黄河源区高寒草原的植被退化与土壤退化特征

近几年,黄河源区高寒草原退化沙化明显。研究了黄河源区紫花针茅高寒草原在不同退化程度下植物群落、生物量和土壤的特征,结果表明,随着高寒草原退化程度加大,植被盖度、草地质量指数和优良牧草地上生物量比例逐渐下降,草地间的相似性指数减小,植物群落多样性指数和均匀度指数呈单峰式曲线变化规律。随着退化加剧,禾草地上生物量减少显著,杂草类植物地上生物量先增加后减少,而莎草科植物地上生物量的变化不受草地退化程度的影响。高寒草原土壤表层0～20 cm的植物根系随土壤深度的增加而减少,随草地退化程度的加剧呈倒“V”型变化。高寒草原物种多样性与生物量之间呈“V”型变化规律,随着退化程度增加,物种丰富度与生产力的关系由显著正相关转变为负相关。随着高寒草原的退化程度加剧,土壤湿度、土壤有机质、速效磷、硝态氮、速效钾的含量和土壤紧实度都减小。随着高寒草原植被的退化演替,土壤退化越来越严重,贫瘠化不断加剧,到重度退化阶段,旱生沙生植物出现,呈现沙化初始景观。     

藏北不同退化阶段高寒草甸植物群落特征与土壤养分特性

为探究藏北不同退化阶段高寒草甸的植物群落特征、土壤养分特性及其相关性,以那曲县那玛切村的轻度退化（lightly degraded,LD）、中度退化（moderately degraded,MD）和重度退化（severely degraded,SD）高寒草甸为研究对象,采用冗余分析（RDA）试图揭示不同退化阶段高寒草甸土壤环境因子与植被因子之间的关系。结果表明：1）研究区植物共有9科20属25种,莎草科、禾本科、菊科和蔷薇科植物适应性较强,不同退化草甸植被类型分别为高山嵩草+斑唇马先蒿,弱小火绒草+高山嵩草,二裂委陵菜+白苞筋骨草,其中高山嵩草是轻、中度退化草甸的优势种,不同退化阶段高寒草甸杂类草均占据重要地位,生活型以多年生草本为主。2）从轻度退化草甸到重度退化草甸,植物群落特征（地上生物量、高度、密度、频度、总盖度）整体呈递减趋势,且差异显著（P<0.05）,Shannon-Wiener多样性指数、Margalef物种丰富度指数、Simpson优势度指数、Pielou均匀度指数随着退化加重呈降低的趋势。3）随退化程度加重,土壤有机质、速效氮、全氮、全磷、速效磷、速效钾、全钾均呈降低的趋势,土壤pH值逐步增加。4）不同退化草甸速效磷、全磷与物种多样性指数呈正相关关系,群落植被地上生物量与土壤全氮密切相关,且土壤环境因子含量对植被生长贡献率最高的分别为速效氮、有机质和pH。说明退化草甸的植被群落特征与土壤养分具有协同性,因此研究和治理西藏高寒草地退化必须重视土壤中氮磷元素的含量。     

不同退化演替阶段高寒草甸土壤理化性质对功能群植物地上生物量的影响

笔者对若尔盖高寒草甸红原县境内不同退化演替草甸土壤理化性质和功能群植物地上生物量进行了调查。结果发现:不同退化演替阶段土壤理化性质存在显著差异;随退化程度加剧,莎草科地上生物量显著降低,而禾本科地上生物量未达到差异显著水平,群落地上生物量和杂草生物量在草地草甸阶段最高;不同退化演替阶段,土壤理化性质对莎草科、禾本科和杂草地上生物量的影响程度不同,在退化草甸中,土壤速效氮、速效钾、速效磷、全氮和水分含量显著决定莎草科地上生物量,而土壤速效磷、全钾、全氮、土壤水分显著决定禾本科地上生物量。说明在一定条件下通过人为改变土壤水分、土壤氮、磷含量水平能够对退化草甸进行一定程度的恢复。     

短期围栏封育对退化高寒草地植被数量特征及土壤养分的影响

本文研究了短期围栏封育(3a)对退化高寒草地植被数量特征及土壤养分含量的影响,结果表明:(1)短期围栏封育能有效提高禾本科和莎草科植物平均高度,使豆科和毒杂草类植物的平均高度显著降低(P0.05);(2)短期围栏封育能使禾本科、莎草科和毒杂草类植物的盖度有所增加,使豆科植物盖度略有降低,但是增减不明显(P0.05);(3)短期围栏封育使禾本科和毒杂草地上生物量有所提高,使莎草科植物地上生物量略降低,使豆科植物地上生物量显著降低(P0.05);(4)短期围栏封育能使土壤全钾含量有所提高,使全氮、全磷和速效磷含量略降低,使速效氮、速效钾和有机质含量显著降低(P0.05)。     

