高寒草地土壤酶活性和微量元素含量对植被特征的影响

【目的】探寻祁连山不同高寒草地土壤酶活性和微量元素与植被特征之间的相互关系,并找出影响植被特征的主要因素,为祁连山生态系统的保护提供科学依据。【方法】分析高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠的植被特征,及其土壤酶活性和微量元素的变化规律,探讨酶活性和微量元素与植被特征的关系,运用冗余分析和蒙特卡洛检验,确定影响植被特征的主要因素。【结果】1)不同类型高寒草地的植被总盖度,草层高度依次为高寒草甸>高寒草原>高寒荒漠,地上生物量、香农威纳指数和丰富度依次为高寒草原>高寒草甸>高寒荒漠,均匀度依次为高寒荒漠>高寒草甸>高寒草原,优势度依次为高寒荒漠>高寒草原>高寒草甸;不同类型高寒草地脲酶活性依次为高寒草原>高寒草甸>高寒荒漠。过氧化氢酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性依次为高寒荒漠>高寒草原>高寒草甸。Mg、Mn、Zn含量依次为高寒荒漠>高寒草甸>高寒草原,Fe、Cu含量依次为高寒荒漠>高寒草原>高寒草甸,Mo含量为高寒草甸>高寒荒漠>高寒草原。2)随土层深度的增加,除高寒草原脲酶、蔗糖酶和高寒荒漠碱性磷酸酶活性呈先升后降的趋势外,其他草地类型脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性呈下降趋势,不同类高寒草地过氧化氢酶活性随土层深度的增加均呈上升趋势,且增幅不大。Mg、Mn、Fe、Cu的含量随着土层深度的增加在不同高寒草地无较大变幅,Mo与Zn的含量在高寒草甸中随土层深度的增加而降低,高寒荒漠Mo含量的变化趋势与之相反,在高寒草原中,Mo含量随土层增加而降低,Zn含量则呈先升后降的趋势。3)碱性磷酸酶、蔗糖酶活性、Cu、Fe含量与植被特征有着密切关联,影响草地植被特征的重要性排序依次为Cu含量>蔗糖酶活性>Fe含量>碱性磷酸酶活性。【结论】高寒草地不同类型土壤酶活性和微量元素含量因草地类型而异,且植被特征一定程度上受某些微量元素和土壤酶活性的影响,应结合二者演变规律合理利用祁连山高寒草地。

东祁连山高寒草甸土壤理化性质对海拔和坡向的响应及其与植被特征的关系

为了探索高寒草甸土壤理化性质对海拔和坡向的响应及其与植被的关系,以东祁连山高寒草甸为研究对象,分析了7个海拔和2个坡向高寒草甸的土壤养分含量和生态化学计量比变化规律及其与植被的关系。结果表明:(1)土壤含水量、电导率、有机碳、全氮、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾含量、碳磷比(C/P)和氮磷比(N/P)随海拔的升高呈先升高后降低的趋势,土壤容重、全磷和碳氮比(C/N)呈先降低后升高的趋势。(2)同一海拔,大部分海拔梯度阳坡的土壤土壤容重、速效钾、电导率和全磷高于阴坡,阳坡的土壤含水量、速效磷、C/P和N/P低于阴坡,海拔3200 m梯度以下阳坡的土壤有机碳、全氮、碱解氮和C/N低于阴坡。(3)不同海拔和坡向的高寒草甸土壤C/N、C/P和N/P处于14.55~38.13、12.61~87.94和0.27~5.01之间。(4)冗余分析(RDA)发现,土壤容重、全氮和速效磷是影响高寒草甸植被的关键土壤因子,聚类分析发现海拔3200~3400 m的阴坡和阳坡聚为一类。综上所述,东祁连山高寒草甸土壤养分和生态化学计量比随海拔和坡向的变化呈规律性变化,基于对N/P比的分析发现,该区域高寒草甸类草原的初级生产力主要受土壤氮限制且低海拔和高海拔区域尤为明显,基于聚类分析发现,海拔3000 m和3400 m是该区域草地植被和土壤特征发生变化的临界线。建议在高寒草甸类草原的管理过程中,应该充分考虑海拔和坡向的分异性特征。

不同海拔高寒草甸土壤微量元素含量及其与植被的关系

为了探究高寒草甸微量元素随海拔的分布特征及其与植被的关系。本研究以东祁连山高寒草甸为研究对象,调查并测定了不同海拔下高寒草甸植被群落和土壤微量元素含量,采用冗余分析(Redundancy analysis,RDA)分析土壤微量元素与植被群落的关系。结果表明,高寒草甸植被总盖度、草层盖度、地上生物量、莎草科、豆科和杂类草地上生物量均随海拔的升高呈先升高后降低的趋势,在3200 m处达最大值,禾本科地上生物量随海拔升高依次降低;土壤钙(Ca)、铁(Fe)、铜(Cu)和锰(Mn)含量随海拔的升高呈先降低后升高的趋势,土壤镁(Mg)、锌(Zn)和钼(Mo)含量随海拔的升高呈先升高后降低的趋势,土壤钴(Co)含量随海拔的升高依次降低,土壤硒(Se)含量随海拔的升高呈波动性上升;相关性分析和RDA分析表明,土壤微量元素Mo和Fe含量显著影响着高寒草甸植被的生长。综上所述,海拔显著影响着高寒草甸土壤微量元素的分布,高寒草甸土壤管理过程中应该关注微量元素Mo和Fe,建议将微量元素Mo和Fe作为高寒草甸土壤健康评价指标。

