东祁连山不同高寒草地型牧草返青期土壤碳分布特征

以东祁连山高寒草地为样点,对土壤有机质、K2SO4浸提碳和微生物量碳(氯仿熏蒸浸提法)等进行了研究.结果表明:该区土壤有机质介于82.3～207.2 g·kg-1,植被类型影响土壤有机质含量.土壤K2SO4浸提碳介于23.61～138.81 mg·kg-1,分别占土壤有机质和土壤微生物量碳的0.03%～0.06%和9.97%～18.46%;灌丛草地中,高山柳草地显著低于杜鹃草地(P<0.05);草本草地中,珠芽蓼草地、沼泽草地和嵩草草地显著高于禾草草地(P<0.05).土壤微生物量碳介于156.19～1 182.84mg·kg-1,上层显著高于下层(P<0.05),除2005年沼泽草地外草本草地与灌丛草地间差异显著(P<0.05);微生物量碳对土壤有机质的贡献率介于0.19%～0.48%,禾草草地最低(0.19%),金露梅灌丛草地最高(0.48%),除珠芽蓼草地和沼泽草地外均为上层高于下层;且除禾草草地和嵩草草地外微生物量碳与土壤有机质、全氮和速效磷间呈显著(P<0.05)或极显著正相关(P<0.01),与土壤K2SO4浸提碳在灌丛草地呈显著正相关(P<0.05),在草本草地呈极显著正相关(P<0.01),与微生物量氮、磷间呈极显著正相关(P<0.01).该结果表明微生物量碳及其对土壤有机质的贡献率在草地型闻和土层间差异明显,且与土壤有机质、K2SO4浸提碳、全氮和速效磷关系密切.     

若尔盖高寒草地沙化对土壤活性有机碳组分的影响

为了解若尔盖高寒草地沙化对土壤活性有机碳组分的影响,采用空间代替时间的方法,通过野外土壤采集,并结合室内化验分析,研究了若尔盖高寒草原不同沙化阶段土壤有机碳及其活性组分的含量和变化特征。结果表明:沙化对高寒草地0—60cm土层土壤有机碳含量具有显著影响,随沙化程度加剧,土壤总有机碳、溶解性有机碳、易氧化有机碳和微生物量碳含量均呈现显著下降的特征,极重度沙化阶段较潜在沙化阶段分别减少了74.76%,80.24%,76.02%和83.24%;活性有机碳组分的损失较土壤总有机碳明显,其中微生物量碳含量的下降幅度最大;随土层深度的增加,沙化草地土壤有机碳含量及其变化量均呈下降趋势,其中,0—20cm土层土壤有机碳含量变化最为显著;土壤总有机碳、溶解性有机碳、易氧化有机碳和微生物量碳含量均呈极显著正相关关系(P0.01)。     

黄土高原草地土壤有机碳分布及其影响因素

以黄土高原水平方向的4种主要草地类型为研究对象,分析了不同草地类型土壤有机碳(SOC)的分布特征及其影响因素。结果表明:土壤有机碳含量随土壤深度的增加而降低,其中0～20 cm土壤有机碳含量与20～40、40～60、60～80、80～100 cm有机碳含量差异显著。4种草地类型土壤有机碳含量分布规律:0～40 cm为高山草甸草原>典型草原>森林草原>荒漠草原,40～100 cm为高山草甸草原>森林草原>典型草原>荒漠草原;4种草地类型中各土层土壤有机碳含量最高的是高寒草甸,其空间变异最大,最小的是荒漠草原,其变异最小。黄土高原上高寒草甸草原、森林草原、典型草原土壤有机碳均集中分布在浅表层0～40 cm,分别占0～100 cm的71%、50%、46%,而荒漠草原各层分布较均匀;黄土高原土壤有机碳含量与海拔高度呈显著正相关(p<0.01);0～40 cm土壤有机碳含量与土壤含水量呈显著正相关(p<0.01);与全氮有极显著的正相关性,相关系数达0.984 3;与年均温呈极显著负相关(p<0.01),几种草地类型100 cm深土壤有机碳含量与年降水量无明显相关。     

