放牧强度对青藏高原高寒矮嵩草草甸氧化亚氮释放的影响

依托青藏高原东北隅高寒矮嵩草草甸的5a放牧强度(禁牧、轻度放牧、中度放牧、重度放牧)试验平台,2016年在植物生长季的6-9月,基于静态暗箱-气相色谱法,测定N2O的释放特征及相应的环境、生物因子,探讨放牧强度对高寒草甸N2O释放特征的影响及其内在环境生物驱动机制。结果表明:环境、生物因子中仅表层土壤容积含水量、土壤容重及土壤有机碳含量对放牧强度响应显著(P<0.05)。高寒草甸N2O释放的季节特征表现出生长季的早期和晚期相对较高的"U"型趋势。禁牧样地N2O释放速率最小,极显著(P<0.01)低于其它3个放牧样地。高寒草甸N2O释放强度与放牧强度间表现出正相关趋势(R=0.49,P<0.01)。相关分析表明,表层土壤温度是高寒草甸N2O释放速率的主要影响因子,但放牧强度改变了土壤温度的影响程度。中短期放牧管理改变了高寒草甸植被生长季N2O释放速率,但未改变其释放的季节特征。禁牧管理提高了土壤温度,进而显著降低植被生长季N2O释放强度。

退化程度对三江源泽库高寒草甸土壤理化性质及持水能力的影响

通过野外原位测定和室内分析相结合的方法,分析了不同退化程度对高寒草甸土壤理化特征及持水能力的影响。结果表明:(1)高寒草甸草毡层的退化消失显著降低了土壤抗蚀能力。从原生植被至中度退化阶段,高寒草甸土壤硬度和抗剪强度逐渐增加,至重度退化阶段二者急剧下降(P<0.05)。(2)随着退化程度的加剧,高寒草甸土壤呈现贫瘠化。同时,随着土壤深度的增加,退化程度对土壤有机碳和全氮的影响作用逐步减弱。(3)退化程度对高寒草甸土壤持水能力的影响作用随深度的增加而降低,其对表层土壤持水能力的影响最为显著。从原生植被至中度退化阶段,0~10cm土壤饱和持水量、毛管持水量及田间持水量呈增加趋势,至重度退化阶段,三者均显著降低。地表草毡层是保持高寒草甸土壤肥力、抗侵蚀能力和水源涵养功能的关键。

封育措施对巴塘高寒草甸植被群落结构及土壤持水能力的影响

选取巴塘高寒草甸设置封育及自然放牧样地,通过野外实地监测及室内试验相结合的方法,分析封育措施对植被群落结构及土壤持水能力的影响。结果显示：1）封育措施显著提高了高寒草甸植被群落总盖度及平均高度（p〈0.05）,增加了群落的物种丰富度、均匀度及复杂程度,植被群落中禾本科和豆科植物等优良牧草显著增加,菊科、莎草科以及有毒杂草类植物所占比重有所下降。2）封育措施丰富了高寒草甸植被群落垂直分层结构,退化草地垂直结构由一层增加至三层。3）封育措施降低了高寒草甸0～40 cm层面土壤容重,二者差异在10～20 cm层面最明显（p〈0.05）。4）尽管未达到显著水平（p〉0.05）,封育样地0～40 cm层面土壤有机碳密度均高于自然放牧样地。5）封育措施明显改善了高寒草甸土壤持水能力。其中,封育样地0～10、10～20、20～40 cm深度土壤饱和持水量、毛管持水量及田间持水量均高于自然放牧样地,封育条件下0～40 cm整个土层土壤饱和持水量、毛管持水量及田间持水量增加速率分别为1.4、1.9、1.7 mm/a。封育措施有利于退化草地生态环境的恢复,是遏制和改善高寒草地退化的有效措施。

青藏高原中东部三种草地类型土壤理化特征及金属元素在有机畜牧生产中的作用

为明确高寒草地土壤理化特征及金属元素在有机畜牧生产中的作用,选取青藏高原中东部高山嵩草草甸、草甸化草原、温性草原三种草地类型为研究对象,分析土壤理化性质和重金属元素,并探讨其影响作用。结果表明:三种草地类型群落盖度由大到小依次是高山嵩草草甸(91%)>草甸化草原(85%)>温性草原(75%),草甸化草原的物种数最多达25种,分别是高山嵩草草甸和温性草原的1. 47倍和1. 92倍。温性草原0～10 cm土层容重分别是高山嵩草草甸和草甸化草原的1. 89倍和1. 40倍,10～20 cm土层容重分别是高山嵩草草甸和草甸化草原的1. 42倍和1. 29倍。高山嵩草草甸土壤有机质、全氮含量最高,有机质含量分别是草甸化草原、温性草原的1. 20倍和2. 65倍,全氮含量分别是草甸化草原、温性草原的1. 18倍和2. 47倍。温性草原土壤p H值最高达8. 46,分别是草甸化草原和高山嵩草草甸的1. 04倍和1. 10倍。总体来看,重金属元素含量在高山嵩草草甸最高,温性草原最低,草甸化草原居中。三种草地类型土壤7种重金属元素含量都在一级以内,其生态危害指数未出现强污染状况,适合构建示范区发展有机畜牧业。

