植被退化对高寒土壤水文特征的影响

在黄河源冻土严重退化地区,采用选择典型区域和样地进行实验和模型模拟的方法,对不同植被退化特征条件下高寒土壤的水分特征曲线、土壤饱和导水率、土壤入渗及土壤水分进行研究.结果表明:Gradner和Visser提出的经验方程θ=AS-B对该地区土壤水分特征曲线有良好的模拟性;不同植被盖度条件下土壤的饱和导水率和土壤入渗有明显的区别,表层0～10cm范围内,黑土滩的饱和导水率和入渗强度最强,30cm以下土层中土壤饱和导水率、入渗强度以及土壤含水量几乎不受植被的影响.随植被退化表层土壤含水量出现明显降低,退化越严重,水分流失越多,最多时能达到38.6%,植被根系最发达的10～20cm范围的土壤含水量流失对高寒草甸土壤环境影响最大,水分流失导致退化草甸恢复难度较大.通过比较研究,在黄河源地区考斯加科夫(Kostiakov)入渗公式f(t)=at-b更适用于该研究区域高寒草甸土壤水分入渗过程的研究.

冻融交替对高寒土壤轻组分有机质矿化影响的试验研究

为研究冻融交替对轻组分有机质(LFOM)动态的影响,设置不冻处理T(4℃恒温培养),长冻处理F(-10℃持续冻结)和冻融交替FT(-10℃和4℃各12h交替)3个模式,对轻组分有机质(LFOM)进行为期147d的试验培养,定期采样分析LFOM中物质累积释放总量、C、N、P、K、Ca、Mg元素的动态情况。结果表明:(1)与处理F和T相比,处理FT显著提高了LFOM中物质累积释放总量和C、N、P、Ca、Mg的累积矿化,处理FT和处理F的K累积矿化相近且高于处理T。(2)处理F与处理T比较,OM、P、Ca、Mg矿化量相近,但总量及N矿化量处理F高于处理T。(3)利用单室模型对不同处理分解动态的回归进行分析,表明不同处理分解动态间均达到显著水平,证实了有机质进行密度分组的合理性及LFOM内不同组分的共性,冻融交替下LFOM中C、N和P的平均存留时间(MRT)分别为700,875,133d,冻融交替次数减少(长冻、不冻)均延长了这些元素的MRT。因此,在全球变暖背景下,只有在高寒土壤冻融交替次数增加的情形下才加剧土壤LFOM中有机碳、氮和磷的矿化,如果仅是引起土壤解冻时间延长,并不会增加亚高山森林季节性冻土中LFOM的矿化。

川西高寒土壤酶的动力学及热力学特征研究

土壤酶动力学与热力学特征对于揭示土壤生物化学过程及其对环境变化的响应具有重要意义。本文采用微孔板荧光法,分析了川西高寒森林土壤中磷酸单酯酶(PME)、β-葡萄糖苷酶(BG)、β-N-乙酰氨基葡萄糖酶(NAG)、纤维二糖水解酶(CBH)的动力学及热力学特征。结果表明,在酶动力学方面,这4种酶活性均随底物浓度(0~0.28 mmol/L)的增加而升高,当底物浓度为0.28 mmol/L时,PME、BG、CBH和NAG活性分别达到109.01、52.53、6.51和6.63μmol/(g·h);土壤酶热力学方面,这4种土壤酶活性随着温度升高呈现出两种变化趋势,即持续增长型(NAG)和先升高后稳定型(PME、BG、CBH);4种酶的温度敏感性(Q10值)随着温度升高而降低,在10~20℃时Q10最高,PME、BG、CBH、NAG的最大Q10值分别为3.25、3.80、10.22和6.31。高寒土壤这4种酶在低温区间(0~20℃)具有较高的温度敏感性,土壤升温将导致酶活性显著升高,因此全球变暖导致的高寒土壤升温,将对这些酶参与的相关土壤生态与生化过程产生重要影响。

