10年禁牧未改变藏西北高寒荒漠植物水氮利用效率

在气候变化和过度放牧影响下,高寒草地退化日趋严重。当前,围栏封育作为退化草地生态恢复的主要措施之一,其对植物功能性状和生理过程影响的研究相对较少。以藏西北荒漠草原植物为对象,选取植物叶片碳(LCC)和氮含量(LNC)及稳定同位素组成(δ¹³C和δ¹⁵N)来表征植物水分利用效率(WUE)和氮素利用效率(NUE),以期探明围栏封育对高寒荒漠草原植物WUE和NUE的相对影响。结果表明:1)高寒荒漠草原不同功能群植物间LCC、LNC、δ¹³C和δ¹⁵N存在差异;2)在植物群落和功能群水平上,围栏封育对LCC、LNC、δ¹³C和δ¹⁵N均无显著影响;3)土壤含水量和pH值是影响荒漠植物叶片δ¹³C的主要因子,表明植物内在WUE主要受土壤因素的调控。生长季气温是影响叶片δ¹⁵N的主导因子,表明气候条件是影响藏西北荒漠草原生态系统氮循环的主导因素;4)荒漠草原植物WUE和NUE之间无明显权衡关系。综上所述,短期围栏封育并不会显...     

青海省不同高寒草地土壤主要养分及可溶性有机碳特性研究

为探索不同高寒草地类型中土壤有机碳、养分和可溶性有机碳的含量差异以及可溶性有机碳分布特征,以青海省4个高寒草地类型土壤0~10 cm和10~20 cm土层为研究对象,分析了土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、可溶性有机碳含量,以及可溶性有机碳芳香性指数和腐殖化指数,并进一步探讨了可溶性有机碳含量与土壤有机碳、各养分含量之间的相关性。结果表明,不同高寒草地类型各土层土壤中全氮、有机碳、可溶性有机碳含量由高到低的顺序依次为:高寒草甸类>高寒草甸草原类>高寒草原类>高寒荒漠类,且不同类型之间差异显著(P<0.05)。随着土层的加深,土壤全氮、有机碳含量有降低趋势。不同类型高寒草地各土层土壤中可溶性有机碳的芳香性指数和腐殖化指数表现出与此相同的变化趋势。不同高寒草地各土层中可溶性有机碳与土壤全氮、有机碳含量之间均呈现出显著正相关关系(P<0.05)。综上所述,高寒草甸和高寒草甸草原土壤有机碳、全氮、可溶性有机碳含量较高,结构复杂。可溶性有机碳的芳香性指数和腐殖化指数在一定程度上能够反映土壤养分状况。     

荒漠植物白刺新固定碳在植物-土壤系统中的分配

定量生长季内荒漠植物新固定碳在植物-土壤的分配规律,对理解全球碳循环有着重要意义。采用野外原位¹³C-CO₂脉冲标记法,测定植物各器官及土壤¹³C丰度值,比较不同标记时间段白刺新固定碳分配在不同器官、土壤和呼吸损失中的分配规律,并量化了白刺光合碳向地上、地下碳库的转移。结果表明:不同标记时间段内¹³C-新固定碳在白刺叶、茎、根、土壤中的分配差异明显。在标记后1 h内,叶片和茎中¹³C丰度值迅速上升到最高值,¹³C丰度值分别达到520.1‰和592.5‰,比对照分别增加14和20倍,此后¹³C丰度值随时间推移逐渐下降,直至趋于稳定;而标记后18 h在根系和土壤中发现被标记的¹³C,¹³C丰度值分别达到9.5‰和-23.8‰,白刺新固定碳经地上部呼吸和土壤呼吸损失量分别在标记1和18 h后达到最大。标记32 d后,白刺新固定碳在地上部和地下部¹³C分配比例分别占35.59%和32.49%,呼吸损失(地上呼吸+土壤呼吸)占31.92%。荒漠植物白刺生长季年固碳量为2895.6 kg C·hm^-2·yr^-1,表明白刺在荒漠生态系统碳循环中起着重要的碳汇作用。     

