不同放牧强度下祁连山南麓高寒草甸植物群落及土壤水分特征

为探讨不同放牧强度对祁连山南麓高寒草甸植物群落演替及水源涵养功能的影响,本研究以青海海北地区典型高寒草甸为研究对象,通过野外实地监测与室内分析相结合的方法,分析轻度(LG,4.5羊·hm^(−2))、中度(MG,7.5羊·hm^(−2))、重度(HG,15羊·hm^(−2))和极重度放牧(SG,30羊·hm^(−2))条件下植物群落特征、土壤容重及持水能力的变化特征。结果表明:1)随着放牧强度的增加,植物群落结构呈先稳定后显著变化的趋势。从LG至HG,禾本科、莎草科和杂类草重要值占比分别稳定在52.3%、4.2%和43.5%上下。至SG,禾本科重要值占比HG显著下降92.6%(P<0.05),莎草科和杂类草分别比HG显著增加202.6%、100.2%(P<0.05)。2)从LG到HG,植物群落平均高度、盖度和特征性指数均无显著变化。至SG,植被平均高度、盖度、Shannon-Wiener指数和Patrick指数较HG显著降低94.8%、25.0%、41.8%和68.5%。3)从LG到HG,地上生物量和地上生物量与地下生物量比值均呈缓慢增加趋势,而地下生物量和总生物量无显著变化。至SG,地上生物量、地下生物量及地上地下总生物量较HG分别显著降低71.9%、55.96%、58.7%。4)放牧强度对祁连山南麓高寒草甸土壤容重、持水及导水性能的影响主要集中在0-10 cm内。随着放牧强度的增加,0-10 cm各指标呈先稳定后显著变化的趋势,从LG到HG,土壤容重、饱和导水率、饱和持水量均无显著变化。至SG,0-10 cm土壤容重较HG显著增加12.6%,0-10 cm饱和导水率和饱和持水量分别降低50.0%、5.9%。保持适当厚度的草毡层是维持祁连山南麓高寒草甸水源涵养功能的关键,在祁连山南麓高寒草甸的利用过程中一定要重视草毡层的保护。

青藏高原高寒矮嵩草草甸碳增汇潜力估测方法

以广布于青藏高原的高寒矮嵩草草甸为研究对象,研究了草甸碳储存的场所、碳库容量随草甸演替的变化过程及其碳增汇潜力的空间分布格局,同时探讨了高寒草甸碳增汇潜力估测的困惑与解决方法。结果表明,高寒草甸生态系统碳增汇潜力空间分布格局差异极大,主要受到土层厚度和草地演化进程的影响。高寒草甸碳主要贮存于草毡表层,其增汇潜力在于退化草地草毡表层的恢复与重建。保持适宜厚度的草毡表层是协调高寒草甸生产与碳生态服务功能的关键。随着退化高寒草甸的恢复,土壤容重呈现下降趋势,计算其系统碳增汇潜力,需要用根土体积比进行土层深度的校正。高寒草甸具有较大的固碳潜力,但其潜力的发挥受到气候和草地恢复与管理措施的影响,比较漫长。

高寒嵩草草甸的被动与主动退化分异特征及其发生机理

高寒嵩草草甸是广布于青藏高原的地带性植被之一,自1980年代以来,发生退化,形成大面积的"黑土型"次生裸地。目前的研究普遍认为,高寒嵩草草甸的退化是由于过度放牧引起的植被演替和啮齿类动物对草场的破坏所致。而本研究认为,随着持续的超载放牧,高寒嵩草草甸的退化过程可以分为异针茅+羊茅-矮嵩草群落、矮嵩草群落、小嵩草群落和杂类草-黑土型次生裸地的四个演替阶段;其经历了异针茅+羊茅-矮嵩草群落向矮嵩草群落植被的被动退化过程和由小嵩草群落向杂类草-黑土型次生裸地的主动退化过程;其发生的动力分别为放牧作用和嵩草特殊的生物学特性(高地下/地上比)引起的草毡表层极度加厚作用。草毡表层的极度加厚,造成土壤水分渗透速率的降低和土壤-牧草之间水分、营养供求的失调,是导致高寒矮嵩草最终退化的根本原因。同时提出高寒嵩草草甸在被动退化阶段,通过降低放牧强度,灭鼠、封育是可以逆转的,而一旦进入主动退化阶段,草皮的塌陷、斑驳,最终形成"黑土滩"型退化草地,这是不可避免的也是不可逆转的。

放牧强度对嵩草草甸草毡表层及草地营养和水分利用的影响(简报)