祁连山国家公园不同退化高寒草甸植物与土壤特性研究

本研究以祁连山国家公园内不同退化程度高寒草甸为研究对象，通过测定植被特征及土壤养分指标，结合相关性分析和冗余分析(Redundance analysis, RDA)探究植物群落和土壤理化性质及其内在关系。结果表明：未退化草甸植被以莎草科、禾本科为主，随退化程度的加重，禾本科植物逐渐被豆科、杂类草(如菊科)所取代，植物群落的高度、盖度、地上生物量和植物群落的多样性指数均呈下降趋势，土壤含水量、总孔隙度、速效氮含量、速效磷含量、速效钾含量、全氮含量、全磷含量、全钾含量和有机质含量逐渐降低，而土壤容重、pH值逐渐增加，与未退化高寒草甸相比，重度退化高寒草甸土壤含水量和有机质含量分别下降了61.3%,43.8%,土壤容重上升了37.8%;相关性分析表明，植物特征与土壤因子之间存在显著相关性，其中植被盖度和地上生物量受到土壤容重、含水量、总孔隙度、速效磷含量的影响较大。本研究可为全面了解高寒草甸的退化机制以及退化预测、管理和恢复研究提供一定理论依据。     

长期增温对高寒草甸植物群落和土壤养分的影响

采用国际冻原计划模拟增温效应的方法,研究了连续增温16年后高寒草甸和高寒灌丛的植物群落结构、地上地下生物量、物种多样性、土壤养分含量的响应,以期揭示长期增温对植物群落特征和土壤养分的影响。结果表明:与对照相比,长期增温使高寒草甸植物群落高度增加18.4%,盖度降低5%;灌丛群落高度增加42.8%,盖度增加12.9%。草甸群落地上生物量减少23.6%,0~10,10~20,20~30 cm的地下生物量分别减少22.2%,38.6%,52.1%;灌丛群落地上生物量增加15.1%,0~10,10~20,20~30 cm的地下生物量分别增加4.9%,17.5%,3.1%。草甸群落物种数减少7%,灌丛群落的物种数减少30%。长期增温使草甸和灌丛的土壤速效磷和全磷增加,而全钾降低,其他元素含量变化不一致。长期增温改变了高寒草甸和高寒灌丛的群落结构以及土壤养分含量,但对二者的影响不完全相同。     

不同放牧强度对高寒草甸植被群落结构和土壤理化性状的影响

放牧是青藏高原高寒草甸最基本的利用方式。高寒草甸生态系统能否可持续利用与放牧强度紧密相关。本研究通过在青藏高原东缘碌曲县设置三个放牧强度处理和一个对照,分析了植被群落结构和土壤理化性质对放牧强度的响应。结果表明,植被盖度、高度和地上生物量均随放牧强度增加而降低,物种丰富的在中度放牧下最高;适度放牧能显著增加莎草比例,杂草随放牧强度增加而增加;土壤含水量和有机质随放牧强度增加而降低,pH和全磷无显著性变化,土壤容重无规律性变化;全氮、全钾和速效钾随放牧强度增加呈先增加后降低的趋势;速效磷随放牧强度增加而增加。综合分析认为,适度放牧能显著改良植被群落结构和土壤理化性质,有利于高寒草甸的可持续利用。     

高寒草甸地上净初级生产力、物种多样性及土壤因子的关系

为揭示高寒草甸地上净初级生产力与物种多样性指数及土壤因子的关系,通过样方法分析了高寒嵩草草甸物种多样性、地上植物量及土壤养分。结果表明,群落多样性指数(H)与地上植物量呈极显著负相关(P≤0.01),土壤速效氮、速效钾与地上植物量呈显著负相关(P≤0.05),土壤全氮、土壤速效氮、土壤有机质、土壤速效钾与H呈显著正相关(P≤0.05)。主成分分析表明,不同样地差异来源主要是土壤全氮、土壤全钾、土壤有机质、土壤速效氮、土壤速效磷及土壤速效钾,贡献度为49.76%,高于多样性指数的贡献度。这些结果表明,物种多样性指数和土壤养分相互作用,共同影响高寒草甸群落的变化。     