三江源地带性土壤铁（铝）键合碳分布特征

为了解青藏高原腹地天然草地土壤稳定性碳储量,掌握其固碳能力和增汇潜力,将三江源地区土壤按地域空间和3种典型草地类型进行划分,以活动层土壤为对象,进行土壤总有机碳（TOC）及铁（铝）键合碳[Fe (Al)-C]分析,并与地理、气候资料建立关系模型,反演近60年（1961—2020年）时空变化规律。结果表明：（1）江源地区Fe (Al)-C平均含量6.07 g·kg-1,[Fe (Al)-C]/TOC平均16.87 %,其含量分布地带性特征明显,中、东部地区显著高于西部地区（P < 0.05）;（2）3种草地类型Fe (Al)-C含量在2.35 ~ 8.81 g·kg-1,[Fe (Al)-C]/TOC 11.99% ~ 20.52%,高山灌丛草甸和高寒草甸均显著高于高寒草原（P < 0.05）; 3种高寒草地Fe (Al)-C与TOC呈极显著正相关（P < 0.01）;（3）模拟数字化制图结果显示,近20年（2001—2020年）三江源地区Fe (Al)-C分布面积变化相比过去两个时段（1961—1980年和1981—2000年,其含量≥5.75 g·kg-1的分布面积平均增加了1.64 %）,整体处于碳汇状态,三江源地区土壤铁（铝）键合碳在土壤稳定中的固碳潜力不容忽视。     

半干旱区不同围封年限对草地土壤和微生物碳氮含量的影响

[目的]探究半干旱区草地根际土壤碳氮及土壤微生物量碳氮对不同封禁年限响应特征,为半干旱草地生态系统物质循环研究以及生态系统养分限制判定等提供依据,并为确定合理围封年限提供科学参考。[方法]以宁夏回族自治区固原市云雾山国家级自然保护区半干旱草原为研究对象,应用生态化学计量学方法对比分析放牧地与围封10,25,35 a样地根际土壤有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮和土壤微生物量碳氮含量及其化学计量特征变化过程与规律。[结果]围封显著增加了土壤碳氮含量,其最大值出现在封育25 a样地,随后下降。围封10,25 a和35 a样地土壤有机碳含量分别是放牧样地的1.37,1.83倍和1.38倍;总氮含量分别是放牧样地1.34,1.52倍和1.24倍。但土壤C:N随围封年限增加基本保持稳定,其值与土壤有机碳含量存在极显著相关,而与土壤总氮无明显相关性。与放牧样地相比,围封样地铵态氮含量随封育年限无明显变化,硝态氮含量和硝态氮:铵态氮比值则普遍下降,在围封25 a时最低。围封增加了土壤微生物量碳氮含量,围封10,25,35 a样地土壤微生物量碳含量较放牧地分别提高了20.5%,45.7%和15.1%;微生物量氮含量分别提高了24.7%,60.5%和40.9%。而微生物量C:N则随围封年限延长而下降,微生物量碳占土壤有机碳百分比对围封年限无响应。围封10,25 a样地与放牧地相比,微生物量氮占土壤总氮百分比和化学计量不平衡性(即土壤C:N与微生物量C:N比值)均无显著差异,但其值却在围封35 a样地显著增加。[结论]围封措施能够显著提高半干旱退化草地土壤碳、氮养分,促进土壤微生物活动,有利于退化草地恢复,但封育时间过长则可能产生负效应,封育25 a是草地长期封育措施中一个较为合理的围封年限。     

土地利用方式对高寒草甸生态系统土壤无机碳的影响

[目的]探明土地利用方式对高寒草甸生态系统土壤无机碳含量及储量的影响,为青藏高原区域碳增汇原理及草地管理实践提供科学支撑。[方法]选取围栏封育地、自由放牧地、多年生人工草地、补播地及黑土滩型退化草地5类不同土地利用类型,对无机碳的含量和储量、土壤主要理化性质的变化及其相关性进行比较分析。[结果]在高寒草甸生态系统中,无机碳含量较低且不同土地利用下土壤无机碳的储量(以C含量表示)有显著差异,表现为多年生人工草地(3 381.28kg/hm2)围栏封育地(739.27kg/hm2)自由放牧地(712.12kg/hm2)补播地(647.64kg/hm2)黑土滩型退化草地(361.26kg/hm2)。不同土地利用类型草地的土壤pH值、容重和含水量差异显著。土壤无机碳与土壤容重和含水量分别为线性正相关和负相关关系,与pH值为正相关关系,当pH值7时,无机碳含量很低,基本保持不变;当pH值7时,表现为指数函数关系。[结论]在高寒退化草地改良重建的技术与综合治理模式中,黑土滩型退化草地上建植多年生人工草地的管理策略在无机碳固定方面较其他措施更加有效,是维持草地碳汇功能的有效措施。     