川西高寒土壤DOM荧光特征研究

【目的】研究高寒土壤溶解性有机质(DOM)含量和光谱学特征,为川西高原区域水陆碳循环以及高寒土壤资源管理等研究提供科学依据。【方法】研究了川西3种高寒生态系统(亚高山森林、高寒泥炭湿地和高寒草甸)中0~10 cm的表层土壤中的DOM,利用三维荧光分析仪测定了DOM荧光特征,采用平行因子法(EEM-PARAFAC)和荧光区域积分(FRI)等对DOM光谱学特征进行了研究。【结果】亚高山森林土壤中DOC、DON、TOC和TN含量明显高于高寒泥炭土和高寒草甸;亚高山森林土壤DOM芳香性与腐殖化程度最低,DOM稳定性最低,微生物可利用性最高;平行因子分析显示所有土壤DOM呈4个荧光组分,以蛋白类组分载荷最高,富里酸类组分载荷最低;亚高山森林土壤DOM中芳香蛋白类有机质占比最高,高寒泥炭湿地和高寒草甸土壤DOM中则是富里酸类有机质比例最高。【结论】3种高寒土壤的DOM及荧光组分差异显著,亚高山森林土壤DOM不稳定性更高。

东帕米尔高原高寒土壤有机质含量特征及分析

对东帕米尔高原海拔3 000～4 100 m范围内的高寒土壤的有机质含量进行分析,揭示其随海拔高度变化的分布规律,并与土壤p H值及可溶盐含量进行相关性分析,探讨造成该区土壤有机质分布的原因.研究表明,该区土壤有机质含量丰富,平均值为20.943 g/kg,但不同采样点土壤有机质含量悬殊,标准差为8.370.随着海拔高度增加,有机质含量先增加后减小,在海拔3 600 m左右出现极小值.土壤有机质和可溶盐含量、土壤p H值均呈明显负相关关系,表明土壤含盐量和p H值对有机质积累有重要影响.

东祁连山高寒草地土壤产漆酶真菌的筛选、鉴定及产酶条件的初步研究

以高寒草地土壤分离出的５６个真菌菌株为研究对象，经愈创木酚-ＰＤＡ培养基和α- 萘酚-ＰＤＡ 选择性培养基初步筛选，再根据菌株在愈创木酚、邻苯二酚、邻苯甲苯胺为底物的选择性培养基上菌体生长及菌落大小、漆酶催化氧化还原反应产生的变色圈直径大小及其变色圈颜色深浅程度，以及测定油菜秸秆诱导的液体发酵产漆酶活力，筛选出１株产漆酶酶活真菌菌株（编号为３１０ｂ）。经ｒＤＮＡ-ＩＴＳ基因序列分析，初步鉴定为Marasmius tricolor 。对菌株３１０ｂ产漆酶的条件进行了初步研究，结果表明，菌株３１０ｂ在２５℃ 培养条件下产漆酶活力最大，初始ｐＨ 值为４．０时，漆酶活力最大，蔗糖、蛋白胨分别为诱导菌株产漆酶活力最高的碳、氮源。几种非营养有机物对菌株产漆酶活力大小不同，α- 萘酚和吐温-８０对菌株产漆酶没有明显影响，愈创木酚、单宁酸、吲哚乙酸抑制菌株产漆酶，其中吲哚乙酸抑制作用最强烈（P＜０．０１）。在Ｃｕ２＋ 浓度为０．００１～０．０２５ｇ／Ｌ 范围内，随Ｃｕ２＋ 增加，产漆酶活力增加，０．０２５ｇ／Ｌ 时产酶活力最大。随着接种量的增加，诱导漆酶活力增加。在６０～１８０ｒ／ｍｉｎ的转速范围内，随着转速的增加，漆酶活力增加。油菜秸秆粉的量在０～１ｇ范围内，随着秸秆添加量的增加，漆酶活力增加；１～２ｇ范围内，随着秸秆添加量的增加，漆酶活力减小。

