青藏高原多稳态高寒草甸生态系统蒸散特征对比研究

在青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站,以禾草-矮嵩草群落、矮嵩草群落、小嵩草群落、杂类草-黑土滩次生裸地4种演替稳态高寒草甸为研究对象,利用小型蒸渗仪法和烘干法等,研究多稳态高寒草甸的蒸散量、土壤含水率、贮水量变化特征。结果表明:随放牧强度增加,生长季盛期,4种演替稳态高寒草甸生态系统每日平均蒸散量出现下降趋势;4种稳态高寒草甸总蒸散量分别是禾本-矮嵩草群落235.2 mm,矮嵩草群落209.1 mm,小嵩草群落203.1 mm,杂类草-黑土滩次生裸地150.3 mm,均低于同期降水量。多稳态高寒草甸表层0~10 cm土壤含水率呈逐渐减小的趋势,且8月含水率降低速度较快,9月含水率下降不明显。禾本-矮嵩草群落10~20 cm土壤含水率变化不明显,其余3种草甸10~20 cm土层含水率均呈减小的趋势,但变化幅度低于表层土壤;高寒草甸0~10、10~20 cm土层贮水量均呈先降低后增加的趋势,生长季4种演替稳态高寒草甸生态系统各土层贮水量均逐渐减小。

青藏高原高寒草地退化对土壤微生物影响研究进展

土壤微生物在生态系统中发挥着极为重要的作用,对土壤的形成发育、物质循环和肥力演变等均有重大影响。近年来,在全球气候变化与人为干扰等因素的影响下,青藏高原高寒草地退化呈加剧趋势。高寒草地退化引起的植被多样性下降,土壤结构改变等对土壤微生物产生了很大影响。本文在综述青藏高原高寒草地退化的现状,高寒草地退化对土壤理化性质影响的相关研究进展的基础上,针对高寒草地退化对土壤微生物群落多样性、土壤微生物量及土壤酶的影响进行了进一步的分析评述。得出:高寒草地的退化通过改变地上植被与地下生境对土壤微生物产生影响。一方面改变了土壤微生物在地下的丰富度以及分布格局,另一方面改变了土壤微生物过程。指出高寒草地土壤微生物研究中还应考虑气候变化的影响和对于土壤微生物微观层面的研究。以期为不同退化程度的高寒草地土壤微生物特性的研究提供参考,同时为退化草地的微生物功能修复提供理论依据。

青藏高原放牧高寒草甸主要温室气体通量及其主控因素研究

在青藏高原高寒草地不同放牧强度区设4个试验样地,分别为原生草甸(NM)、轻度退化草甸(LM)、中度退化草甸(MM)和重度退化草甸(HM),监测草地温室气体通量。结果表明:不同放牧强度对草地温室气体通量影响显著,放牧活动对高寒草甸的影响首先表现在植被上,而土壤环境的变化比较迟滞。通过逐步回归分析和因子拆分得知,草甸甲烷通量影响较大的环境因素为土壤紧实度和有机质,分别能解释44.6%和28.4%的总变异,CO2通量影响较大的环境因素为紧实度和生物量,分别能解释36.1%和32.8%的总变异,氧化亚氮通量影响较大的环境要素为紧实度和有机质,分别能解释50.1%和22.9%的总变异,家畜的践踏作用使退化草地紧实度增加,进而引起温室气体通量的改变,高寒草甸退化演替发展到重度退化阶段时释放大量温室气体。

高寒湿地和草甸退化及恢复对土壤微生物碳代谢功能多样性的影响

为研究高寒湿地、草甸的退化及恢复与土壤微生物碳代谢功能多样性的关系,以及影响土壤微生物碳代谢功能多样性的关键因素,利用BIOLOG Eco微平板法,分析了甘肃玛曲地区5类(湿地、沼泽化草甸、高寒草甸、退化草甸、人工恢复草甸) 14个退化与恢复样地的土壤微生物对单一碳源的利用情况。结果表明,从湿地到沙化草地的逐渐退化过程中,草甸的土壤微生物群落代谢活性差异显著;主要是由于在湿地干化过程中,微生物活性逐渐升高,沼泽草甸土壤微生物活性最高;随着草甸不断退化,微生物活性逐渐降低,沙化草地最低;而人工补播恢复使土壤微生物活性有所增加,表明退化对微生物碳代谢功能多样性造成显著影响,人工恢复措施在一定程度上提高了土壤微生物活性。聚合物类(吐温40、吐温80、环状糊精、肝糖)、氨基酸类及碳水化合物类是土壤微生物主要利用的碳源。冗余分析结果显示,土壤的碳氮比、含水量、有机碳、全氮、容重、氮磷比、p H及植被覆盖度是影响土壤微生物碳代谢功能多样性的关键因子。因此,可用土壤碳代谢功能多样性变化评价高寒湿地及草甸的退化和恢复及其变化程度。