应用13C同位素标记法区分羊草草原生态系统呼吸

草原生态系统呼吸在碳循环和气候变化过程中发挥重要作用,它包括土壤呼吸和地上部植物体呼吸,且不同的生态系统呼吸组分对于环境变化有不同的响应机制。为区分生态系统呼吸,探讨草原呼吸对温室气体排放的贡献,研究利用稳定同位素¹³C自然标记法和¹³C脉冲标记法,并结合静态箱-Keeling plot方法对内蒙古锡林河流域羊草草原生态系统呼吸进行了区分, 并分析比较 2 种方法的区分结果。结果表明:1)实验中¹³C自然标记样方和¹³C脉冲标记样方生境一致,两者土壤温度和土壤含水量无显著差异,¹³C自然标记法和¹³C脉冲标记法的区分结果具有可比性。2)对比自然标记法,脉冲标记法显著提高了生态系统呼吸、土壤呼吸和地上部植物呼吸的δ¹³C值(P<0.05)。3)¹³C自然标记法和¹³C脉冲标记法区分结果F_s/F_eco(土壤呼吸通量/生态系统呼吸通量)在2011年分别是(75.2±4.3)%和(73.8±2.9)%,在2012年分别是(89.2±2.0)%和(89.1±1.4%)。统计分析结果表明,2种方法获得的区分结果无显著差异(2011: P=0.567; 2012: P=0.674),表明自然状态下,羊草草原生态系统呼吸、地上部植物体呼吸和土壤呼吸之间的δ¹³C值差异足够用来区分生态系统呼吸,这一发现能够提高同位素标记法区分生态系统呼吸的效率,进而为生态系统碳循环过程的精细研究提供参考。     

东祁连山灌-草群落交错带土壤呼吸动态及影响因子分析

为探究高寒灌-草交错带土壤呼吸动态及影响因素,应用LI-8100A土壤呼吸自动测定系统,对东祁连山典型灌丛-草地交错带土壤呼吸动态及土壤因子进行测定,分析呼吸速率与土壤因子的相互关系。结果表明,整个交错带内土壤呼吸速率的均值介于2.3~7.2 μmol/(m²·s),各样地间土壤呼吸速率大小顺序为珠芽蓼草甸中心(S₁)>草甸-金露梅灌丛交错区(MSC₁)>金露梅灌丛中心(S₂)>金露梅-杜鹃灌丛交错区(MSC₂)>杜鹃灌丛中心(S₃),S₁和MSC₁样地的土壤呼吸日变化呈单峰型,峰值出现在14:00,S₂、MSC₂、S₃样地峰型不明显,且日变幅较小,仅为0.3~1.1 μmol/(m²·s);交错带内土壤物理性质和养分储量呈明显的垂直分异规律,土壤呼吸速率与土壤温度、全磷储量呈极显著的正相关(P<0.01),与土壤含水量极显著负相关(P<0.01),与0~20 cm土壤有机碳储量呈显著负相关(P<0.05);拟合分析显示,土壤温度、含水量和全磷储量是土壤呼吸速率的主要限制因子,土壤呼吸与土壤温度拟合系数最高,可解释土壤呼吸空间变异的79.9%。     