退化高寒草甸土壤有机碳分布特征及与土壤理化性质的关系

本研究对西藏当雄不同退化程度高寒草甸土壤有机碳分布特征及其与土壤理化性质演变进行分析，结果表明，土壤有机碳及有机碳密度均为正常草甸土壤〉轻度退化草甸土壤〉严重退化草甸土壤，且0～10cm土层中有机碳含量及其密度均高于10～20cm土层土壤。回归分析表明，土壤有机碳与土壤活性有机碳、土壤碱解氮、速效磷、速效钾及土壤含水量之间存在显著或极显著的正相关关系，其决定系数R。分别为0．9139、0．977l、0．9314、0．6653和0．7156，直线回归方程分别为y=0．0743x-0．0261，y=2．6768x＋14．4250，Y=0．2459x＋3．3479，Y=4．2965x＋71．6670，Y一0．7908x＋5．4245；而与土壤容重呈显著负相关关系（Y=-0．0167z＋1．5531）。土壤有机碳的损失，造成土壤养分和水分减少，土壤容重增大。通径分析表明，土壤有机碳的变化对碱解氮的影响最显著。

高寒草地土壤5株真菌合成不同功能酶系间互作效应的研究

为研究筛选自高寒草地5株真菌合成不同功能酶系间的互作效应,采用单个菌株发酵粗酶液直接混合和菌株组合发酵的2种方式,分别测定了反应体系中不同功能酶活力的变化情况。结果表明:菌株310b与4个菌株23a,26B,24d及H发酵粗酶液直接混合的情况下,反应体系中漆酶、羧甲基纤维素酶、木聚糖酶的酶活力下降,且差异显著(P<0.05);而菌株310b与4个菌株组合发酵的情况下,反应体系中漆酶的酶活力下降,且差异显著(P<0.05),在与菌株23a和H的组合中,反应体系羧甲基纤维素酶和木聚糖酶的酶活力下降,且差异显著(P<0.05),与菌株26B和24d的组合中,反应体系中羧甲基纤维素酶和木聚糖酶的酶活力没有变化。

东祁连山高寒草地土壤3种高山被孢霉生物学特性的测定

通过对东祁连山高寒草地土壤3种高山被孢霉(Mortierella alpina)生物学特性测定,结果表明:不同处理下3种高山被孢霉的生物学特性具有显著差异,3种高山被孢霉在pH 4～9范围内均能生长,最适宜pH为7;M.ap 27和M.ap 60的最佳光照强度为600lx,而M.ap 9的最佳光强为400lx;3种高山被孢霉的最适湿度为75%;M.ap 27的最适碳源为淀粉,M.ap 60的最适碳源为蔗糖,M.ap 9的最适碳源为葡萄糖;M.ap 27,M.ap 60和M.ap 9的最适氮源均为蛋白胨。

海拔梯度上川西高山土壤溶解性有机质(DOM)光谱特征

采用三维激发发射矩阵荧光光谱、平行因子分析(EEM-PARAFAC)和荧光区域积分方法(FRI),研究川西高原3200~4000m高寒土壤DOM特征及其在海拔梯度上变化规律.结果表明,高寒土壤DOC含量为0.47~0.81g/kg,随着海拔梯度的升高而呈增加趋势,表层土中含量多高于亚表层土;土壤中DOM组分均呈5个组分,即芳香蛋白类物质I(酪氨酸类,Peak I)、芳香蛋白类物质II(BOD5,Peak II)、富里酸类(Peak III)、微生物代谢产物(色氨酸类,Peak IV)和腐殖酸类(大分子腐殖酸,Peak V);高山土壤DOM中以富里酸类有机质和腐殖酸类有机质组分为主,FRI值均随着海拔的升高而降低..川西高山土壤DOM荧光特征参数(荧光指数FI、自生源指数BIX、腐殖化指数HIX、新鲜度指数β:α)表明,土壤DOM的稳定性随着海拔升高而降低,生物有效性随着海拔升高而升高.因此,气候变暖可能将导致高海拔土壤DOM分解加剧而含量降低,但稳定性升高.

