玉米种植改变了引黄灌区盐渍化土壤细菌多样性与功能

为了明确植物修复对盐渍化土壤细菌群落结构及多样性的影响,本文对宁夏引黄灌区盐渍化土壤玉米种植地根际和非根际土壤以及荒地土壤细菌多样性、群落结构及功能、细菌群落与环境因子之间的相关关系等进行研究。结果表明:玉米种植能够增加盐渍化土壤细菌物种数(OTU, Operational Taxonomic Unit)和多样性,各土壤细菌总物种数和特有物种数(OTU)从高到低依次为:非根际土壤>根际土壤>荒地土壤;土壤细菌多样性(即ACE指数、Chao1指数、Simpson指数与Shannon指数)由大到小均依次为:根际土壤>非根际土壤>荒地土壤, 3种土壤细菌多样性之间差异不显著。玉米种植改变了盐渍化土壤细菌群落结构和功能多样性,玉米种植显著提高了变形菌门(Proteobacteria)与放线菌门(Actinobacteria)两种优势菌门的相对丰度;丛毛单胞菌属(Comamonadaceae)、丝状菌属(Hyphomircobiales)和根瘤菌属(Rhizobiaceae)为3种土壤组间差异贡献最大的物种;玉米种植增加了盐渍化土壤中细菌参与新陈代谢功能与遗传信息处理功能物种的相对丰度,且有效磷、全磷、速效氮、全盐和pH是影响二级功能相对丰度的重要因子。玉米种植后其根际和非根际土壤细菌群落在生态位上与荒地之间存在明显分异。种植玉米修复盐渍化土壤能够改变土壤细菌群落结构、功能和多样性,对改善盐渍化土壤微环境,促进盐渍化土壤微生物功能发挥和盐渍化土壤种植结构优化具有重要意义。

荒漠草原植物在氮磷添加下叶功能性状特征及其可塑性

探究荒漠草原植物在N、P添加下叶功能性状特征及其变异,对揭示植被对环境的响应机制至关重要。以宁夏盐池县荒漠草原植物群落为研究对象,分析了N、P添加对植物群落叶片形态和化学性状的影响。结果表明:植物群落叶片氮磷比<14,表明研究区植物生长受到N限制,P添加对植物群落叶片功能性状无显著影响,N+P共同添加显著增加了叶片碳磷比,N添加下植物群落叶面积、比叶面积、叶组织密度和叶片氮含量显著上升,反映了植物在环境的变化下采取了较快的养分循环策略;根据可塑性指数排序结果可知,植物群落叶面积、比叶面积、叶片干物质含量、叶组织密度、叶片碳含量和叶片氮含量为响应N、P添加的敏感性状(PI>0.5),其中变异性较大的性状为叶面积、比叶面积和叶组织密度,表明植物群落主要通过改变自身形态来应对环境的变化;相关性分析结果表明,植物群落叶片性状之间存在显著的相关性,并且表现出应对养分环境变化的协同作用。本研究为预测植物和生态系统对全球变化因素的反应提供了理论依据,对探讨区域植被分布、恢复进程至关重要。

宁夏东部杨柴生态修复区短期水氮添加对草本植物群落的影响

为研究短期水氮添加对杨柴生态修复区草本植物群落数量特征及其多样性的影响,在宁夏白芨滩国家级自然保护区杨柴生态修复区进行水氮添加试验,采用随机区组设计试验,每个区组设置4个水添加梯度(W0:未添加水分;W1:添加多年平均降水量的33%;W2:添加多年平均降水量的66%;W3:添加多年平均降水量的100%)和4个氮添加梯度(氮添加量分别为N0:未添加氮素;N1:5 g·m^(-2)·a^(-1);N2:10 g·m^(-2)·a^(-1);N3:20 g·m^(-2)·a^(-1))两两随机组合的16个水氮添加处理,共4个区组。结果表明:(1)不同水氮添加使植物群落结构发生了显著变化,与对照(W0N0)相比,草本层优势种狗尾草的重要值在中氮不施水(W0N2)、低水耦合高氮(W1N3)、中水不施氮(W2N0)、中水耦合中氮(W2N2)几种处理下达到最大值,其峰值为0.46,狗尾草集群分布明显,表明在中度水平的单一水、氮或中度水平的水氮耦合措施下群落聚集效应明显。(2)在不同水氮添加处理下,从不施氮(N0)到高氮水平(N3),草本植物群落物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数以及Pielou均匀度指数均随着氮水平的增加呈先增大后减小的趋势,且都在中水耦合低氮(W2N1)处理下有最大值。(3)氮添加对于生态修复区植物的物种丰富度、Simpson优势度指数以及Shannon-Wiener多样性指数均有显著影响(P<0.05)。综上,适量的水和氮添加更有利于生态修复区植被恢复,W2N1处理能够最好地改善杨柴生态修复区草本层植物群落物种多样性,从而有效地促进了沙漠化逆转进程。