在中国科学院海北高寒草甸生态系统研究站地区,选择了5个自然放牧梯度、处于4种典型退化阶段的高寒嵩草草甸为研究对象,进行了土壤草毡表层加厚引起的系统氮、磷分配和水分利用的变化过程研究。结果表明,随着放牧强度的增加,草地禾本科植物逐渐减少,莎草科植物成为优势种群,在莎草属牧草特殊的生物学特性(高地下/地上)的驱动下,土壤草毡表层逐渐加厚,从异针茅+羊茅-嵩草草甸群落的4.03±0.49 cm发育到小嵩草群落阶段的10.1±0.38 cm;矮生嵩草群落时系统生长需要的氮、磷养分数量急剧增加,分别从11.26到22.94 g/m2、0.81到1.63 g/m2,成为生物固定累积于土壤;同时致密加厚的、特别是老化死亡的草毡表层的存在,使土壤水分的渗透速率从异针茅+羊茅-嵩草草甸群落的2.18 mm/min降低到小嵩草群落的0.37 mm/min,使系统接受自然降水的能力大大减弱,水分的利用效率极低,而根系数量的急剧增长导致需水量的增加,土壤湿度逐渐降低,降幅最大达到44.90%。草毡表层加厚导致的营养供求失调、干旱胁迫是引起高寒嵩草草地退化的内在原因之一。

三江源退化高寒草甸草毡表层剥蚀过程及发生机理的初步研究

草毡表层是高寒草甸系统分类的诊断层,是高寒草甸稳定性维持的物质基础,而草毡表层剥蚀是三江源区退化高寒草甸的主要表观特征之一。2008年8月,通过对高寒草甸退化状况进行的野外调查发现,退化高寒草甸具有2种不同的剥蚀过程,其发生的动力也不同。其中,位于山间滩地和缓坡地段的高寒草甸,其土壤剥蚀呈现草毡表层极度加厚、老化、死亡、开裂、剥蚀过程,其发生动力是鼠类的挖掘与冻融交替作用,剥蚀发生时地表草皮处于死亡或半死亡状态;而处于陡坡地段退化高寒草甸的剥蚀由于植被的不同,呈现水分对草皮下土壤的潜蚀、倒钩蚀,发生草皮悬空、坍塌,其剥蚀动力为水分冲蚀和重力作用,剥蚀时草毡表层牧草生长良好。放牧压力下高寒草甸草毡表层的加厚是造成其土壤发生剥蚀的主要原因。

草毡寒冻雏形土有机质补给、分解及大气CO_2通量交换

调查草毡寒冻雏形土生物量及土壤有机质,利用涡度相关技术观测该区域作用层与大气CO2通量.结果表明：地下90%生物量集中于0～10 cm的表土层,年总净初级生产量约935.0 g/m2;土壤有机质含量在6.401～7.060%之间;净CO2通量呈明显的日变化和季节变化规律;5月中旬到9月底为CO2的净吸收（780 g CO2/m2）,其中以7月最高,净吸收量明显高于非生长季的,10月到翌年5月初CO2的净排放量（383 g CO2/m2）;全年固定碳高达397 g/m2.

微生物菌肥对高寒草甸土壤养分的影响

采用纤维素分解菌肥、联合固氮菌肥、EM混合菌肥3种微生物菌肥配以水分添加和划破草皮等方法对退化高寒小嵩草草甸进行土壤养分改良,以土壤中速效养分含量及pH变化评价改良状况。结果表明,退化高寒小嵩草草甸土壤中添加微生物菌肥＋划破草皮处理与对照相比,没有明显改变0~20cm土层速效磷含量、速效钾含量和pH剖面分布特征;不同微生物菌肥＋划破草皮处理明显改变土壤中速效氮含量的分布特征,其中,EM处理明显提高土壤表层硝态氮含量,CD处理明显提高土壤中表层氨态氮含量,CD和EM处理可以显著提高土壤表层速效氮（硝态氮＋氨态氮）含量,但单纯划破草皮G处理只能改变不同形式的速效氮在土壤垂直剖面中的分布格局,没有明显提高土壤中速效养分含量。因此,采用EM和CD处理均可以改善土壤中速效氮缺乏的现状,但作用微弱,可能同选用的微生物菌肥在青藏高原高寒恶劣气候条件下活性变弱有关。筛选或分离适应高寒草甸生态系统生存的微生物菌肥再配以适宜的施用方法可改善退化草地土壤养分状况。