长江口九段沙湿地土壤有机碳及微生物陆向分布

通过分析九段沙湿地土壤有机碳及微生物因子的陆向分布,研究了土壤有机碳的空间差异性及其与土壤微生物因子的相互关系。结果表明,九段沙土壤有机碳的陆向分布具有显著差异（P〈0．05）,随着高程上升,其含量整体呈现增大趋势,互花米草区／芦苇混合区最高（9．18g·kg^-1）;土壤微生物因子的陆向分布与土壤有机碳相似,且与土壤有机碳含量呈显著正相关关系（P〈0．01）,其中以土壤微生物呼吸和土壤脱氢酶最为明显;互花米草的引种及蔓延,增加了区域土壤有机碳含量,也增强了土壤微生物活性。     

蒙古高原草原土壤微生物量碳氮特征

沿着水分梯度采集了蒙古高原不同草原类型表层土壤样品 1 44个 ,分析了土壤微生物量C、N含量及其与年平均温度和降雨量的关系。结果表明 :蒙古高原草原土壤微生物量C、N与土壤有机C、全N、降雨量、温度均表现出了很好的相关性。微生物量C变化在5 1 7～ 797mgkg- 1之间 ,微生物量N变化在 1 1 0～ 1 1 8 6mgkg- 1之间。微生物量C∶N比变化在 5～ 9之间。土壤微生物量碳 (Cmic)占土壤有机碳 (Corg)的比例 (Cmic Corg)变化在 1 1 5 %～ 4 1 %之间 ,Cmic Corg与土壤有机C、全N、降雨量均成显著的负相关。土壤呼吸表现为草甸草原土壤 >典型草原 >荒漠草原 ,土壤呼吸与降雨量显著正相关 ,与温度显著负相关。呼吸熵 (QCO2 )与降雨量成二次抛物线关系。放牧对微生物量的影响与不同草原类型和放牧率有关。     

秸秆还田对宁南旱区土壤有机碳含量及土壤碳矿化的影响

为了探明秸秆还田对宁南旱区土壤有机碳及土壤碳矿化的影响,为该区作物生产及土壤培肥制度的建立提供参考,通过4a（2007—2010年）秸秆还田定位试验,设置不同秸秆还田量处理,谷子秸秆按3000kg·hm-（2低L）、6000kg·hm-（2中M）、9000kg·hm-（2高H）粉碎还田,玉米秸秆按4500kg·hm-（2低L）、9000kg·hm-（2中M）、13500kg·hm-（2高H）粉碎还田,对照为秸秆不还田,对不同处理条件下土壤有机碳、土壤碳矿化速率、累积矿化量及其与不同形态碳素之间的相关性进行了分析。结果表明,土壤总有机碳、活性有机碳含量均随土层的加深而减少;各处理0～60cm土层土壤有机碳和活性有机碳含量分别比CK显著提高了24.2%、20.8%、9.5%和50.3%、46.6%、34.8%（P〈0.05）;秸秆还田不仅增加了土壤活性有机碳含量,同时也显著提高了0～20cm土层活性有机碳占总有机碳含量的比重,提高幅度达21.1%～23.1%（P〈0.05）;土壤碳矿化速率和累积矿化量在0～60cm各土层内随着秸秆还田量的增加大小顺序均为高量秸秆还田〉中量秸秆还田〉低量秸秆还田〉秸秆不还田,各秸秆还田处理较CK差异显著（P〈0.05）。相关性分析表明,土壤碳累积矿化量与不同形态碳素之间均存在极显著相关性。因此,在宁南半干旱区采用秸秆还田对提高土壤有机碳含量和碳矿化具有明显作用。     