西南亚高山-高山海拔梯度上森林土壤水溶性有机碳时间动态

利用均质化土壤重装的土柱,在川西亚高山-高山同一坡面的5个海拔高度（3 250、3 438、3 672、3 852m和4 098m）进行原位培养,定期采样测定土壤0-10cm和10-20cm水溶性有机碳（DOC）含量,揭示高寒土壤水溶性有机碳时间动态及受海拔高度的影响规律。结果表明,川西亚高山-高山森林土壤DOC主要在每年11月至次年5月的低温期间积累,在低温末期（5月）含量达到最高,土壤DOC含量在5月以后的温暖季节因消耗而逐步降低;在同一采样时间土壤DOC含量均随着海拔升高而增加。因此,因全球变暖而引起的高寒土壤低温期间缩短,将减少土壤DOC累积的时间,而可能使土壤中DOC含量降低;同时低温期缩短将可能使高寒土壤DOC消耗期延长,从而使高寒土壤碳成为一个潜在的碳源。

海拔梯度上西南亚高山-高山土壤微生物生物量碳季节动态

【目的】分析在高海拔地带海拔因素对土壤微生物生物量季节动态的影响规律。【方法】以亚高山-高山3250～4098m不同海拔生境下原位培养的均质化重装土柱为研究对象，测定0～10cm和10～20cm的土壤微生物生物量碳（microbial biomass carbon，MBC）含量、微生物生物量氮（microbia lbiomass nitrogen，MBN）及碳氮比的季节变化。【结果】低温季节（11月-3月）亚高山一高山土壤表层与表下层MBC仍处于较高水平（均高于l_3g／kg），且MBC沿海拔升高而降低，而5月～9月高海拔的MBC高于低海拔土壤；对于不同深度的土壤MBC季节差异，低温季节所有海拔均是下层（10～20cm）MBC高于表层（0～10cm），7月所有海拔土壤MBC均是表层高于下层，季节转换的5月和9月，海拔3250m和3438m均是表层低于下层，而高海拔处则是表层高于下层；沿海拔梯度土壤微生物生物量碳氮比变化明显，9月、11月和3月各海拔O～10cm和10~20cm土壤微生物生物量碳氮比多低于4；在5月和7月，仅低海拔（3250m和3438m）土壤微生物生物量碳氮比仍低于4。[结论]川西亚高山-高山土壤MBC季节动态，在海拔梯度上、土壤深度（O～10cm和10～20cm）上差异显著，而且微生物生物量碳氮比的变化规律也明显不同。

海拔梯度上川西高山土壤有机碳稳定性研究

为研究土壤有机碳库极其稳定性对高寒生态系统碳的源汇效应,通过物理—化学方法对不同海拔高度(3400~4100 m)高寒土壤不同活性有机碳进行连续分级分离,研究了土壤有机碳不同组分在海拔环境梯度下分布特征及稳定性。结果表明:(1)海拔梯度上高山土壤主要以粗颗粒为主(0.25~2 mm);在>0.02 mm的物理分级中,土壤有机碳含量随海拔的增加先增加后减小;在<0.02 mm土壤化学分级的有机—无机复合体中,土壤有机碳占总有机碳比例为2%左右,低于一般低海拔土壤,且随海拔升高有增加的趋势,但在4100 m海拔处显著降低。(2)有机—无机复合体中的有机碳主要以腐殖质形式存在,随海拔增高有增加的趋势。因此,川西高山海拔梯度上土壤有机碳库以不稳定的颗粒态有机碳(POC)形式存在,在全球气候变化进程中随着温度升高,土壤有机碳矿化速率将加快。

雅鲁藏布江中游河岸交错带沙地土壤水分的空间异质性

土壤水分是制约西藏高寒河谷风沙化土地植物群落自然演替和人工促进植被恢复的重要因子之一,准确把握沙地土壤水分的分布状况,对指导正在进行的沙地植被恢复与重建具有重要实践意义。该文采用地统计学与GIS相结合的方法,以雅鲁藏布江中游河谷风沙化土地为对象,研究了河岸交错带沙地土壤水分的空间分布及不同类型沙地和沙丘部位的差异性。结果表明:1)试验地不同深度土壤含水率平均值为6.14%～14.20%,随着湿沙层深度的增加,土壤含水率平均值随之增大。各层土壤含水率均表现为强变异性。2)除0～20cm土壤含水率具有强烈的空间相关性外,其它各层土壤含水率具有中等的空间相关性。随着土层深度的增加,空间相关性减弱。不同深度土壤含水率的空间分布格局存在着较强的相关性,以20～40cm和40～60cm相关性最高。3)流动沙丘迎风坡和河滩地土壤含水率明显高于背风坡、沙砾地、沙丘顶。雅鲁藏布江河水丰枯变化、微地形和风沙运动则是造成不同类型沙地、沙丘部位土壤含水率差异的主要原因。