根际微生物对植物与土壤交互调控的研究进展

土壤中拥有非常丰富的微生物群落,这些微生物对植物与土壤之间的交互作用起到了非常重要的调节作用,尤其是根际微生物,其中一些重要的功能微生物作为主要的共生功能体参与到植物根系养分转化中。对根际与根际土壤微生物的形成及其与土壤环境、植物根系之间互作关系的最新研究进展进行了综述,这些研究成果均肯定了根际微生物群落和多样性是积极促进植物个体和维持生态系统功能的活跃因子,并展望了今后土壤微生物在多组学、植物功能性状和全球变化方面的研究前景。

贺兰山不同海拔植被生物量与土壤分形特征和土壤水分的相关关系

为了解干旱与半干旱区域山地生态系统植被生物量与土壤分形特征和土壤水分含量的垂直分异规律,探究植被生物量与分形特征和土壤水分的相关关系,选取贺兰山不同海拔典型植被带作为研究区,采用单因素方差分析、Pearson相关分析等方法分析植被生物量、土壤分形特征和土壤水分含量的垂直分异特征及三者间相互关系。结果表明:1)草本植被生物量与灌木植被生物量沿海拔未呈明显的线性变化趋势,灌木植被生物量在浅山灌丛(QSGC)样地具有最大值,草本植被生物量在亚高山灌丛(YGSGC)样地具有最大值,植被条件较好,植被生产力较高。2)贺兰山土壤颗粒以粉粒和极细砂粒为主,随着海拔的升高,土壤质地变细。3)土壤水分含量随海拔增高显著增加,但在青海云杉(QHYS)样地土壤水分含量略低。4)相关分析表明,年降水量以及土壤黏粒含量是影响植被生物量的主要因子。总体上,贺兰山植被生物量、土壤分形特征以及土壤水分含量受多个环境因子共同作用和影响,呈明显的空间异质性。本研究对于揭示贺兰山植被生物量空间变化机制及促进贺兰山退化植被恢复具有重要的意义,可为促进贺兰山山地生态系统植被与土壤资源合理利用提供参考。

海拔梯度对贺兰山岩羊主要活动区植物群落特征的影响

研究贺兰山岩羊主要活动区植物群落组成和物种多样性在不同海拔梯度的变化规律对贺兰山岩羊的合理管护具有重要意义。本研究通过贺兰山岩羊主要活动区植被调查,对不同海拔的数据进行单因素方差分析和回归分析,阐明1100~1500 m、1500~2000 m、2000~2500 m和大于2500 m的4个海拔段岩羊主要活动区植物物种组成和物种多样性的变化,探讨植被与岩羊等草食动物的关系及海拔对植物物种多样性的影响。结果表明:贺兰山岩羊主要活动区植被共记录到30科62属87种,主要为禾本科、蔷薇科和菊科等植物;同时,不同海拔梯度上的科、属、种的数量和组成存在差异。随着海拔上升,岩羊主要活动区的草本植物的物种丰富度升高,Pielou均匀度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Simpson优势度指数表现为先降低后升高的特征;灌木植物物种丰富度、Pielou均匀度指数呈现出沿海拔上升而降低的特征,Shannon-Wiener多样性指数和Simpson优势度指数呈现出先增加后降低的特征。因此,针对不同海拔植物物种多样性的不同,建议对岩羊的合理管护在不同海拔地区采取不同措施,以达到防止植被退化和促进岩羊种群健康发展的目的。

