显著响应(P=0.22)。原生植被的土壤C∶N∶P平均为59.6∶6.2∶1.0,草地退化导致化学计量值平均下降28.3%。一般线性模型的结果表明草地退化对SOC和TN及土壤生态化学计量特征的空间降低强度主要取决于纬度和海拔(P<0.01),与经度和土壤深度关系较弱(P>0.30),即低纬度高海拔的高寒草甸响应相对强烈。草地退化导致三江源国家公园高寒草甸土壤碳氮损失严重,降低了土壤生态化学计量。研究结果可为三江源退化高寒草甸土壤...     

不同草地类型对三江源区草地土壤养分的影响

对三江源区原生高寒草甸草原、退化高寒草甸草原、退化高寒草原和人工草地4种不同草地类型中,草地土壤养分的含量进行了测定,结果表明;高寒草甸草原随着退化程度的加重,全氮、有效氮、全磷、有效磷、有效钾均在土壤表层含量降低,中下层土壤含量升高。原生高寒草甸草原全氮、全磷、有效磷含量在中层土壤含量升高,而有效氮、有效钾含量随着土层加深逐渐降低。退化高寒草原全氮、全磷含量随土层加深变化较不明显,有效氮在中层土壤含量较多随后急剧下降,有效磷和有效钾随土层加深逐渐减少。人工草地各种土壤养分均呈现随土层逐步下降的态势,总体来看,人工草地在表层土壤的各种养分含量远远大于原生和退化草地,土壤速效养分受退化程度影响较大,其变化幅度明显高于全量养分,表层土壤养分受退化影响的程度较深层土壤大。     

青藏高原区退化高寒草甸植被和土壤特征

高寒草甸约占青藏高原草地的46.7%,是我国草地生态系统重要的组成部分。近年来,在气候变化和人为活动的影响下,高寒草甸生态系统退化严重,植被和土壤均呈现出不同的退化趋势。在大空间尺度上表现为草地覆盖度下降,杂草类植被增加,土壤退化甚至沙化;在微观尺度上,退化高寒草甸的土壤粒径、土壤微生物和土壤酶也发生改变。本研究从高寒草甸物种多样性、植物群落结构、植被生物量、土壤物理性质、土壤微生物、土壤酶和土壤养分等方面,分析了高寒草甸生态系统退化过程中植被和土壤的变化特征,提出当前研究中存在的一些不确定性和有待深入研究的问题,为全面了解高寒草甸的退化机制和规律、有效干预高寒草甸生态系统和恢复生态功能提供科学依据。     

Plant community and soil available nutrients drive arbuscular mycorrhizal fungal community shifts during alpine meadow degradation

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) play an important role in maintaining the function and sustainability of grassland ecosystem, but they are also susceptible to environmental changes. In recent decades, alpine meadows on the Tibetan Plateau have experienced severe degradation due to the impact of human activities and climate change. But it remains unclear how degradation affects the AMF community, a group of functionally important root associated microorganisms, which potentially limit the development and application of microbial technologies in the restoration of degraded grasslands. In this study, we investigated AMF communities richness and composition in non-degraded (ND), moderately degraded (MD) and severely degraded (SD) alpine meadows on the Tibetan Plateau, and then explored their main biotic and abiotic determinants. Alpine meadow degradation significantly reduced plant community biomass, richness, soil organic carbon, total nitrogen, total phosphorus, available nitrogen and available phosphorus, but increased soil pH. AMF community composition and the iesdominant family and genera differed significantly among different degradation stages. Grassland degradation shifted the AMF community composition in favor of Claroideoglomus over Rhizophagus, and resulted in a marked loss of Glomeraceae and the dominance of Diversisporaceae. Alpine meadow degradation significantly increased AMF hyphal density and richness, likely working as a plant strategy to relieve nutrient deficiencies or loss as a result of degradation. The structural equation model showed that AMF community richness and composition were significantly influenced by plant community, followed by soil available nutrients. Soil available nutrients was the key contributor to the increased AMF hyphal density and richness during grassland degradation. Our findings identify the effects of alpine meadow degradation on AMF richness and highlight the importance of the plant community in shaping the AMF community during alpine meadow degradation. These results suggest that plant community restoration should be the primary goal for the ecological restoration of degraded alpine meadows, and these soil functional microorganisms should be simultaneously integrated into ecological restoration strategies and management.     