三江源畜牧业示范区土壤重金属含量特征及评价

为了明确三江源智慧生态畜牧业示范区内土壤重金属元素含量特征及潜在风险,2015年7月在三江源智慧生态畜牧业示范区11个示范村镇进行土壤样品采集,带回实验室分析Pb、Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Ni含量。对数据进行统计分析并采用内梅罗综合污染指数和生态危害指数进行风险等级评价。结果显示:部分采样点重金属元素含量高于青海省背景值;Pb、Cr、Cu、Zn、Ni主要受土壤母质的影响,Cd受自然和人为因素的双重影响,Hg主要受人为因素影响;内梅罗综合污染指数显示11个点位的指数都小于1,该地未出现污染状况;生态危害指数显示除GMY点位处于轻微风险等级,其余采样点为中等风险等级。总体上示范区内土壤未出现强污染和面源污染状况,但需要加强点源污染的风险防范。

三江源农牧交错区植被群落及土壤固碳持水能力对退耕还草措施的响应

为探讨三江源农牧交错区植被群落演替、土壤固碳及水源涵养能力对退耕还草措施的响应,以青海省过马营镇退耕还草封育示范区为研究区域,通过野外实地监测及室内试验相结合的方法,分析了油菜(Brassica campestris)地经退耕还草措施后,植被群落演替、土壤固碳及持水能力的变化状况。结果显示,1)退耕还草11年后,其植被群落盖度、平均高度、植物分层及地上生物量均达到原生植被水平;而Shannon-Wiener群落多样性指数和Pielou均匀度指数分别达到原生植被的80.9%和97.5%。2)退耕还草11年后,0-40cm土层的土壤容重降低5%,土壤饱和持水量、毛管持水量及田间持水量分别较原生植被样地增加了12.6、9.4和11.2mm。3)退耕还草11年后,0-20cm土层土壤有机碳密度和C/N显著高于原生植被样地31.85%和37.63%(P<0.05),土壤全氮密度与原生植被样地的无显著差异(P>0.05)。综上所述,退耕还草措施有利于农牧交错区荒漠化草地生态环境的恢复,是遏制和改善三江源区草地荒漠化的有效措施之一。

放牧强度对青海海北高寒矮嵩草草甸碳交换的影响

以禁牧、轻度放牧、中度放牧和重度放牧4种不同放牧强度的高寒矮嵩草草甸为研究对象,分别于2014年和2015年植物生长季5～9月,使用LI-6400便携式光合仪和同化箱测定生态系统净CO_2交换(NEE)和生态系统呼吸(ER),并利用土壤温湿度自动记录仪测定土壤10cm处的温度和体积含水率,以研究放牧强度对青海海北高寒矮嵩草草甸碳交换的影响。结果表明:生长季5～9月,试验地10cm土壤温度的变化范围在7.21～13.23℃,随放牧强度增大而增大;体积含水率在19.68%～32.33%间波动,随放牧强度增大而减小。高寒草甸NEE在生长季表现出明显的"V"型变化,5月NEE最大,为1.43μmolCO_2/m^2·s,此时草地仍处于碳排放状态,7月最小(碳吸收速率最大),为-14.32μmolCO_2/m^2·s,吸收强度表现出随放牧强度增大而增大的趋势;ER呈倒"V"型变化规律,7月最大,为12.15μmolCO_2/m^2·s,放牧强度仅对7月的ER产生影响,其余月份4个样地差异均不显著。相关分析表明,NEE与土壤温度和绿体生物量极显著负相关,相关系数分别为-0.910和-0.559,与土壤湿度显著正相关,相关系数为0.559;ER与土壤温度和绿体生物量显著正相关,相关系数分别为0.824和0.453,与土壤有机碳含量极显著负相关,相关系数为-0.605,与土壤湿度、枯体生物量和全氮含量相关不显著。