贺兰山东坡典型植物群落多样性垂直分布特征与土壤因子的关系

深入探究山地生态系统植物群落多样性与关键土壤因子的关系及土壤因子在植物群落构建与多样性维持中的重要作用是区域生物多样性保护和生态系统服务功能综合提升的基础。本文采用冗余分析(Redundancy analysis,RDA)和相关分析揭示了贺兰山东坡典型植物群落多样性垂直分布格局与土壤因子的关系。结果表明:(1)贺兰山东坡植物群落多样性具有明显的垂直分布格局,针阔叶混交林植物物种组成最为丰富,中域效应明显;不同层次植物多样性随海拔升高变化趋势不一致且各自在不同海拔间差异显著(P<0.05),植物多样性大体表现为草本层>灌木层>乔木层。(2)研究区土壤因子沿海拔梯度变化趋势不同,均存在显著差异(P<0.05),其中土壤含水量(SM)、有机碳(SOC)和全氮(TN)含量空间变异性较大;高山灌丛草甸土壤养分含量最高,高海拔区土壤P限制高。(3)9个土壤因子解释了研究区总体植物多样性89.68%的生态信息,与植物多样性具有较强的相关性,影响不同层次植物多样性垂直分异的关键土壤因子略有不同。综上,土壤有机碳、pH、碳磷比、含水量是影响贺兰山东坡植物多样性空间分布的主要驱动因子。

毛乌素沙地南缘不同固沙灌木下土壤养分的空间异质性

土壤养分空间异质性的研究对于土壤管理、生态恢复及可持续发展都具有重要的意义。本文采用描述性统计和地统计学方法研究了宁夏白芨滩国家级自然保护区沙地扎设草方格后种植不同固沙灌木[柠条(Caragana korshinskii)、杨柴(Corethrodendron fruticosum var.mongolicum)、柠条-花棒(Corethrodendron scoparium)混交、柠条-沙拐枣(Calligonum mongolicum)混交和花棒-沙拐枣混交]经长期生态恢复后对土壤养分空间异质性特征的影响。结果表明:研究区土壤有机碳、全氮和速效磷空间分布拟合均符合高斯模型,均有中等程度的空间自相关性,其块金系数分别为0.612,0.612和0.503;速效钾的空间分布拟合为球状模型,具有强空间自相关性,其块金系数为0.887。有机碳、全氮、速效磷和速效钾4种土壤养分呈现出明显的空间分布特征。综上所述,种植不同固沙灌木与沙地土壤养分及其空间异质性之间有一定的关系,含柠条的固沙灌木混交林更有利于沙地土壤肥力的恢复。

贺兰山中段不同海拔青海云杉林非根和根围土壤生态化学计量特征及影响因素

面对全球变化,准确掌握陆地森林生态系统生物地球化学循环过程及其影响因素,有助于维持生态系统多功能性与稳定性,实现增汇并延长碳汇服务,持续增进并改善人民福祉。为了探究贺兰山山地森林生态系统优势建群种青海云杉(Picea crassifolia)林土壤生态化学计量特征对海拔的生态响应及其影响因素,从土壤、林分、地形影响因素的角度出发,采用冗余分析(Redundancy analysis,RDA)和方差分解分析(Variance partitioning analysis,VPA)阐明影响其非根和根围土壤生态化学计量特征空间变异的关键因素。结果表明:(1)贺兰山青海云杉林非根和根围土壤C、N养分含量均维持在较高水平,高海拔区域青海云杉生长受土壤P限制高;相较非根土壤,根围土壤虽养分含量较低,但具有较高的养分周转能力,如有机质分解与矿化、固持P的潜力等。(2)随海拔变化,非根和根围土壤养分及其生态化学计量比变化趋势不同,非根土除了全氮(TN)含量外其他养分含量及化学计量比在不同海拔间均差异显著(P<0.05),根围土全磷(TP)、碳磷比(C/P)具有显著性差异(P>0.05)。(3)土壤、林分、地形3组影响因子共同累计解释了非根和根围土壤养分计量特征61.35%、39.64%的变异;海拔、微生物量碳(MBC)和微生物量磷(MBP)是影响青海云杉林非根土壤养分计量垂直分异的主导因子,而归一化植被指数(NDVI)则显著影响其根围土壤养分计量空间特征;土壤因子对非根和根围土壤生态化学计量特征的单独作用分别是林分因子的2倍、3倍。综上所述,贺兰山青海云杉林非根和根围土壤养分及其生态化学计量特征的空间异质性主要受到土壤因子的驱动,林分因子次之,地形因子的作用主要通过对环境因子的再分配改变植被、土壤性质等特征进而影响土壤生态化学计量的空间格局。本研究有助于科学评估山地生态系统土壤养分盈亏状况及其关键的影响因素,以期从生态化学计量角度为林地土壤养分调控与可持续经营管理提供科学依据和理论支持。

