荒漠草原不同间距灌丛引入对土壤细菌碳源利用和胞外酶活性的影响

为探究不同间距柠条锦鸡儿人工灌丛引入对宁夏东部荒漠草原土壤细菌群落功能多样性和土壤胞外酶活性的影响,利用Biolog-ECO法对封育草地(17 a)和不同间距(40、6和2 m)灌丛地土壤细菌碳源利用特征展开研究。结果表明:荒漠草原不同间距灌丛引入后土壤有机碳和微生物生物量碳较封育草地无显著增加,而土壤全碳显著增加26.65%~43.47%;除β-1,4-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶外的其他土壤胞外酶活性均在灌丛地低于封育草地,灌丛间无显著差异。各样地土壤微生物细菌平均颜色变化率和主成分分析显示出近30年不同间距灌丛地土壤细菌群落代谢功能明显变化,灌丛密度增加,碳源的相对利用率下降了49.2%,但灌丛地碳源利用率仍显著大于封育草地,特别是土壤细菌群落功能多样性。丰富度、均匀度、优势度指数随密度增加而增大,碳源利用类型也从草原以氨基酸类、聚合物类和其他类碳源为主利用转向随灌丛以聚合物类和氨基酸类稳定优先利用为主。

荒漠草原土壤微生物矿化对灌丛引入过程及水分的响应

以宁夏荒漠草原封育草地(封育14年)、放牧地为对照,开展不同年限(3a、12a、22a)和间距(40 m、6 m、2 m)柠条地(Caragana korshinskii)灌丛引入过程土壤微生物矿化及对不同水分梯度(自然降雨、前期饱和、持续干旱)响应特征研究。结果表明:灌丛地0—20 cm和0—100 cm土层土壤全氮含量均高于放牧地且随年限和密度增加呈增高趋势,分别为0.28—0.42、0.27—0.42 g/kg和0.28—0.51、0.27—0.51 g/kg,但在22年且密度增至2 m间距的灌丛地与封育草地相比差异不显著或呈降低趋势;微生物量氮变化分别为0.041—0.057、0.041—0.081 mg/kg,且22年灌丛地呈显著降低,2 m间距灌丛地呈显著增加,但均显著低于封育草地0.079 mg/kg和放牧地0.103 mg/kg(P<0.05);真菌/细菌比值随灌丛地年限和密度增加变化为0.06—0.33,均高于封育草地0.04和放牧地0.03(P<0.05),微生物变化改变了灌丛地的矿化过程,相较封育草地0.003 mg kg^(-1)d^(-1)和放牧地-0.068 mg kg^(-1)d^(-1)的净矿化速率,不同年限/间距灌丛地虽分别降低为-0.155—-0.084、-0.116—-0.061 mg kg^(-1)d^(-1),但均表现为前期加速硝化过程,使得硝态氮则随年限和密度增加呈增加趋势显著高于两样地,而铵态氮变化则较为稳定;封育草地对干旱具缓冲作用,持续矿化,而放牧地和灌丛地净矿化速率对水分降低响应积极,分别降低280.3%和440.2%,其中放牧地和灌丛地以硝化作用变化尤为显著,特别是灌丛地则随干旱加剧净硝化速率均呈显著降低趋势(P<0.05),其净矿化速率变化以硝化过程占主导。