基于植被指数的三江源高寒草地植物分类与识别方法研究

随着生态健康检测与保护工作的实践以及研究问题的深入,传统的植物分类手段不能完全满足当前研究的需要。因此为研究快速分类识别草地植物的方法,本研究利用ASD(Analytical spectral devices)地物光谱仪,采集了三江源地区高寒草地常见的阿尔泰葶苈(Draba altaica)、高山风毛菊(Saussurea japonica)和车前状垂头菊(Cremanthodium ellisii)等36种植物的原始光谱数据,并选择了比值植被指数等16种高光谱植被指数,基于支持向量机(Support vector machines,SVM)等3种机器学习算法,构建高寒草地植物光谱分类识别模型。研究结果表明:高寒草地植物的原始光谱均符合绿色植物特征,但由于植物形态特征不同光谱差异主要集中在可见光波段;基于植被指数结合3种算法构建的分类模型,精度依次为随机森林(Random forest,RF)(99.4%)>SVM(93.2%)>K邻近算法KNN(88.0%),且模型的预测结果都出现了误判情况;相比SVM与KNN,RF为基于植被指数构建模型的最佳算法,同时能对所构建模型参数进行重要性分析,其中RGI和SAVI为提高RF分类模型精度的两个重要参数。

自然老化与人工老化对燕麦种子的遗传完整性分析比较

本研究利用酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳(Acid polyacrylamide gel electrophoresis,A-PAGE)方法,测定1~5年自然老化及高温高湿人工老化的皮燕麦(Avena sativa L.)和莜麦(Avena nuda L.)种子的遗传完整性,旨在比较2种燕麦种质在不同老化方式下的遗传完整性变化及差异。结果表明:随着贮藏时间的增加,皮燕麦和莜麦种子醇溶蛋白含量和种子发芽率下降,A-PAGE检测到的电泳条带逐渐模糊,数量减少。A-PAGE可检测老化燕麦种子遗传完整性变化,遗传分析共检测到41个等位基因位点,多态性位点占90.244%;皮燕麦和莜麦种质的遗传相似性系数在0.342~0.996之间。与自然老化相比,人工老化处理群体的各遗传参数下降程度高,老化后燕麦种子遗传多样性降低,遗传完整性被破坏。不同种质之间,莜麦‘白燕2号’在自然老化和人工老化下的劣变速度和程度均高于皮燕麦‘陇燕3号’。燕麦种子的适宜贮藏年限不宜超过5年。

山地草甸植被生物多样性及群落稳定性对坡向的响应

为研究不同坡向山地草甸的植被生物多样性与群落稳定性差异,本研究选取了东祁连山金强河流域4个坡向(阴坡、半阴坡、半阳坡、阳坡)的山地草甸,进行植被特征的调查,并分析了其功能群组成、多样性指数和群落稳定性的变化规律。结果表明:物种的盖度、高度、地上生物量、植被含水率、土壤含水量和莎草科地上生物量从阴坡到阳坡呈递减的趋势,禾本科和豆科呈先升高后降低的趋势,杂类草呈递增的趋势;Godron稳定性结果表明,阳坡群落处于不稳定状态。同一群落多样性大小与其群落稳定性并不存在相关关系。综上,山地草甸不同坡向草地植被特征差异显著,坡向影响着草地生产力与群落稳定性。建议在草地管理中考虑不同坡向草地植被特征变化,采取灌溉、施肥和割草等抚育措施,使植被进行正向演替更新,提高山地草甸群落的生物多样性和群落稳定性,增加其生态系统服务能力。

祁连山东缘高寒草甸植物及各部位对氮素添加的响应

为探究氮添加处理下高寒草甸草原植物的氮吸收和分配模式,本研究以祁连山东段高寒草甸草原为研究对象,分别施入0,10,20,30,40 g·m^(-2)的尿素,测定不同施氮水平下不同经济类群和优势种植物的生物量、整个植株及各部位氮含量等。结果表明:相比于豆科和杂类草,禾本科和莎草科植物对于氮素的利用率更为高效;施氮与扁蓿豆(Trigonella ruthenica L.)、矮生嵩草(Kobresia humilis)、垂穗披碱草(Elymus nutans)植物氮含量显著相关,与赖草(Leymus secalinus)和球花蒿(Artemisia smithii)的相关性较弱;施氮后植物叶片氮含量最高,其次是穗/花,茎的氮含量最低,且施氮对于植物叶片的氮含量有显著影响,对茎和穗/花的影响不显著。