毛乌素沙地南缘柠条固沙恢复区植物多样性及生物量对水氮添加的响应

为研究大气氮沉降和降水变化对毛乌素沙地南缘柠条(Caragana korshinskii)固沙恢复区草本植物多样性及地上生物量的影响,采用随机区组设计,设置不增水(W_(0))、增水量分别为年均降水量的33%(W_(1))、66%(W_(2))和100%(W_(3))4个水分添加处理,及4个氮添加处理,分别为添加纯氮含量为0(N_(0))、5(N_(5))、10(N_(10))、20(N_(20)) g/(m^(2)·a)的(NH_(4))_(2)SO_(4),共16个处理组合,计4个区组,进行水氮添加试验。结果表明:1)水氮添加对植物群落组成、重要值产生显著影响(P<0.05),一、二年生植物比多年生植物对增水和施氮的反应更敏感,但半灌木、小半灌木所受影响最小;2)水分处理对植物群落物种丰富度和多样性指数有显著影响(P<0.05),二者都随水分添加呈先增加后减小的趋势,在添加量为W_(1)处理时达到水分阙值;3)氮素处理显著影响物种丰富度、优势度指数和多样性指数(P<0.01),研究发现增水在一定程度上会抵消氮沉降增加对植物物种多样性的负面影响,进而改变植物群落组成与结构;4)水氮耦合处理对植物群落盖度和群落地上生物量有显著影响(P<0.05);5)植物群落地上生物量与Shannon-Wienner多样性指数呈正相关,与物种丰富度、Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数呈负相关关系。主成分分析表明,W_(3)-N_(1)0水氮添加方案对柠条固沙恢复区的草本植被生产力恢复效果最好,而W_(1)-N_(5)水氮添加方案对该区草本植物群落多样性恢复效果最好。

毛乌素沙地南缘不同固沙灌木群落土壤质量评价

为探讨不同固沙灌木对沙地土壤质量的影响,本研究以毛乌素沙地生态恢复区典型固沙灌木林地为研究对象,以未栽植任何固沙灌木的流沙地为对照(CK),比较5种不同固沙灌木对表层土壤(0-10 cm)土壤理化性质和微生物多样性的影响,采用隶属函数结合因子分析方法,评价5种固沙灌木林下的土壤质量。结果表明:1)纯柠条(Caragana korshinskii)(N)和柠条×花棒(Corethrodendron scoparium)混交(NH)处理土壤粘粉粒、极细砂粒含量最高,分别为5.10%、11.07%和3.25%、9.58%,二者粗砂粒含量最低,均为17.88%。2) 5种固沙灌木林地土壤有机质含量均显著高于CK (P<0.05);土壤全碳含量以NH处理最高,达到6.67 g·kg^(-1);土壤碱解氮和全钾含量以纯杨柴(Corethrodendron fruticosum var.mongolicum)(Y)处理最高,分别为4.05 mg·kg^(-1)和31.30 g·kg^(-1)。3)土壤细菌OTU数量Y处理显著低于其他4种灌木处理(P<0.05);土壤真菌OTU数量NH处理显著高于其他4种灌木处理(P<0.05)。4)相关分析结果显示,沙化土壤质量改善与土壤细粒化密切相关。5)土壤质量评价综合得分大小排序为NH>N>花棒×沙拐枣混交(HS)>柠条×沙拐枣混交(NS)>Y>CK。综上所述,NH处理最有利于研究区沙地土壤质量恢复。