利用方式对高寒牧区土壤有机碳含量及土壤结构性质的影响

在高山草原带选择了围栏草地、一年生人工草地(先围栏草地后开垦种植燕麦草)和多年生人工草地(先围栏草地后开垦种植多年生垂穗披碱草和无芒雀麦)三种利用方式,就人工草地利用方式对土壤有机碳含量和结构性质的影响进行了研究。研究结果表明,在高寒牧区,开垦自然植被分别种植一年生燕麦草20多年和种植多年生禾草7年以后与围栏草地相比较,0-30cm深度土壤有机碳密度分别平均降低了27.7% 和8.5%,土壤结构的稳定性(MWD)分别平均降低了46.9%和42.6%。同时土壤容重和土壤密度显著增加, 土壤孔隙度显著降低。在高寒牧区开垦自然植被建植人工草地情况下,土壤结构性质的恶化与有机碳(质)含量的降低密切相关。     

放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳、氮变化及微生物群落结构PLFA分析

以内蒙古贝加尔针茅草原、大针茅草原和克氏针茅草原为研究对象,采用氯仿熏蒸法和磷脂脂肪酸（PLFA）分析方法研究了放牧与围栏条件下内蒙古针茅草原土壤微生物生物量和群落结构特征的变化情况。研究表明放牧与围栏草地土壤微生物生物量和群落结构差异显著。氯仿熏蒸法分析结果表明内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳的含量介于166.6-703.5mg·kg^-1之间,微生物生物量氮含量介于30.34-92.15mg·kg^-1之间,其中贝加尔针茅草原土壤微生物生物量碳、氮最高,大针茅草原次之,克氏针茅草原则最低。放牧条件下,贝加尔针茅草原、大针茅草原土壤微生物生物量碳、氮显著低于围栏草地,克氏针茅草原则无显著变化。PLFA分析结果显示,内蒙古针茅草原土壤微生物群落PLFAs种类、含量丰富,共检测出28种PLFA生物标记磷脂脂肪酸,并且以直链饱和脂肪酸和支链饱和脂肪酸为主,相对含量占总量的2/3左右,其中贝加尔针茅草原土壤微生物含量最丰富,其围栏样地土壤的PLFA含量达到27.3nmol·g-1,大针茅草原和克氏针茅草原依次降低。围栏条件下,各类型草原土壤细菌脂肪酸与总PLFA含量均显著高于放牧草地,真菌脂肪酸含量则因草原类型不同各有差异;放牧导致各类型草原革兰氏阳性细菌PLFAs/革兰氏阴性细菌PLFAs（GPPLFAs/GNPLFAs）比值显著降低,而除了克氏针茅草原,细菌PLFAs/真菌PLFAs比值则显著升高。PLFAs主成分分析表明,放牧和围栏处理对内蒙古针茅草原土壤微生物群落结构产生影响,且围栏处理的影响程度大于放牧处理。经相关分析表明,氯仿熏蒸法和PLFA分析方法之间有很好的一致性,且土壤微生物PLFAs与土壤有机质、全磷、硝态氮显著相关。     

Vegetation characteristics and soil properties in grazing exclusion areas of the Inner Mongolia desert steppe

In arid and semi-arid desert steppe areas, grazing exclusion with fencing is widely regarded as an effective strategy for restoring degraded vegetation and enhancing the quality of degraded soil. In this study, we hypothesized that grazing exclusion caused by fencing enhances both vegetation and soil properties, and that the longer an area is fenced, the more considerable the improvement. We conducted an observational study wherein random sampling was utilized to select 9 plots fenced for ten or more years, 25 plots fenced for four to nine years, 25 plots fenced for one to three years and 29 free-grazing plots within an area of approximately 63,000 km² of Inner Mongolia desert steppe. A one-way ANOVA revealed no significant differences in the characteristics of grassland vegetation or soil properties between grasslands fenced for one to three years and free-grazing grassland. After 4 years of fencing, noticeable increases in above-ground biomass, litter content, Simpson index, soil organic carbon, and available nitrogen were observed. Significant positive differences in vegetation coverage, height, species richness, soil available phosphorus, and available potassium were associated with plots with a minimum of 10 years of fencing. The soil layer with the greatest difference in the fenced-in areas for soil organic carbon was at 0–25 cm. For available nitrogen and available phosphorus, fencing produced the most significant differences in the 0–20 cm soil layer, while for available potassium, fencing produced the most significant differences in the 0–30 cm soil layer. However, the fencing did not indicate any statistically significant differences in terms of clay, silt, and sand content in any soil layer. The data support our hypothesis that grazing exclusion improves both vegetation and soil properties, and that longer periods of grazing exclusion result in greater degrees of improvement. This research offers technical guidance for the reasonable choice of fencing time across a vast area of the Inner Mongolian desert steppe.     

