放牧牲畜粪尿返还对季节性冻融高寒草原N_(2)O排放的影响

放牧牲畜粪尿斑块是草地氧化亚氮(N_(2)O)排放的热点区域,季节性冻融会不同程度改变粪尿养分返还效率和土壤特性,使粪尿作用下的土壤N2O排放特性复杂且作用机理尚不明确。本文采用静态箱-气相色谱法开展为期1年的野外控制试验,探究牦牛和藏绵羊粪尿处理对季节性冻融藏北高寒草原土壤氮动态及N_(2)O排放通量的影响和可能的作用机制。结果表明:尿液施加对土壤N2O排放的短期促进作用明显,且均在处理第1天达到排放通量峰值;牦牛粪尿施加对土壤矿化氮含量的增加更为突出,且牛粪和牛尿处理N_(2)O年累积排放量显著高于羊粪和羊尿处理(P<0.05);冻融期各处理N_(2)O累积排放量占全年的比例为29.3%~42.4%,且消融期对非生长季的贡献最大。研究结论有助于为优化牲畜排泄物管理模式和促进季节性冻融高寒草地温室气体减排等提供理论参考。

藏北高寒草原土壤酶活性对氮添加的响应及其影响因素

为阐明藏北高寒草原土壤酶活性对氮沉降响应规律,本研究于2013年开展模拟氮沉降试验(氮添加水平:0,2,5和10 g·m-2·yr-1),采用样方法对植物取样,双对角线法对土壤取样,分析土壤酶活性在氮添加5年后的变异特征及影响土壤酶活性的主要环境要素。结果表明:蔗糖酶、纤维素酶、多酚氧化酶和过氧化氢酶活性在氮添加后显著降低(P<0.01),而脲酶和中性磷酸酶活性在氮添加后显著增加(P<0.01)。通过相关性分析和冗余分析表明:氮添加未显著影响土壤pH,土壤pH对土壤酶不存在显著影响。氮添加增加土壤活性氮含量,提高凋落物量和地下生物量,降低根系木质素含量;氮添加增加土壤中易分解的碳氮资源,降低碳相关水解酶和氧化酶活性,提高脲酶活性;氮添加提高了植物对磷的需求,增强磷酸酶活性。因此,氮添加引起植物特征的变化是影响土壤酶活性的主要因素。

冻融及牲畜排泄物作用下的高寒草地土壤物理特性和氮磷变化

在青藏高原高寒草地生态系统中,牲畜排泄物自身冻融及其降解过程调控其养分释放及返还效率,影响草地土壤养分平衡和植被生长的养分供应。当前关于季节性冻融区草地土壤理化特性的研究,多通过定点监测和室内冻融模拟等方式分析冻融循环对土壤物理结构、水热变化及碳氮动态等方面的影响,尚缺乏关于草地土壤季节性冻融与牲畜排泄物耦合效应和作用机制方面的研究报道。本文以藏北高原季节性冻土区为例,通过开展室内冻融模拟试验,探究牲畜排泄物添加与土壤冻融作用下的高寒草地土壤物理特性及氮磷养分变化特征。结果表明:(1)冻融模拟试验30 d后显著降低了5~10 cm和10~15 cm土壤含水量(P<0.05),频繁的冻胀融沉导致土壤团聚体破碎增加了深层土壤粉粒含量。(2)冻融作用增强了土壤氮矿化与硝化作用,牲畜粪尿添加使得表土铵态氮和硝态氮含量最大值分别达到212 mg·kg^(-1)和48.8 mg·kg^(-1)。(3)牲畜排泄物磷的释放和冻融作用下土壤磷的深层渗透是导致不同土层有效磷含量差异的主要因素。本研究有助于认识牲畜排泄物返还与草地土壤季节性冻融的耦合效应和作用机制,并为优化牲畜排泄物管理模式、促进草地生态系统可持续发展提供理论指导。

冻融作用下藏北高原牦牛和藏绵羊粪便降解及养分变化特征

冻融是影响高寒草地土壤理化和生物学特性的重要因素,冻融期放牧牲畜粪便沉积及其降解特性也可能受到冻融作用复杂且不容忽视的重要影响,而目前关于冻融对高寒草地牲畜粪便降解及养分变化的影响效应和作用机制尚不清楚。选取季节性冻融藏北高原牦牛和藏绵羊粪便开展30 d室内冻融模拟试验,分别在冻融0、5、15和30 d后采集两种粪便样品进行理化和养分指标测定,探究不同冻融时间对牛羊粪便降解及其主要养分变化的影响。结果表明,(1)冻融试验期内牛粪含水量与干物质量在前15 d冻融循环中均显著降低(P<0.05),羊粪含水量在前5 d冻融中下降了82.6%;反复冻融易破坏粪便降解初期的物理结构,加速粪便含水量及牛粪干物质量的损耗。(2)牛粪铵态氮(NH4+-N)含量在冻融后第5 d达到最大值(415 mg·kg^(−1)),且牛羊粪硝态氮(NO_(3)−-N)含量在0-15 d冻融过程中显著降低(P<0.05),冻融初期有机氮矿化增加和反硝化速率增强可能是导致NH4+-N含量短暂增加和NO_(3)−-N含量持续下降的主要原因。(3)牛粪有效磷(AP)含量在15-30 d冻融中显著降低21.2%(P<0.05),而羊粪AP在整个试验期呈现反复增加-降低的波动变化特性,表明斑块状牛粪AP受后期冻融的影响较大,而颗粒状羊粪AP受冻融作用的影响更为复杂多变。综上,反复冻融通过不同程度改变牛羊粪便斑块结构、理化和微生物特性,使得氮磷迁移转化及活性氮磷养分含量呈现较大的差异性变化特征。研究结论可为优化季节性冻融期草地牲畜粪便管理模式和促进草地生态系统健康发展等提供理论参考。

高寒草原优势种紫花针茅叶片解剖结构对青藏高原高寒干旱环境适应性分析

随着气候变暖,高寒草原分布面积逐步增加,高寒草原植物如何适应高寒干旱环境的研究还比较缺乏。该研究通过分析高寒草原优势种紫花针茅(Stipa purpurea)不同地理种群叶片解剖结构特征差异及其与气候因子的相关性,阐明紫花针茅叶片适应高寒环境的策略,为理解高寒植物对高寒干旱胁迫环境的适应机制提供科学依据。在青藏高原不同地理位置选择8个紫花针茅种群,选择成熟健康叶片用卡诺氏固定液固定,将固定好的叶片带回实验室进行石蜡切片和染色,用显微镜观察叶片结构,并用数码相机拍摄,然后用软件Image-proplus6对叶片结构进行测量。结果显示:紫花针茅叶片普遍具有较厚的角质层,可减少水分散失和抵御较强的辐射;不同地理种群紫花针茅叶片解剖结构在厚壁细胞厚度、叶片厚度、导管直径、主脉导管腔面积/主脉维管束面积和维管束面积/叶横切面积等特征上存在较大差异,以适应不同区域的生境。Pearson相关性和聚类分析结果表明紫花针茅叶片解剖结构与气候因子密切相关;主成分和冗余分析结果表明在干旱区域紫花针茅叶片解剖结构主要受到蒸发量的影响,而在相对湿润区域紫花针茅叶片解剖结构主要受生长季降水量、湿润系数和年降水量/年蒸发量影响。综上所述,紫花针茅通过增加厚壁细胞减少水分散失,同时增加导管直径、主脉导管面积/主脉维管束面积和维管束面积/叶横切面积等输水组织面积适应高寒干旱气候。