不同返青休牧期土壤微生物碳代谢特征及其影响因素研究

返青期休牧可以有效保护草地生态环境,研究不同休牧期可对休牧措施进行可行性分析,尤其是在三江源区高寒草甸生态系统。土壤微生物碳代谢功能对不同返青休牧期的响应及其与土壤和微生物的作用机制研究,可为评估休牧措施及草地土壤环境提供科学依据。在返青期设置了放牧(CK)和4个休牧期(20、30、40、50 d)共5个试验处理,采用Biolog-Eco微平板的方法分析了不同返青休牧期下土壤碳代谢的变化,同时测定了土壤性质和土壤微生物生物量碳氮等指标。结果表明:不同返青期休牧下土壤微生物利用碳源能力有CK>30 d>40 d>50 d>20 d的趋势,但差异不显著。对不同种类碳源的利用能力依次为羧酸类>氨基酸类>糖类>酯类>醇类>胺类,且不同返青期休牧处理下微生物对醇类的代谢差异显著(P=0.028),休牧20 d显著高于40 d和50 d。培养第1天在休牧20 d处理下Simpson(D)、Shannon(H)、McIntosh指数(U)都较其他处理高。培养第11天CK处理下,碳代谢功能多样性较高。土壤理化性质及微生物生物量碳氮解释了微生物群落碳代谢的91.1%的变异,其中土壤有机碳解释了8%的变异,且显著影响微生物群落碳代谢(P=0.038)。在试验初期,不同休牧期土壤碳代谢特征差异不显著,且放牧措施有提高碳源利用活性,仅醇类代谢差异显著。土壤有机碳是显著影响微生物群落碳代谢的因素。

青藏高原柴达木盆地高寒荒漠土壤有机碳空间特征

采用克里格插值方法,对柴达木盆地高寒荒漠中11种典型物种分布区的235个样点土壤有机碳含量进行分析,明确该地区土壤有机碳的空间分布特征。结果表明:高寒荒漠生态系统0~100cm土壤各层次有机碳含量变化范围为0.50~40.20g/kg。在0~100cm土壤剖面内,11种优势植物群落的有机碳含量存在较大差异,可划分为3个等级,其中芨芨草群落有机碳平均含量最高(38.99±7.95g/kg),梭梭群落有机碳平均含量最低(4.01±0.42g/kg)。在0~100cm土层深度,土壤有机碳含量与土壤黏粒和粉粒含量呈极显著正相关关系(P<0.001),与土壤砂粒含量呈极显著负相关关系(P<0.001)。0~100cm土层深度的土壤有机碳含量呈现出,东西两侧较高、中部地区偏低的空间分异特征,低值区域主要分布于都兰县、乌兰县、德令哈市与大柴旦行政区。综上所述,明确土壤有机碳空间分布特征,对准确估算青藏高原土壤碳库储量和积极应对全球气候变化均具有重要意义。

不同退化程度下的高寒草甸主要温室气体通量

青藏高原高寒草甸对于气候变化和人类活动敏感而脆弱,以高寒草甸4个退化阶段:原生草甸(NM)、轻度退化草甸(LM)、中度退化草甸(MM)和重度退化草甸(HM)为研究对象,利用静态箱法研究了草甸退化对于草地主要温室气体通量的影响。结果表明:不同放牧强度对于草地温室气体通量影响显著,重度退化草甸相比原生草甸CH4吸收显著增加(p<0.05),CO2排放能力逐渐降低,N2O排放能力显著增强(p<0.05),放牧活动对于高寒草甸的影响首先表现在植被上,而土壤环境的变化相比植被更加迟滞,因此退化年限对于草地温室气体通量至关重要。通过逐步回归分析得知,草甸甲烷通量主要影响因子为土壤紧实度、有机质、植被盖度;二氧化碳通量主要影响因子为全磷、植被盖度、全氮;氧化亚氮通量主要影响因子为有机质、紧实度、死根,高寒草甸退化演替发展到重度退化阶段时释放大量温室气体。

生长季封育和氮添加对退化高寒沼泽湿地土壤水分状况的影响

为探讨封育和氮添加对退化高寒湿地恢复的影响,本研究在青藏高原东部轻中度退化高寒湿地设置生长季禁牧和氮添加处理试验,并测定了群落结构和生产力、物种丰富度、土壤水分和氮、磷元素含量等指标。结果表明生长季禁牧能够显著提高退化湿地土壤水分含量、土壤速效氮含量和群落净初级生产力,提高禾草类物种在群落中的占比,而降低杂类草物种的占比;氮添加及二者的交互作用对退化湿地植物群落上述指标的影响不显著,但是氮添加处理有增加地上生物量和提高土壤含水量的趋势。本研究还提出了一个围栏封育和氮添加对退化高寒湿地恢复(以土壤水分含量为指标)影响的概念模型。生长季禁牧和氮添加有助于高寒退化湿地的恢复,因此在未来高寒湿地的保护和修复中应该考虑适度禁牧和养分添加。