三江源地区退化高寒矮嵩草草甸剥蚀坑的成因

以三江源高寒草甸为对象,研究了退化草地剥蚀坑发生的阶段、区域、形成过程及发生机制,并就剥蚀坑发生对草地生产-生态服务功能的影响作了评述。结果表明:剥蚀坑发生于三江源黄河区域高寒草甸小嵩草群落时期,土壤草毡表层的极度发育、老化与死亡是剥蚀坑发生的前提,死亡草毡表层中植物根系的分解、风蚀引起土层的塌陷是剥蚀坑形成的过程。剥蚀坑的发生导致草地系统水分涵养和地球系统碳储蓄功能的降低。保持适当厚度草毡表层是维持高寒嵩草草甸稳定性的基础。

祁连山中段高寒草甸草毡表层发育程度的空间分异及环境影响因子

高寒草甸植被下的草毡表层能够发挥水土保持、水源涵养等生态环境效益,是高寒草甸植被生态功能发挥的核心,认识草毡表层发育程度的空间分异及环境影响因子有利于深入理解高寒草甸在高原生态系统中的作用。本研究以祁连山中段高寒草甸分布区为研究区,依据根系体积并结合草毡层厚度以及土壤容重,将草毡表层划分为弱发育、中等发育以及强发育草毡。分析了不同发育程度草毡的地形、植被、气候等环境特征,并采用支持向量机模型对其分布进行了空间制图。结果表明:祁连山中段发育程度较高的草毡表层趋向于分布在水分条件较好的低海拔、缓坡,低坡位以及北向坡的位置,以嵩草属植物为主,中等以上发育程度的草毡地表植被及水分条件都较好;发育程度较高的草毡表层年均温较高,各发育程度草毡表层降水量差异不显著。空间分布结果整体与现有的高寒草甸植被类型分布具有高度的一致性,但空间分辨率更为详细,并且实现了不同发育程度草毡表层的空间细分。

放牧强度对帕米尔高原草毡表层及草地营养和水分利用的影响

在帕米尔高原高寒草原地区,选择了4个自然放牧梯度、处于3种典型退化阶段的草地为研究对象,进行了土壤草毡表层加厚引起的系统氮、磷分配和水分利用的变化过程的研究。结果表明,随着放牧强度的增加,草地禾本科植物逐渐减少,蒿类植物成为优势种群,土壤草毡表层逐渐加厚,从新疆银穗草+硬叶苔草群落的3.02±0.53 cm发育到高山绢蒿、西藏亚菊群落阶段的8.24±0.53 cm;矮生嵩草群落使系统生长需要的氮、磷养分数量急剧增加,分别从12 g/m2到23 g/m2、0.84 g/m2到1.7 g/m2,成为生物养分固定累积于土壤;同时致密加厚的、特别是老化死亡的草毡表层的存在,使土壤水分的渗透速率从新疆银穗草+硬叶苔草群落的1.94 mm/min降低到小嵩草群落的1.38mm/min,使系统接受自然降水的能力大大减弱,水分的利用效率极低,而根系数量的急剧增长导致需水量的增加,土壤湿度逐渐降低,降幅最大达到18.85%。草毡表层加厚导致的营养供求失调、干旱胁迫是引起高寒草地退化的内在原因之一。

高寒草甸草地退化对土壤水热性质的影响及其环境效应

青藏高原高寒草甸草地的大面积退化,将改变浅层土壤的水热性质,影响地表水热交换,甚至导致区域生态环境的变化。本文通过系统分析典型原生高寒草甸与中度退化高寒草甸的植物群落特征、地上地下生物量和土壤理化特征的差异,研究高寒草甸草地退化对土壤水热性质的影响及其环境效应。结果表明:随着高寒草甸草地退化,植被覆盖度显著降低(p<0.01),适应旱生、深根系的杂草侵入适应湿润生境、浅根系的以莎草科植物为主的原生植被,生物多样性显著增加(p<0.01);草毡表层(0~10cm)地下生物量显著减少(p<0.01),30~50cm地下生物量显著增加(p<0.01)。草毡表层变薄降低了土壤容重的垂向异质性,使表层土壤容重显著增加(p<0.01),土壤颗粒显著变粗(p<0.01)。受浅层土壤有机质降低和土壤容重增加的影响,中度退化高寒草甸土壤的持水量和饱和导水率降低,土壤导热率升高。高寒草甸草地植被退化,土壤持水量、饱和导水率降低和导热率增加将加速地表水热交换,对高寒草甸草地退化和下伏多年冻土消融都可能是正反馈。