一株纤维素分解菌的鉴定及对两种草坪草凋落物分解活性的研究

对1株分离筛选自东祁连山高寒草地土壤真菌菌株F1的分类学地位及对多年生黑麦草和白三叶凋落物的分解活性进行了研究。采用形态学和rDNA-ITS分子生物学相结合的方法,对菌株F1的分类学地位进行了确定,初步鉴定为Microdochium bolleyi;应用摇瓶液体发酵法,通过接种和不接种处理,分别以2种草坪草凋落物为底物,于25℃,150r/min震荡培养42d,测定了2种草坪草凋落物诱导真菌分泌木质纤维素酶活力动态变化和草坪草凋落物细胞壁物质(CWM)的降解率。结果表明,1)接种处理后,2种草坪草细胞壁非水溶性物质(ICWM)的量显著减少(P<0.05);2)漆酶出现最早,其次是纤维素酶和木聚糖酶,邻苯二酚氧化酶和愈创木酚氧化酶出现最晚;3)与白三叶凋落物为底物的发酵体系相比,黑麦草凋落物ICWM和CWM降解率高,且差异显著(P<0.05);4)除漆酶之外,以黑麦草凋落物诱导菌株F1分泌的滤纸酶、羧甲基纤维素酶、木聚糖酶、邻苯二酚氧化酶和愈创木酚氧化酶活力比白三叶诱导相应的酶活力高(P<0.05)。

冻融交替对高寒草甸土壤微生物量氮和有机氮组分的影响

采用Bremner氮素分级方法,研究冻融交替对高寒草甸土壤微生物量氮和有机氮组分的影响.结果表明:随着冻融时间的变化,微生物量氮含量先减少后增加,在冻融1 d后达到最小值,4℃、-4℃、-4～4℃和-20～4℃处理下分别下降了50.37%、57.47%、37.79%和37.51%;氨基酸氮和氨基糖氮变化趋势相同,先增加后减少,均在冻融1 d后达到最大值,各处理氨基酸氮含量分别为处理前的1.6倍、1.47倍、1.44倍和1.5倍,氨基糖分别为处理前的1.66倍、1.58倍、1.65倍和1.91倍;氨态氮含量先增加后减少,-20～4℃处理在冻融1 d后为处理前的1.25倍,其余3个处理在冻融3 d后达到最大值;各处理酸解未知氮的变化趋势大体相同,在冻融25 d后达到最小值.研究表明冻融时间对微生物量氮和有机氮组分影响显著,微生物量氮含量是有机氮组分变化的主要原因.

产低温纤维素酶和木聚糖酶真菌的筛选鉴定及酶学性质

试验从青藏高原高寒草甸土壤中筛选低温降解纤维素的菌株,探究酶学性质。采用刚果红染色法(水解圈法)和3,5-二硝基水杨酸(DNS)法对菌株所产纤维素酶和木聚糖酶进行酶学性质分析,采用形态学和分子生物学进行菌种鉴定。结果显示,从高寒草甸土壤样品中筛选出一株能同步产生低温纤维素酶和低温木聚糖酶的菌株FY8,经鉴定该菌株为枝孢霉菌(Cladosporium sp.)。该菌所产纤维素酶最适反应温度40℃,最适pH值7.0;在反应温度20~60℃、pH值4.0~9.0条件下,相对酶活力保持在75%以上;金属离子Mn^(2+)对纤维素酶活力具有明显激活作用。该菌所产木聚糖酶最适反应温度40℃,最适pH值5.0;在反应温度20~50℃、pH值4.0~7.0条件下,相对酶活力保持在75%以上;金属离子Fe^(2+)对木聚糖酶活力具有明显激活作用。该菌株在培养78 h后木聚糖酶活力达到最高值,培养84 h后纤维素酶活力达到最高值。研究表明,枝孢霉菌FY8能够产低温纤维素酶和低温木聚糖酶,且两种酶均有良好的温度稳定性和pH值稳定性,具有进一步开发利用的价值。