三江源区土地利用方式对草地植物生物量及土壤特性的影响

以三江源区高寒草甸草原、退化高寒草甸草原、退化高寒草原和人工草地4种土地利用方式为研究对象,研究了不同土地利用方式的地上、地下生物量,土壤容重和土壤主要养分有机碳、全氮、全磷、有效氮和有效磷含量,结果表明总生物量的排序为高寒草甸草原 >退化高寒草原 >退化高寒草甸草原 >人工草地,退化草地和人工草地的生物量明显降低,尤其是地下生物量,退化高寒草甸草原、退化高寒草原和人工草地的地下生物量分别为高寒草甸草原的31.9%,54.8%和13.9%,总生物量分别仅为高寒草甸草原的32.8%,49.4%和29.5%。人工草地的表层土壤容重显著降低,而退化对土壤容重没有明显影响,3种天然土地利用方式土壤容重在土壤剖面的变异也不明显。4种类型草地土壤碳氮磷养分含量均处于很低的水平,退化主要造成表层土壤碳氮的严重损失,平均分别损失了53.0%和52.4%,4种利用方式土壤有效氮和有效磷含量极低,而退化对土壤的全磷和有效磷影响不大。     

不同草地利用方式对暖性(灌)草丛类草地固碳能力的影响

利用方式差异对草地生态系统碳循环影响不同,评价不同利用方式下各类型草地生态系统固碳能力有助于制定相应生态管理策略,对减缓草地温室气体排放具有现实意义。采用野外调查和室内试验相结合的方法,对河南不同利用方式下(围封未利用、零散放牧+割草、季节性放牧和全年放牧)两种典型草地(暖性草丛和暖性灌草丛)固碳能力进行研究。结果表明,暖性草丛植被生物量在不同利用方式上表现为围封未利用>零散放牧+割草>季节性放牧>全年放牧,但差异不显著(P>0.05);而暖性灌草丛植被生物量在零散放牧+割草条件下显著大于围封未利用和全年放牧方式(P<0.05)。在围封未利用条件下,暖性草丛植被生物量显著大于暖性灌草丛(P<0.05)。两种草地地上碳密度和根系碳密度在不同利用方式下差异均不显著(P>0.05)。从植被碳密度来看,暖性草丛在不同利用方式下表现为围封未利用>零散放牧+割草>全年放牧>季节性放牧,暖性灌草丛为零散放牧+割草>围封未利用>季节性放牧>全年放牧。季节性放牧条件下暖性草丛土壤碳密度(13369.07 g C·m^-2)显著大于围封未利用方式(2544.25 g C·m^-2)(P<0.05);暖性灌草丛土壤碳密度在不同利用方式下表现为零散放牧+割草>围封未利用>季节性放牧>全年放牧,但差异不显著(P>0.05)。不论在何种利用方式下,两种类型草地的植被碳密度均主要由根系所贡献,分别达到87.42%与81.52%;而生态系统碳密度均主要由土壤所贡献,分别达到91.72%与84.98%。双因素方差分析表明,土壤碳密度是决定河南两种类型草地固碳能力的根本因素,而与利用方式无关。本研究可为河南草地资源合理利用提供科学依据,为精确评估河南草地固碳能力提供数据支撑。     

川西北高寒牧区不同人工草地对土壤微生物多样性影响

为阐明人工种植牧草对川西北高寒草地生态系统土壤微生物群落结构和组成的影响,以川西北高寒牧区紫花苜蓿人工草地(Group 1)、燕麦人工草地(Group 2)以及天然草地(Group 3)土壤为对象,采用Illumina Hiseq测序平台对3个草地类型土壤细菌的16S rDNA和真菌的内转录间隔区(Internal Transcribed Spacer,ITS)基因进行序列测定,分析了各样本土壤微生物群落的组成和结构特征。结果表明:1)3种草地植被类型中土壤细菌群落丰富度和多样性无明显差异,真菌群落丰富度亦无显著差异,仅紫花苜蓿人工草地真菌群落多样性程度较燕麦人工草地和天然草地土壤高。2)所测土壤样本主要优势细菌类群为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)等,人工草地土壤中酸杆菌门丰度显著低于天然草地土壤(P<0.05),放线菌门丰度显著高于天然草地土壤(P<0.05)。主要优势细菌纲为Spartobacteria纲、α-变形菌纲(α-proteobacteria)、β-变形杆菌纲(β-proteobacteria)、Thermoleophilia纲、酸杆菌纲(Acidobacteria)和放线菌纲(Actinobacteria)等,人工草地与天然草地土壤中多种优势细菌纲相对丰度存在显著性差异(P<0.05)。3)3种草地植被类型土壤优势真菌门是子囊菌门(Ascomycota)、接合菌门(Zygomycota)、担子菌门(Basidiomycota);优势真菌纲有接合菌纲(Zygomycotes)、粪壳菌纲(Sordariomycetes)、伞菌纲(Agaricomycetes)、锤舌菌纲(Leotiomycetes)、座囊菌纲(Dothideomycetes)等,并且各区组间多种优势真菌纲相对丰度差异明显。4)β-多样性结果显示3种草地植被类型土壤细菌和真菌结构均差异明显,且天然草地与人工草地之间的土壤微生物差异系数大于两种人工草地之间的土壤微生物差异系数;聚类分析显示人工种植牧草显著提高了土壤中生防菌类群的相对丰度,同时,土壤中病原真菌的丰度较天然草地土壤也大幅增加。     