高寒草甸根际土壤化学计量特征对草地退化的响应

为深入理解高寒草甸退化过程中根际和非根际土壤中碳(C)、氮(N)和磷(P)的化学计量特征和土壤养分的变化规律,并获得退化草地土壤养分和微生物养分限制的信息,本研究以祁连山东缘4个不同退化程度高寒草甸为对象,通过采集优势植物根际土(0~2 mm)和非根际土(0~10 cm)的土壤样品,分析了土壤C、N、P浓度和比例,土壤中可提取的C、N、P(Ext-C、Ext-N、Ext-P)的浓度和比例,参与C、N、P循环的胞外酶(β-1,4-葡萄糖苷酶、N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶、亮氨酸基肽酶、酸性磷酸酶)的活性和比例,以及土壤微生物生物量碳、氮、磷(MBC、MBN、MBP)的含量及比例.结果表明: 高寒草甸退化过程中优势植物根际养分含量高于非根际养分.随着高寒草甸退化程度的加剧,其土壤的C∶N∶P发生重大改变,表现出C∶N的严重失调,表明草地退化程度越高受到N的限制越严重.不同退化程度的高寒草甸中,经过对数转化的根际C-、N-和P-胞外酶的比例均偏离了在全球生态系统分析中获得的1∶1∶1比例,表明高寒草甸退化主要受到强烈的N限制,P次之.高寒草甸地区土壤全量养分含量较高,土壤中的速效养分较低,成为阻碍牧草生长的限制因子.     

藏香猪翻拱型放牧对不同类型高寒草甸植物特征的影响及土壤环境驱动力

生态系统脆弱的高寒草甸是生态学研究的热点。藏香猪翻拱土壤并取食地下草根层,是藏族自治区一种特有的放牧类型,关于该放牧类型对藏区高寒草甸的影响尚缺乏研究。以滇西北高原国际重要湿地——纳帕海流域的典型高寒草甸为对象,研究了不同高寒草甸类型(陆生草甸与沼泽化草甸)中的植物群落结构特征对藏香猪翻拱型放牧的响应。结果表明,翻拱型放牧显著降低了植被盖度(63.5%)、地上生物量(84.6%)与地下生物量(97.4%),并促进植物生物量向地上部分的再分配。翻拱型放牧下随着植被盖度与生物量降低,植物竞争强度减小,植株高度与空间利用率提高。然而,不同草甸类型中的植物群落结构对翻拱型放牧表现出差异响应。陆生草甸上的群落组成基本未变,而沼泽化草甸上的优势植物华扁穗草(Blysmus sinocompyessus)向1年生水生植物水蓼(Polygonum hydropiper)演替。土壤含水率是导致植物响应差异的关键驱动力。综上,藏香猪翻拱型放牧对植物生物量及盖度等特征均产生不利影响,导致高寒草甸生物量积累锐减,而植物群落结构的变化是放牧干扰与土壤水分、空间竞争协同作用的结果,反映出植物在不同环境中对放牧干扰的差异化响应。研究区域环境特征与放牧干扰的耦合关系,可以为藏香猪放牧作用下的高寒草地植物多样性保护及恢复提供理论依据。     

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。     

青藏高原不同高寒草地类型土壤酶活性及其影响因子

土壤酶活性作为生态系统养分循环的关键因素, 是反映土壤质量和生态系统功能的重要指标, 但是关于高寒草地生态系统中不同草地类型间酶活性的差异研究还很少。因此, 该研究在藏北高寒草地选择高寒草甸、高寒草原、高寒草甸草原、高寒荒漠草原和高寒荒漠5种草地类型进行野外原位调查和采样, 测定了涉及碳(C)、氮(N)和磷(P)循环的14种酶的活性, 并建立了高寒草地酶活性与土壤微生物和土壤理化性质等环境因子的关系。结果表明: C循环酶(蔗糖酶、纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶和过氧化物酶)和P循环酶(碱性磷酸酶)在不同高寒草地类型间活性差异明显, N循环酶中仅芳香氨基酶和亚硝酸盐还原酶两种酶在不同高寒草地类型间活性差异明显。同时, C、N和P循环酶之间存在一定的相关关系, 其中, 蔗糖酶和碱性磷酸酶、纤维素酶和α-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性显著正相关, 多酚氧化酶与亚硝酸还原酶和β-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性显著负相关。在测定的19个环境指标中, 土壤有机质(SOM)含量、革兰氏阴性菌数量、土壤N和P含量计量比、革兰氏阳性菌数量、细菌数量、放线菌数量、全氮含量、真菌数量是影响土壤酶活性的关键因子, 且SOM含量的影响最大(解释量为11.9%)。综上所述, 不同高寒草地类型间C循环酶、P循环酶和两种N循环酶(芳香氨基酶和亚硝酸还原酶)活性差异显著, SOM含量、微生物数量和N含量等是影响高寒草地生态系统土壤酶活性的关键因子。     