环境因子对高寒草地植物群落分布和物种组成的影响

在新疆天山巴音布鲁克高寒草地，应用双向指示种分类法（Twinspan）、典范对应分析（CCA）和除趋势对应分析（DCA）方法研究了环境因子对群落分布和物种组成的影响。结果表明：1）高寒草原分布在2460—2760m的低海拔区域，该区域7、8月温度较高，为10．8℃；高寒草原化草甸分布在2860m左右；高寒草甸分布在2960m以上，该区域7、8月相对湿度和土壤含水量较高，分别为77．77％和42．95％。2）随海拔升高，高寒草原、高寒草原化草甸和高寒草甸的速效K含量逐渐减少，有机质和速效N逐渐增加。3）CCA、DCA分析表明，温度、速效K和有机质因子对该地区群落分布和物种组成有重要影响。4）Twispan分类将9个样地划分为高寒草原、高寒草原化草甸和高寒草甸3个类型，与CCA和DCA分析的结果基本吻合。     

西藏北部不同草地类型土壤碳、氮、磷的变化特征

[目的]探讨西藏北部不同草地类型间土壤碳氮磷含量的分布规律和各养分间相互关系,为草地生态保护和评价提供理论依据。[方法]通过S形土壤取样法对西藏北部不同草地类型的土壤样品进行采集,利用试验测定土壤的碳氮磷含量,基于SPSS进行方差分析和相关性分析。[结果]山脊高寒草甸、高寒灌丛草甸和山腰高寒草甸有机碳含量主要受海拔高度的影响,有机碳含量随着海拔高度的增加而增加,随土层深度加大而降低;有机碳与全氮有极显著正相关关系,相关系数为0.968(p0.01),不同草地类型间全氮含量趋势与有机质趋势相同;除高寒沼泽草甸,其他草地类型的有效氮与全氮分布规律相同,有效氮含量和全氮含量之间存在显著正相关关系,相关系数为0.439(p0.05)。速效磷受全磷含量影响显著,速效磷与全磷的相关系数为0.442,为极显著正相关关系;全磷含量受放牧影响,但放牧对速效养分的影响更加明显。[结论]西藏北部不同草地类型土壤碳、氮、磷的具有一定的变化规律,草地退化与放牧强度具有一定联系。     

主要草原生态系统生产力对气候变化响应的模拟

利用历史气候数据(1961-2010年)和气候情景数据(1961-2100年)驱动CENTURY模型模拟高寒草甸、温性草甸草原、温性草原和温性荒漠4类主要草原生态系统的地上净初级生产力(ANPP),分析考虑和不考虑大气CO2浓度增加的直接效益(以下简称“CO2增益”)未来气温和降水量变化对ANPP的影响.结果表明:(1)1961-2010年,高寒草甸的ANPP呈极显著增加趋势(P＜0.01),与生长季内最低气温上升密切相关;温性草甸草原、温性草原和温性荒漠的ANPP变化趋势不显著,但年际波动较大,均与同期降水量具有极显著的正相关(P＜0.01),而与同期气温的相关性较弱.(2)若不考虑大气CO2增益,在A2和B2情景下2020s(2011-2040年)、2050s(2041-2070年)、2080s(2071-2100年)时段该4类草原生态系统的ANPP相对于基准时段(1961-1990年)的平均增幅分别为4.9％、12.0％、18.6％和3.0％、6.6％、8.9％,其中温性草原的ANPP增幅最大,其次是温性荒漠,而温性草甸草原和高寒草甸的ANPP有增有减,变幅较小.(3)若考虑大气CO2增益,在A2和B2情景下2020s、2050s、2080s时段该4类草原生态系统的ANPP较不考虑大气CO2增益均有显著增加(P＜0.05),平均增幅分别为20.0％、31.8％、45.6％和9.0％、13.7％、18.0％,其中温性草原的ANPP增幅最大,其次是高寒草甸和温性荒漠,而温性草甸草原的ANPP增幅稍小.     