牧压梯度下高寒草甸土壤容重及持水能力的变化特征

为探讨不同放牧梯度对高寒草甸水源涵养能力的影响,以青海海北高寒草甸为研究对象,采用实地采样与室内测试分析相结合的方法,进行了对照(CK)、轻牧(LG)、中牧(MG)、重牧(HG)的土壤持水能力的研究。结果表明:适度放牧会使土壤容重减小,而放牧强度超过一定强度后会使土壤容重增加,并且土壤容重随着土层深度的加深逐渐增大,短期放牧对土壤容重的影响主要体现在表层。牧压梯度下高寒草甸在不同土层的饱和持水量、毛管持水量和田间持水量整体上表现为LG,MG相对较大,而CK,HG相对较小,所以适度放牧有利于提高土壤的持水能力,而完全禁牧和重度放牧都不利于土壤持水能力的提高。另外,也可看出土壤的持水能力随着深度的增加逐渐下降,短期放牧对土壤持水能力的影响主要体现在表层。饱和持水量、毛管持水量和田间持水量三者之间表现出极显著正相关关系(p<0.01),三者对于不同牧压梯度表现出一致的响应;土壤容重与持水能力表现出极显著负相关关系(p<0.01);地下生物量、有机质和土壤持水能力的相关性虽然不显著,但仍能说明地下生物量、土壤有机质同土壤持水能力呈弱的正相关关系。研究表明,适度放牧在一定程度上有利于提高土壤的水源涵养能力,对草场恢复有利。

黄河源高寒草甸封育条件下的土壤持水能力

以青海省玛沁县不同封育年限与自然放牧的高寒草甸为研究对象,通过对土壤容重、土壤饱和持水量、田间持水量及毛管持水量等指标监测,分析不同封育年限下高寒草甸的土壤持水能力及与环境因素的关系。结果表明:随着封育年限延长,封育样地0~40cm土层土壤持水量增加,其中0~10cm土层的土壤持水量高于10~20cm和20~40cm;封育12a后土壤饱和持水量、田间持水量、毛管持水量分别增加11.34mm、15.14mm、15.05mm,分别按0.95mm/a、1.26mm/a、1.25mm/a的速率增加;土壤饱和持水量、田间持水量和毛管持水量与容重呈极显著负相关(P<0.01),与有机质及地下生物量呈极显著或显著性正相关(P<0.05或P<0.01);土壤持水能力在垂直方向表现为表层高于深层,在封育禁牧梯度上表现为封育高于未封育。研究表明,封育能提高土壤持水能力。

高寒草甸草地土壤贮水量对牧压梯度的响应

为探讨放牧情况下土壤水分驱动特征,揭示其水源涵养能力,以青海海北高寒草甸为研究对象,采用实地采样与室内测试分析相结合的方法,分析了禁牧(CK)、轻牧(LG)、中牧(MG)、重牧(HG)等不同牧压梯度下植被生长季5~9月的土壤贮水量特征及其与环境因素的关系。结果表明:在0~50cm层次上,牧压梯度并未显著改变土壤贮水量的季节变化动态,均表现在5、6月高,7月低,8月以后缓慢升高。但封育提高了土壤贮水量,0~50cm层次土壤平均贮水量表现出CK>HG>LG>MG,分别为222.82±26.44mm、199.71±16.91mm、189.00±16.36mm、187.69±14.71mm,表明禁牧有利于提高土壤贮水量。同一时期土壤贮水量垂直分布变化受牧压梯度影响较小,不同月份土壤贮水量在垂直变化上呈现出不同变化趋势。土壤含水率与容重显著负相关(P<0.01),与毛管孔隙度、土壤有机质含量、地下生物量显著正相关(P<0.01),暗示放牧管理通过驱动土壤特征来影响土壤贮水量。

牧压梯度下高寒草甸实际蒸散量及植物生产水分有效利用率的研究

以青海海北高寒草甸为研究对象,分析了禁牧(对照,CK)、轻度放牧(light grazing,LG)、中度放牧(moderate grazing,MG)、重度放牧(heavy grazing,HG)试验地土壤贮水量和利用水量平衡法计算的植被实际蒸散量动态变化,并对不同牧压梯度下高寒草甸的水分有效利用率进行了比较。结果表明,牧压梯度下土壤贮水量在生长季的变化特征基本一致,表现为5月、6月高,7月低,8月以后缓慢升高。5月8日到9月28日0~50 cm土层平均土壤贮水量为CK>HG>LG>MG,分别为(222.82±7.07),(199.71±4.52),(189.00±4.37)和(187.69±3.93)mm,表明放牧使土壤贮水量减小,统计分析表明,禁牧与放牧地之间贮水量差异达极显著水平(P<0.01)。不同牧压梯度上高寒草甸植被实际蒸散量在生长季的变化特征基本一致,表现出5月低,6月开始升高,7月蒸散量达最大,以后逐步下降;整个生长季CK、HG蒸散量较高,LG、MG蒸散量较低,分别为(389.37±3.39)、(355.74±5.54)、(350.17±8.6)3和(346.15±1.31)mm。从土壤水分亏缺来看,重牧不利于水源涵养,但禁牧亦影响水源涵养功能的提高,只有适度放牧有利于水源涵养。植被实际蒸散量与降水量呈极显著正相关关系。高寒草甸植被地上地下净初级生产力在生长季的水分有效利用率表现为LG、MG较高,HG较低,CK的水分有效利用率最低,分别为0.55%、0.56%、0.50%和0.37%,说明适度放牧能够提高植被水分有效利用率,而禁牧显著降低植被水分有效利用率。