祁连山东段高寒草甸高原鼢鼠和白牦牛营养生态位及其种间关系

了解同域分布的高原鼢鼠和家畜的营养生态位关系,对于正确认识高原鼢鼠在草地生态系统中的功能和位置,以及科学界定其危害具有重要意义。本研究选择祁连山东段高寒草甸同域分布的高原鼢鼠与白牦牛作为研究对象,通过稳定性同位素(¹³C和¹⁵N)技术研究二者的营养生态位及其种间关系。结果表明,高原鼢鼠食物源中的¹⁵N和¹³C稳定同位素在其肌肉中富集的时间最短,在毛发和骨骼中富集的时间最长,而白牦牛食物源中的¹⁵N和¹³C稳定同位素在其毛发中富集的时间最短,在肌肉和骨骼中富集的时间最长;白牦牛各组织中,肌肉组织的营养层次(NR)、摄食来源的多样性水平(CR)、δ¹³C/δ¹⁵N围成的总面积(TA)和校正后的总面积(SEA_C)最高,其次是骨骼组织,在毛发中最低,而在高原鼢鼠各组织中,骨骼组织的上述4种生态位指标最高,其次是肌肉组织,在毛发中最低;2种食草动物只有在肌肉组织中有生态位重叠,重叠面积为0.192‰<...     

高寒草甸土壤异养呼吸对气候变化和氮沉降响应的模拟

利用研究区植被、土壤和气候观测资料,借助CENTURY模型研究了高寒草甸土壤异养呼吸CO₂通量动态变化。结果表明,1)CENTURY模型较好地反映了高寒草甸土壤异养呼吸季节变化。模拟结果与试验点观测结果相吻合,风匣口和干柴滩2个试验点观测值与模拟值的线性回归方程分别为y=0.7776x+23.796(R²=0.6885, n=31)和y=0.9487x-8.6994(R²=0.6062, n=30)。2)过去46年(1960-2005年)研究区年平均气温趋于暖化,平均线性增温率为 0.35℃/10 a。降水量变化不明显,呈振幅较为稳定的波动变化。同期CENTURY模型模拟的高寒草甸土壤异养呼吸CO₂通量呈波动性缓慢上升的趋势,通量变化范围在479.22~624.89 g C/(m²·a) 之间,平均值为(539.56±34.32) g C/(m²·a),通量增加率为16.5 g C/(m²·10 a)。对模拟结果与气温、降水量之间进行的相关性分析结果显示,土壤异养呼吸CO₂通量与气温呈显著正相关(r=0.70,P<0.05),与降水量相关性不显著。3)氮沉降增加显著促进了高寒草甸土壤异养呼吸CO₂通量。中氮(MN)和高氮(HN)与对照(CK)处理间差异极显著(P<0.01),但中氮(MN)与高氮(HN)处理间差异不显著。说明,长期受低温和土壤有效氮限制的高寒草甸对气候变化响应敏感,高原气候的暖化和氮沉降的增加均能引起土壤异养呼吸作用的小幅上升,但可能由于异养呼吸作用对氮沉降存在着一定的“氮饱和”现象,随着大气氮沉降的倍增,其促进效应降低。     