宁夏东部荒漠草原灌丛引入过程中土壤呼吸响应特征

为探究宁夏东部荒漠草原灌丛引入过程中土壤呼吸响应特征,选取封育草地、放牧地及不同灌丛年限(22、12、3年)和间距(40、6、2 m)的柠条灌丛地(Caragana korshinskii),开展草原-放牧-灌丛引入中土壤呼吸、水分、碳氮、微生物及相关研究。结果表明:0-10 cm土层土壤水分具有明显季节变化,灌丛引入加剧深层土壤水分消耗。土壤呼吸响应表层土壤水分的季节变化,灌丛引入后土壤呼吸减弱,不同年限灌丛地与封育、放牧草地无显著差异(P>0.05),但随间距的缩小差异显著(P<0.05)。土壤有机碳在封育、放牧草地随土层加深而降低,且随着灌丛年限的增大和间距的缩小而降低;全氮在封育草地都较高,而放牧地含量较低,随着灌丛年限的增大和间距的缩小而增加,但差异不明显(P>0.05)。灌丛引入使各菌群数量显著增加(P<0.05),但在间距最小(2 m)时显著降低。随着灌丛引入土壤微生物量碳降低,且随年限增长而增加,而在生长到一定年限又随间距的缩小而降低;土壤呼吸熵(qCO2)随年限的增加而减小,随间距的缩小而增大。土壤呼吸与土壤水分、土壤微生物量碳正相关,且与土壤水分极显著正相关(P<0.01),与土壤有机碳、全氮、微生物数量负相关,其与放线菌数量显著负相关(P<0.05)。

荒漠草原灌丛引入过程中土壤氮矿化的季节动态及其影响因子

选取封育草地、放牧草地、不同年限(引入柠条3、12、22年)/密度(间距2、6、40 m)的灌丛地为对象,研究荒漠草原-退化-灌丛引入过程中生长季(4—10月)土壤氮矿化的季节动态及其影响因子。结果表明:0~10 cm表层土壤水分具有明显的季节特征,0~200 cm剖面土壤水分随灌丛年限和密度增加而加剧消耗;与放牧草地和封育草地相比,灌丛对土壤碳氮磷养分的促进作用随灌丛年限和密度的增加呈现先强后弱趋势;生长季动态和草地变化对土壤氮矿化过程产生显著影响,土壤NO_(3)^(-)、微生物生物量碳和氮在生长季中期(6—8月)显著升高,其中NO_(3)^(-)占总无机氮的比值由封育草地30.5%增至灌丛地69.5%。NH_(4)^(+)受生长季动态影响大于草地变化,其含量在生长季后期(10月)升高。在草原-退化-灌丛引入过程中,灌丛年限和密度的增加显著增大荒漠草原土壤硝化和铵化作用的生长季动态差异,而对微生物生物量碳和氮的影响不显著;土壤NH_(4)^(+)和NO_(3)^(-)含量与全氮、有机碳和N/P呈显著正向相关,土壤碳氮磷主要以计量比(C/N和N/P)的形式直接调控氮矿化过程。

荒漠草原灌丛转变土壤水分与地上生物量空间异质性及阈值响应

【目的】研究宁夏东部荒漠草原灌丛转变土壤含水量和植被地上生物量的空间特征,探求荒漠草原植被承载的适宜土壤水分生态阈值,以期为优化荒漠草原植被恢复模式提供理论依据。【方法】利用GIS和地统计学方法,对该地区43个典型的荒漠草原-灌丛镶嵌体区域分别进行草地和相邻灌丛0~200 cm土层土壤含水量及植被地上生物量的空间异质性分析。【结果】经典统计分析表明:0~200 cm土层的平均土壤含水量表现为草地(6.23%)大于灌丛(5.47%),在80~200 cm土层尤为明显,草地和灌丛土壤含水量分别为1.37%~25.36%和1.5%~19.58%;草地和灌丛的0~200 cm土层土壤含水量变异系数为28.94%~62.30%,均属中等变异,且灌丛土壤含水量的变异系数较高;草地和灌丛地上生物量分别为0.06和0.56 kg·m^(-2),两者的变异系数均为中等变异。地统计分析表明:0~200 cm土层土壤含水量的结构方差比[C/(C_(0)+C)]表现为草地(0.75)大于灌丛(0.64),且均随土层加深而逐渐减小;土壤含水量的变程(A_(0))表现为灌丛(45.84 km)显著大于草地(18.56 km)(P<0.05),两者在120~200 cm土层的最佳半变异函数模型均为纯块金效应模型;植被地上生物量的结构方差比表现为灌丛(0.76)大于草地(0.37),变程表现为草地(43.91 km)显著大于灌丛(12.77 km)(P<0.05)。基于植被转变地上生物量和土壤含水量现状分析,荒漠草原0~200 cm土层土壤含水量响应阈值为8.11%~14.19%。【结论】荒漠草原灌丛转变显著增加了地上植被生物量,使其在景观尺度上的空间异质性增强,并加速了深层土壤水分的利用消耗,降低了土壤含水量及其在景观尺度上的异质性,因调查年份及前期数年降雨偏多,草地、灌丛的较深层土壤含水量均呈纯块金效应。