氮磷添加对短花针茅荒漠草原两种禾草凋落物分解特征的影响

凋落物分解作为生态系统重要功能之一,在生物地球化学循环过程中发挥着重要作用。为了明确荒漠草原凋落物分解对氮(N)、磷(P)添加及二者交互作用的响应,以宁夏荒漠草原短花针茅和赖草的凋落物为研究对象,使用凋落物网袋分解法,采用随机区组设计。设置N、P添加各4个梯度,均为纯N、P含量,N_(1)、N_(2)、N_(3)、N_(4)添加量分别为0 g/(m^(2)·a)、5 g/(m^(2)·a)、10 g/(m^(2)·a)、20 g/(m^(2)·a);P_(1)、P_(2)、P_(3)、P_(4)添加量分别为:0 g/(m^(2)·a)、4 g/(m^(2)·a)、8 g/(m^(2)·a)、16 g/(m^(2)·a)。结果表明:(1)短花针茅和赖草凋落物分解过程分为快速分解和缓慢分解两个阶段,两个物种的分解速率存在差异性,短花针茅和赖草凋落物分别在快速分解至90 d和180 d时,分解速率减慢;(2)不同物种对N、P添加的响应不同,N_(2)+P_(4)和N_(3)+P_(3)处理促进短花针茅凋落物分解,但抑制赖草凋落物分解。根据指数衰减模型预测短花针茅凋落物分解95%所用时间为71.17~122.00个月,赖草为51.00~68.67个月,分解速率表现为:赖草>短花针茅;(3)短花针茅凋落物在夏季和秋季分解较快,赖草在夏季分解较快。综上,适量的N、P添加对凋落物分解具有一定的促进作用,不同物种凋落物分解速率存在差异。

固沙灌木配置模式对宁夏东部风沙区土壤生态化学计量特征的影响

为探讨宁夏东部风沙区不同固沙灌木配置模式对土壤养分含量及其生态化学计量比的影响,以宁夏灵武白芨滩国家级自然保护区典型固沙灌木样地为研究对象,分析5种固沙灌木配置模式(柠条纯林、杨柴纯林、柠条×花棒混交、柠条×沙拐枣混交、花棒×沙拐枣混交)下土壤碳、氮、磷含量及其生态化学计量比。结果表明:0~10 cm土层,柠条×花棒混交、柠条×沙拐枣混交固沙灌木配置模式的土壤全氮含量和N∶P均显著高于其他3种固沙灌木配置模式,但土壤C∶N显著低于其他3种;10~20 cm土层,柠条纯林、柠条×沙拐枣混交固沙灌木配置模式土壤C∶N显著高于其他3种,柠条纯林固沙灌木配置模式土壤C∶P显著高于其他4种;20~30 cm土层,柠条纯林固沙灌木配置模式土壤全氮含量显著高于其他4种,柠条×沙拐枣混交固沙灌木配置模式土壤有机碳含量和C∶P均显著低于其他4种。C∶N和N∶P主要限制因素均为全氮,C∶P主要限制因素为有机碳。柠条×花棒混交、柠条×沙拐枣混交固沙灌木配置模式有利于表层土壤氮矿化,提高土壤全氮含量,促进沙地土壤养分的平衡。

贺兰山岩羊可食植物营养成分沿海拔梯度变化及季节动态

了解贺兰山岩羊可食植物营养成分变化是研究岩羊采食分布范围的重要环节,对阐明野生岩羊与自然环境关系具有重要意义。以不同季节(6月、8月和11月)、不同海拔(1100-2600 m)的贺兰山岩羊可食植物为对象,分析其营养成分变化的时空格局。结果表明:8月植物营养价值最佳,除粗灰分,各个营养成分在不同季节之间差异均显著(P<0.05);6月不同海拔之间除粗脂肪外贺兰山岩羊可食植物营养成分均具有显著性差异(P<0.05),8月各个营养成分之间在不同海拔差异均显著(P<0.05),11月除粗蛋白外其余养分含量在不同海拔均具有显著性差异(P<0.05);海拔和季节对岩羊可食植物营养成分变化具有交互作用(P<0.05)。因此,针对不同季节、不同海拔下植物的营养价值不同,建议分时间、分海拔区域对岩羊进行管护,促使岩羊种群健康可持续性发展。