小麦/玉米/大豆和小麦/玉米/甘薯套作的氮素吸收利用及氮肥残效研究

采用¹⁵N土壤稀释标记法研究了“小麦/玉米/大豆”和“小麦/玉米/甘薯”(以下简称“麦/玉/豆”和“麦/玉/薯”)在不同根系分隔方式下的氮素吸收利用及氮肥残效。结果表明,不分隔与完全分隔相比,2种体系的小麦植株¹⁵N当季吸收量和回收率提高,土壤残留¹⁵N%丰度及总N含量降低;“麦/玉/豆”的玉米植株¹⁵N当季吸收量和回收率提高25.16%和25.16%,玉米土壤残留¹⁵N%丰度及总N含量提高13.89%和10.15%,“麦/玉/薯”的则分别降低15.98%,15.99%,17.37%和5.19%;大豆植株的¹⁵N当季吸收量和回收率、土壤残留¹⁵N%丰度降低,土壤总N含量提高3.03%;甘薯植株的¹⁵N当季吸收量和回收率提高,土壤残留¹⁵N%丰度和总N含量降低0.91%和4.95%。在利用前茬作物残留在土壤中的¹⁵N时,“麦/玉/豆”的小麦、玉米对残留¹⁵N的吸收量与回收率高于“麦/玉/薯”的小麦、玉米;大豆对前茬小麦、玉米残留¹⁵N的吸收量与回收率低于甘薯,对前茬大豆残留¹⁵N的吸收量与回收率高于甘薯。“麦/玉/豆”较“麦/玉/薯”更有利于作物间氮素的转移、周年氮肥的高效利用和土壤肥力保持。     

不同牧草混播对退化高寒草甸土壤养分及生物量的影响

适宜的牧草混播对于改善退化高寒草甸及高寒地区畜牧业现状具有重要的现实意义,但不同牧草混播条件下退化高寒草甸土壤养分及生物量变化特征尚不明确。为此,本研究以垂穗披碱草（Elymus nutans）、早熟禾（Poa pratensis）、呼伦贝尔苜蓿（Medicago falcata）为试验草种,在三江源区重度退化高寒草甸开展为期3年的混播试验,探讨不同牧草混播对退化高寒草甸土壤养分及生物量的影响。结果表明：不同牧草混播条件下,草甸土壤有机碳含量与全氮及不同形态氮素含量呈显著正相关（P<0.05）;草甸土壤养分含量发生显著变化（P<0.05）,EM（垂穗披碱草+呼伦贝尔苜蓿）混播的土壤养分状况最佳;草甸地上、地下生物量显著增加（P<0.05）,EM混播的效果最为显著（P<0.05）。综上,在重度退化高寒草甸恢复过程中,如采取人工草地建植手段,建议选择EM混播。     

放牧强度对内蒙古荒漠草原土壤碳氮及其稳定同位素的影响

为了探究不同放牧强度对荒漠草原土壤碳氮元素的影响,选取内蒙古希拉穆仁荒漠草原为研究对象,分析3种放牧强度(无牧、轻度放牧、重度放牧)对0～50 cm 土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)、全氮(Total nitrogen,TN)、稳定碳、氮同位素(δ13C,δ15N)的影响.结果表明:随着放牧...     