宁夏东部荒漠草原向灌丛地人为转变过程土壤粒径分形特征

以宁夏东部荒漠草原-人工灌丛地典型镶嵌区域为研究对象,根据生态界面理论,选取荒漠草地、草地边缘、灌丛边缘、灌丛地为主要转变样地,利用野外采样室内分析的方法,研究荒漠草原向灌丛地人为转变过程土壤性状、土壤粒径分形维数变化特征及其相互关系。结果表明,转变过程各样地土壤颗粒体积百分含量均表现为砂粒>粉粒>黏粒,且砂粒比例随着过渡逐渐增加,灌丛地最高,达98.97%;土壤分形维数变化介于1.02~2.58,随着转变过程呈降低趋势,抗土壤侵蚀能力逐渐降低,其中荒漠草地、草地边缘、灌丛边缘间无显著差异(P>0.05),但均显著高于灌丛地36.79%~41.48%(P<0.05)。土壤分形维数变化在转变过程中与黏粒含量(<2μm)、粉粒含量(2~50μm)呈显著正相关关系(P<0.05),与砂粒含量(50~2000μm)呈显著负相关关系(P<0.05);与土壤水分含量、毛管孔隙度、有机碳含量、全磷含量呈极显著或显著正相关关系(P<0.01,P<0.05),与土壤容重呈极显著负相关关系(P<0.01)。主成分分析表明,土壤粉粒、土壤砂粒、土壤毛管孔隙度、土壤容重、土壤有机碳,土壤全磷在草地向灌丛地人为转变过程中对土壤粒径分形维数影响较大(P<0.05)。

宁夏东部荒漠草原向灌丛地人为转变过程中土壤胞外酶活性响应

以宁夏东部荒漠草原-灌丛地典型镶嵌体内部荒漠草地、草地边缘、灌丛边缘、灌丛地为对象,对各样地植丛和空斑下土壤特性及6种土壤胞外酶活性(纤维二糖水解酶、β-1,4-木糖苷酶、β-1,4葡萄糖苷酶、β-1,4-乙酰基氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和碱性磷酸酶)进行分析,研究荒漠草原向灌丛地人为转变过程中胞外酶的响应特征。结果表明:荒漠草原向灌丛地转变过程中,土壤水分、有机碳、全氮、全磷、微生物生物量碳、微生物生物量氮均显著降低,且灌丛地显著低于草地26.0%~88.5%;除草地边缘土壤水分、有机碳空斑略高于植丛外,其他指标均表现为各样地植丛显著高于空斑3.9%~82.3%。6类土壤胞外酶活性在转变过程中均呈下降趋势,降幅为22.1%~82.4%,其中亮氨酸氨基肽酶和碱性磷酸酶降低最为显著,分别降低82.4%和75.5%;除灌丛地β-1,4-乙酰基氨基葡萄糖苷酶在空斑显著高于植丛外,其他胞外酶活性均表现为各样地植丛高于空斑10.7%~42.7%;转变过程中6类胞外酶活性之间呈显著正相关,且均与土壤特性呈不同程度正相关,其中各类土壤胞外酶活性对土壤微生物生物量碳、氮及全氮响应较为积极。