高寒草甸土壤贮水量对封育措施的响应

以三江源玛沁县高寒草甸为研究对象,分析了11a封育措施下土壤贮水量的时空变化特征、土壤持水能力及其对封育措施的响应。结果表明:封育和未封育措施下土壤贮水量变化趋势一致,可分为融冻集聚期、波动消耗期和蓄积期;植物生长期的5月1日—9月28日,0—40cm封育和未封育措施下土壤平均贮水量分别为112.58mm和96.26mm,表现为封育>未封育;贮水量与土壤容重呈极显著负相关(p<0.01),与地上生物量、地下生物量和有机碳密度分别呈极显著(p<0.01)、显著(p<0.05)和无相关(p>0.05);贮水量在垂直方向上总体表现出上层高下层低;封育11a后0—40cm平均容重比未封育样地降低11%。11a来土壤饱和持水量、毛管持水量和田间持水量分别增加了6%,9%和11%,分别以1.03,1.37,1.38mm/a的速率增加。表明封育措施一定程度上增加了高寒草甸土壤持水能力,利于水源涵养。

高寒草甸土壤有机碳和全氮变化对牧压梯度的响应

针对高寒草甸土壤碳氮变化对牧压梯度的响应,以青海海北高寒草甸为研究对象,监测分析了禁牧(对照,CK)、轻牧、中牧、重牧试验地土壤有机碳密度、土壤全氮密度的变化特征。结果表明:SOCD和STND均与牧压梯度呈"V"形二次曲线关系(P<0.05),说明禁牧可增加SOCD和STND,但放牧强度约高于7.5只羊·hm-2时存在由低向高的一个阈值转折点。同一放牧梯度上0~40cm的SOCD均表现出5月最低,升至7月后,CK、LG到9月持续升高,而MG、HG有所下降,而STND自5月到9月表现为"И"型波动变化规律。随着土层深度加深SOCD和STND下降明显。不论是季节变化还是垂直变化,SOCD和STND相互间均呈显著的正相关关系(P<0.05)。C/N随生长季延长逐渐增加,随土层深度的加深而降低,放牧梯度并未改变土壤C/N的变化趋势。

季节性放牧对黄河源区高寒草甸植被耗水量及水分利用效率的影响

研究季节性放牧对植被耗水量、水分利用效率的影响,是探索如何提高高寒草甸水源涵养能力的重要内容之一。以青藏高原三江源高寒草甸季节性放牧样地与自然放牧样地为研究对象,分析了季节性放牧和自然放牧条件下高寒草甸植被耗水量、水分盈亏量、水分利用效率(WUE)的动态变化及其与环境因素的关系。结果表明:在植被生长季(5-9月),季节性放牧样地和自然放牧样地植被耗水量在5月开始增加,7月达最高,分别为160.94 mm和145.96 mm,季节性放牧样地植被总耗水量(395.52 mm)比自然放牧样地(348.14 mm)高13.61%。生长季平均来看,季节性放牧样地和自然放牧样地5-9月水分正盈余,分别为13.58 mm和70.96 mm,但在植物生长旺季(8月)略有亏缺。季节性放牧样地和自然放牧样地植被耗水量均与降水量呈弱的正相关关系。季节性放牧样地植被地上净初级生产量(ANPP)、地下净初级生产量(BNPP)和总的净初级生产量(NPP)比自然放牧样地分别高32.54 g·m^(-2)、5.96 g·m^(-2)、38.50 g·m^(-2),季节性放牧样地ANPP的水分利用效率(WUE)比自然放牧样地高53.85%,而BNPP、NPP的WUE比自然放牧样地分别低13.06%和9.97%。这表明,季节性放牧可提高植被生产量和耗水量,但对高寒草甸WUE的影响因放牧方式不同导致地上、地下生物量分配格局不同而有所差异。