植物氮同位素组成与其影响因子的关系研究进展

植物氮同位素组成(δ¹⁵N)能够综合反映氮循环特征,研究植物δ¹⁵N与其影响因子的关系,有助于理解气候变化对生态系统氮循环的影响。通过概述菌根类型、叶片N含量、氮源、温度、降水、大气CO₂浓度、土壤N有效性等生物和非生物因素对植物氮同位素组成(δ¹⁵N)的影响以及植物δ¹⁵N随海拔的变化趋势,指出目前研究中存在的不足,提出在群落水平上,采用野外调查和控制试验相结合的方法,研究环境因素(尤其是大气CO₂浓度)对植物δ¹⁵N的影响规律及机理将是今后该领域的研究重点。     

氮素配施对三江源区退化高寒草甸植被和土壤的影响

三江源区草地退化严重威胁我国的生态安全,因此,研究恢复措施对草地的影响有重要意义。本研究以青海省果洛藏族自治州轻度退化高寒草甸为研究样地,通过三种不同类型氮素(尿素CH₄N₂O、硫酸铵(NH₄)₂SO₄和硝酸钾KNO₃)的九种组合配施,分析氮素配施后退化高寒草甸群落特征和土壤养分的变化,以探究不同类型氮素配施对退化高寒草甸恢复效果。研究结果表明,与对照相比,氮素配施显著提高了群落初级生产力(P<0.05),且生物量随着氮素配施量呈先增加后降低趋势,但对植物群落多样性无显著影响;土壤中速效氮和硝态氮呈现降低趋势(P<0.05),但有机碳、全氮、全磷和铵态氮含量无显著变化;利用主成分分析,通过综合评价植被指标和土壤指标,筛选出恢复该区域退化高寒草甸的最佳氮素配施量为47.2 g·m^-2硫酸铵+72.2 g·m^-2硝酸钾+21.6 g·m^-2尿素,为退化高寒草甸的恢复提供理论依据。     

三江源区高寒草甸草场植被和土壤对外源氮素输入的响应

为了探究不同形态氮素在高寒草甸中的分配及利用情况,本研究以玉树州称多县的高寒草甸为研究对象,利用¹⁵N标记技术,设置对照（N0）、铵态氮（N1,（¹⁵NH₄）₂SO₄）、硝态氮（N2,Ca （¹⁵NO₃）₂）、酰胺态氮（N3,CO （¹⁵NH₂）₂）四种处理,测定不同形态氮素添加下植物和土壤中的全氮及氮素回收率的指标。结果表明：不同形态氮素添加对植物地上部分生物量及全氮含量影响显著（P<0.05）,但对土壤全氮含量无显著影响;氮素的当季利用率在6.28%～26.82%之间,土壤残留率在16.06%～58.13%之间,损失率在15.05%～77.66%之间。试验表明高寒草甸中酰胺态是提高植物地上生物量、全氮含量及氮素利用率的最佳氮素形态。     

青藏高原退化草甸土壤微生物量、酶化学计量学特征及其影响因素

探明草地退化过程中土壤微生物量和酶的变化趋势及其化学计量学特征,对理解草地的退化机理有重要意义。本研究以青藏高原高寒草甸4种不同退化程度（未退化、轻度退化、中度退化、重度退化）草甸为研究对象,分析了土壤微生物量和酶化学计量学特征及其影响因素。结果表明,随草甸退化程度的加剧,土壤有机碳（Soil organic carbon,SOC）、全氮（Total nitrogen,TN）、速效钾（Available potassium,AK）、微生物量碳（Microbial biomass carbon,MBC）和微生物量氮（Microbial biomass nitrogen,MBN）含量显著降低;未退化草甸β-1,4-葡萄糖苷酶（β-1,4-Glucosidase,BG）和β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（β-N-Acetylglucosaminidase,NAG）活性显著低于轻度、中度和重度退化;重度退化草甸土壤氮/磷、MBN/MBP显著低于未退化,ln（NAG+LAP）/lnALP取值范围为0.77~0.83,高于全球均值0.44,说明退化引起了该地区的土壤氮限制;相关分析表明微生物量和酶的化学计量比受有机碳和全氮的影响显著。综上,微生物量和酶的化学计量学特征对土壤养分变化响应敏感且能反映土壤养分限制情况。