三江源区高寒草甸退化对土壤水源涵养功能的影响

三江源区是我国重要的水源涵养区,研究草地退化对土壤水源涵养功能的影响,可为三江源区水源涵养功能的科学评估与合理监测提供科学依据。以实地采样与室内测试分析相结合的方法研究了三江源区内不同土壤类型高寒草甸生物量特征、土壤水文物理性质及土壤水源涵养量。结果表明:高寒草甸在重度退化阶段地上生物量、地下生物量、毛管孔隙度、总孔隙度、自然含水量、最大持水量、土壤水源涵养量显著低于未退化和中度退化阶段(P<0.05)。随着高寒草甸退化程度加剧,土壤容重逐渐增大,且非毛管孔隙度规律不显著。未退化、中度退化、重度退化草甸的土壤水源涵养量范围分别为1884.32—1897.44t/hm2、1360.04—1707.79t/hm2、1082.38—1550.10t/hm2。中度退化草甸土壤水源涵养量比未退化草甸低9.37%—10.35%,重度退化草甸低18.31%—27.82%。草甸退化进程中土壤总孔隙度与毛管孔隙度的降低是影响土壤水源涵养量下降的直接原因,而草甸退化进程中地上生物量与地下生物量的减少则是间接原因。度量三江源区高寒草甸土壤水源涵养功能时应着重考虑毛管孔隙度的蓄水作用。研究表明高寒草甸地上生物量与土壤水源涵养量之间存在显著的正相关关系(P<0.05),该结果能够推动水源涵养功能评估向空间化、精细化发展,为探索利用遥感技术监测三江源区水源涵养功能提供参考依据。     

若尔盖湿地高寒草甸退化过程中土壤有机碳含量变化及成因分析

土壤碳输入与输出之间的收支差决定土壤有机碳(SOC)含量。若尔盖湿地高寒草甸退化过程中, 土壤碳输入和输出哪个过程对SOC含量的影响占主导作用还不明确。该研究用空间序列代替时间序列的方法研究了若尔盖湿地高寒草甸不同退化阶段(高寒草甸(AM)、轻度退化高寒草甸(SD)和重度退化高寒草甸(HD)) SOC含量变化及原因。首先, 通过测定高寒草甸退化阶段上主要的土壤理化性状、微生物生物量、植物生物量和功能群组成的变化, 分析了退化阶段上土壤碳输入量的变化及原因; 其次, 结合室内土壤碳矿化培养实验结果和研究区的月平均气温以及土壤呼吸温度敏感性(Q₁₀)估算了该区域土壤碳输出, 并分析了其变化原因; 最后, 分析了造成SOC含量变化的主要原因和过程。结果表明: 在退化梯度上, 土壤含水量(SWC)、SOC和全氮(TN)含量、微生物生物量碳氮含量降低; 植物群落组成逐渐从莎草科、禾本科占优势过渡到杂类草占优势, 且植物生物量降低; SOC矿化量降低; 有机碳潜在积累量降低(与AM阶段相比, SD和HD阶段有机碳潜在输入量、输出量和积累量分别降低了16%、18%、15%和59%、63%、41%)。SWC降低引起土壤容重、SOC含量、TN含量、全磷含量、C:N的改变, 进而导致植物功能群分布模式和土壤微生物的变化, 最终引起SOC输入和输出量的降低。SWC降低导致的植物碳潜在输入量的降低是若尔盖湿地高寒草甸退化过程中SOC含量下降的主要原因。