不同管理措施下高寒退化草地恢复效果评估

为了科学评估不同管理措施下退化高寒草地生态治理的综合成效,该研究采用VOR及CVOR生态系统健康评价模型,对甘肃省玛曲退化高寒草甸实施2a的围封、划破、施肥、补播和综合措施等五种不同生态恢复措施,以及自由放牧下的草地生态系统健康状况进行了评估。根据两种模型测算结果,用VOR指数评价综合生态恢复措施的效果大致为:综合措施、施肥>划破、补播、围封>放牧,用CVOR指数评价综合生态恢复措施的效果:综合措施>划破>施肥、补播、围封>放牧。综合措施在2种评价体系下均显著优于各单一处理措施,实施2a后其CVOR数值处于健康范围,高达0.917,且放牧导致高寒草甸生态系统健康趋于警戒水平,健康指数值为0.572。结果表明,VOR及CVOR指数模型应用于生态恢复管理措施的效果评价,可反映出不同措施实施后的具体量化效果,可进行更广泛适用。在退化严重亟需生态恢复的草地,可通过综合生态恢复措施的实施,以达到全面迅速恢复草地生态系统健康的目的。此外,需具体考量每种措施的经济学和生态学双重效益,利用更全面的CVOR指数模型评价草地健康状况,因地制宜地制定和实施管理措施。

玛曲高寒草甸高原鼠兔种群数量对植被调控措施的响应

本研究通过在玛曲县退化高寒草甸草原实施不同草地改良措施后,对高原鼠兔发生生境的适合度进行调查分析,以期揭示当地高原鼠兔发生机理,并为有效开展高原鼠兔的生态防治提供理论依据和技术支撑。于2010年5月至2010年7月,对玛曲县退化高寒草甸草原进行围封、补播、施肥、划破等12种不同草地改良措施,通过堵洞盗洞法监测高原鼠兔种群密度,并结合样方法测定植被等生境因子,探讨玛曲退化高寒草甸草原高原鼠兔发生生境的适合度。研究结果表明:与采用改良措施前相比,不同改良措施下有效鼠洞密度均表现出差异显著性(P<0.05)。所有草地改良措施均显著降低了有效鼠洞密度(P<0.05),且补播措施显著优于其他措施(P<0.05)。有效鼠洞密度与群落结构的相关性及逐步回归分析表明,有效鼠洞密度与草层高度呈显著的负相关(P<0.05),因而在高寒草甸,植物群落草层高度是决定鼠群密度的重要因子,而禾草类高度是决定草层高度的重要因素。两年的植被定向调控试验表明,在该区不同草地改良措施均能有效降低有效鼠洞密度,而补播禾草和增施有机肥,增加植物群落中禾草的比例,进而提高整体草层高度,可显著降低有效鼠洞密度(P<0.05)。因此提出"增加植物群落中禾草比例,治理高原鼠兔危害"的生物防治模式。

高寒地区垂穗披碱草种质资源综合评价

以45份垂穗披碱草(Elymus nutans)野生种质为材料,利用主成分分析和聚类分析对其9个产量和品质性状进行综合评价,为今后高产优质品种的选育提供育种材料。结果显示:45份垂穗披碱草材料各性状都存在显著差异,其中干草产量变异系数最大为40.86%,中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维变异系数较小,分别为2.43%和5.37%;相关性分析表明参试材料的各性状间存在着不同程度的联系,尤其产量与可溶性糖呈显著负相关,粗蛋白含量与株高、干物质含量等农艺性状呈显著负相关;主成分分析将9个性状转化成4个主成分,其累计贡献率达84.53%,可以代表原始指标的绝大部分信息;聚类分析将45份种质材料分成8类,各材料并没有严格按照种源地聚在一起,而是来自相同生境的材料先聚在了一起。根据主成分分析和聚类分析结果,筛选出高产材料P16,高糖材料P22,P23和P42,高蛋白材料P36,以及P30,P31,P38和P39四个综合表现较好的优异种质。