人工管理措施改善了我国西部高寒沙化草甸土壤水分和碳、氮、磷含量

Regeneration of degraded grassland ecosystems is a significant issue in restoration ecology globally. To understand the effects of artificial management measures on alpine meadows, we surveyed topsoil properties including moisture, organic carbon (SOC), nitrogen (N), and phosphorus (P) contents five years after fencing and fencing + reseeding management practices in a sandy meadow in the eastern Qinghai-Tibetan Plateau, northwestern China. Both the fencing and fencing + reseeding management practices significantly increased soil moisture storage, SOC, total N, available N, total P, and available P, as compared to the unmanaged control. Fencing plus reseeding was more effective than fencing alone for improving soil C, N, and P contents. These suggested that rehabilitation by reseeding and fencing generally had favorable effects on the soil properties in degraded sandy alpine meadows, and was an effective approach for restoration of degraded meadow ecosystems of the Qinghai-Tibetan Plateau.     

放牧强度对青藏高原高寒矮嵩草草甸氧化亚氮释放的影响

依托青藏高原东北隅高寒矮嵩草草甸的5a放牧强度（禁牧、轻度放牧、中度放牧、重度放牧）试验平台,2016年在植物生长季的6-9月,基于静态暗箱-气相色谱法,测定N2O的释放特征及相应的环境、生物因子,探讨放牧强度对高寒草甸N2O释放特征的影响及其内在环境生物驱动机制。结果表明：环境、生物因子中仅表层土壤容积含水量、土壤容重及土壤有机碳含量对放牧强度响应显著（P＜0.05）。高寒草甸N2O释放的季节特征表现出生长季的早期和晚期相对较高的“U”型趋势。禁牧样地N2O释放速率最小,极显著（P＜0.01）低于其它3个放牧样地。高寒草甸N2O释放强度与放牧强度间表现出正相关趋势（R= 0.49, P＜0.01）。相关分析表明,表层土壤温度是高寒草甸N2O释放速率的主要影响因子,但放牧强度改变了土壤温度的影响程度。中短期放牧管理改变了高寒草甸植被生长季N2O释放速率,但未改变其释放的季节特征。禁牧管理提高了土壤温度,进而显著降低植被生长季N2O释放强度。     

长期施肥对稻田土壤活性有机碳和氮的影响

土壤活性有机碳、氮是土壤有机碳、氮中最活跃的组分,在土壤碳、氮循环过程中具有重要作用。以湖南3个长期定位试验点（桃源、宁乡、桃江）为研究对象,分析测定表层土壤MBC、MBN、DOC、DON,研究长期施肥对土壤活性有机碳、氮（MBC＋DOC,MBN＋DON）的影响。结果表明,长期施用化肥及配施有机肥均能提高土壤活性有机碳、氮的含量。与对应的无肥处理（CK）相比,长期单施化肥（NPK）使土壤活性有机碳、氮的提高幅度分别为3.3%~21.0%和3.3%~27.1%,长期有机肥施用提高幅度分别为48.7%~84.8%和17.9%~105.8%,且土壤活性有机碳、氮含量随有机肥施用量的提高而增加,3个试验点活性有机碳大小顺序为桃源〉宁乡〉桃江。土壤活性有机碳与土壤有机碳（SOC）的累积速率呈显著正相关关系（P〈0.05）,而与SOC的含量关系不大。桃源土壤粘粒含量较高可能是土壤SOC累积速率快的主要原因;宁乡和桃江的粘粒含量和有机碳投入量相差不大,桃江较高的初始SOC水平影响了SOC积累速率;桃源和宁乡试验点的土壤活性氮含量相差不大,约是桃江的1.8倍。与土壤全氮（TN）相比,全氮的积累速率与土壤活性氮的关系更为密切,两者间有极显著的相关关系（P〈0.01）。