青藏高原东缘高寒草甸地上生物量的估测模型

探索简单、快捷的获得草地单个物种及群落地上生物量资料的方法,可以为合理保护和利用草地资源提供重要技术支持。在传统的直接收获法测定草地地上生物量的基础上,结合物种的种群特点,利用与生物量密切相关的高度、盖度、密度等植被生态参数,建立了青藏高原东缘高寒草甸各植物种的最适地上生物量估测模型。其中禾叶嵩草、垂穗披碱草、高山韭等物种生物量最适模型为幂函数方程,其他物种最适模型除却长毛风毛菊是二次项方程外均为线性方程。这些模型拟合精度较高,经检验,单个物种生物量估测值与实际观测值之间的相关系数均>0.9,且大部分平均相对误差<10%。对于草地群落地上总生物量,估测值与实际观测值相关系数为0.965,各样方的相对误差大都<10%,平均相对误差为5.672%,说明利用这些模型估算青藏高原东缘高寒草甸地上生物量切实可行。

草地群落多样性和生态系统碳氮循环对氮输入的非线性响应及其机制

理解草地生态系统结构和功能对氮富集的响应及其机制有助于准确评估大气氮沉降等外源氮输入的生态效应。全球范围内建立的多水平氮添加实验为认识草地生态系统结构和功能对氮输入的非线性响应机制提供了有效途径。为了反映学术界基于多水平氮添加控制实验取得的主要研究进展,该文综述了草地群落多样性和生态系统碳氮循环过程对外源氮输入的非线性响应特征及其驱动机制。按照目前的研究,氮输入会导致草地植物物种多样性、功能多样性以及土壤细菌多样性下降,但真菌多样性的变化并不明显。地上和地下生产力对氮输入的响应趋势存在差异:地上生产力沿氮添加梯度呈“先上升后饱和”的变化规律,而根系生产量和根冠比呈下降趋势,根系周转速率则呈“先上升后下降”的单峰格局。不同碳分解过程对氮输入的响应也不尽相同:凋落物分解速率沿氮添加梯度表现出“指数衰减、线性增加或无显著变化”的多元响应,而土壤呼吸和CH4吸收速率与施氮量的关系则以“低氮促进、高氮抑制”的单峰趋势为主。类似地,不同土壤碳组分对氮输入的响应存在差异:氮添加总体会导致草地土壤碳库和颗粒态有机碳含量增加,而矿物结合态碳含量随施氮量呈“增加、不变或下降”的多元响应。植物氮吸收量沿氮添加梯度呈“先上升后饱和”的变化特征,但不同土壤氮转化过程沿氮添加梯度呈现差异化响应,且不同草地生态系统中观察到的土壤N_(2)O排放速率与施氮量之间的关系存在差异:温带草地中以指数增加为主,而高寒草地中则出现“先上升后饱和”或者“线性增加”的趋势。未来研究需重点关注根际过程及磷循环对氮输入的非线性响应,并从多维度生物多样性等角度解析多水平氮添加影响草地生物地球化学循环过程的机理。

高寒草原土壤交换性盐基离子对氮添加的响应:以紫花针茅草原为例

土壤交换性盐基离子(Ca^(2+)、Mg^(2+)、K^+、Na^+)在维持土壤养分与缓冲土壤酸化中起着重要作用,了解其对氮添加的响应有助于准确评估氮沉降背景下生态系统结构与功能的动态变化。然而,目前关于土壤交换性盐基离子对氮添加响应的相关研究主要集中在酸性土中。鉴于目前在碱性土中研究相对较少的现状,该研究以青藏高原高寒草原为研究对象,依托氮添加控制实验平台,通过连续3年(2014–2016)的测定,考察了8个不同施氮水平(0、1、2、4、8、16、24、32 g·m^(–2)·a^(–1))下土壤交换性盐基离子含量变化及其可能原因。结果显示:随着施氮量的增加,土壤交换性盐基离子,尤其是Mg^(2+)与Na^+含量显著降低。并且,盐基离子含量与植物地上生物量显著负相关(p<0.05),说明氮添加通过促进植物生长,加速植物对盐基离子的吸收,进而导致土壤中盐基离子含量降低。此外,盐基离子含量也与土壤无机氮含量呈显著负相关(p<0.05)关系,说明施氮还通过提高土壤中无机氮含量进而导致更多NH_4^+与土壤吸附的盐基离子交换,同时加剧NO_3~–淋溶,带走等电荷阳离子。需要指出的是,虽然连续施氮导致土壤pH值下降,但该土壤目前仍处于碳酸盐缓冲阶段,说明通常在酸性土中报道的"因缓冲土壤酸化引起的盐基离子损失机制"在碱性土中并不成立。这些结果意味着持续的氮输入会造成碱性土中盐基离子损失,进而影响土壤缓冲能力与植被生产力,未来草原生态系统管理中应重视这一问题。