封育和放牧对高寒草甸植被群落特征和土壤特性的影响

为探究封育和放牧对高寒草甸植被群落和土壤特性的影响,本研究以封育13年和连续放牧高寒草甸为研究对象,采用野外群落调查和室内土壤分析相结合的方法,探究封育和放牧对植被群落状况和土壤特性的影响。结果表明：封育显著提高了群落的盖度和地上生物量（P<0.01）;封育显著提高了0~30 cm土壤总氮（Total nitrogen,TN）、速效氮（Available nitrogen,AN）、速效磷（Available phosphorus,AP）和速效钾（Available potassium,AK）（P<0.01）;封育显著降低了群落密度、物种丰富度指数、香农-维纳多样性指数和均匀度指数（P<0.01）。总之,封育虽增加了高寒草甸植物群落生物量和土壤养分,但在一定程度上导致草地植物群落多样性的下降,研究建议针对封育13年的高寒草甸进行适当的放牧以增加群落物种多样性和丰富度。     

退化高寒草甸植物群落和土壤特征及其相互关系研究

为了探究不同退化阶段高寒草甸的植被特征和土壤特征变化及其相互关系,通过野外样方调查和室内分析方法相结合测定了植物生物量、物种多样性指数、土壤养分和土壤理化性质,并分析了不同退化阶段下的特征差异与内在关系。结果表明：从轻度到极度退化过程中植被盖度、地上与地下生物量均呈现降低趋势,植被群落物种多样性指数、香农维纳多样性指数、均匀度指数和辛普森指数均呈下降趋势,土壤养分与理化性质趋于恶化,土壤水分下降和土壤容重的增加导致生物量下降。生物量与土壤性质之间相互作用、相互影响,在中度退化阶段改变植物群落组成和土壤性质,减少土壤养分流失,提高植物群落结构稳定性以及增加植物群落多样性将有利于退化高寒草甸的恢复。本研究有助于理清不同退化阶段高寒草甸的退化规律,并为恢复退化高寒草甸提供科学依据和理论基础。     

高寒草甸植物群落退化与土壤环境特征的关系研究

为了阐明高寒草甸群落特征和物种多样性的变化特征及其与土壤环境因子的关系,本文研究了未退化、轻度、中度、重度和极度退化程度高寒草甸群落特征和物种多样性,以及各退化等级的土壤温湿度及其化学性质。结果表明,随着退化程度的加剧,高寒草甸群落高度、盖度、生物量和演替度均逐渐降低,而鼠类活动先加剧后减缓;物种多样性指数逐渐降低,丰富度指数和均匀度指数均先升高后降低;土壤温度逐渐升高而湿度逐渐降低;土壤有机碳含量和全氮含量均逐渐降低,而土壤pH值则逐渐升高。群落演替度、土壤湿度、土壤有机碳和全氮含量与物种多样性表现出正相关,而有效鼠洞数、土壤温度和土壤pH值则与物种多样性表现出显著的负相关。     

氮肥对大通河上游退化草地的影响

为提高祁连县高寒草地草场牧草产量、有效恢复轻度退化草地,采用随机区组试验,以尿素作为氮源,探讨不同氮肥水平对祁连地区轻度退化草地群落结构、地上植物量以及土壤养分的影响。结果表明：不同施氮水平处理的高寒草地植物群落物种丰富度、多样性指数均减少,植被盖度、高度显著增加（P<0.05）,地上植物量与禾草地上植物量显著提高（P<0.05）。随着施氮量增加全磷含量、速效氮含量、有机质含量呈逐渐增加趋势,而速效磷呈先增加后减小趋势,pH值呈逐渐减小趋势。结论：施氮对高寒草地土壤养分有改善作用,150 kg·hm^-2为最适施肥量。     

培育措施对高寒草甸草原植物多样性和生产力的影响

以植物群落特征和根系生物量为主要指标研究了高寒草甸草原对封育(E)、封育+灌溉(EI)、封育+灌溉+施肥(EIF)、封育+灌溉+施肥+补播(EIFR)和全年连续放牧(CG)的响应,以期为该区草地恢复、保护和管理提供支持。结果表明:与CG和E相比,各培育措施均增加了各功能群植物的高度和群落地上、地下生物量,提高了禾本科植物在草群中的比例,垂穗披碱草(Elymus nutans)和冷地早熟禾(Poa crymophila)等优质牧草的重要值显著增加,杂类草植物的重要值降低,其中以EIFR效果最为显著;各培育措施均不同程度的提高了群落物种多样性指数,其中EIF显著高于其他处理;各培育措施不同程度降低了地下与地上生物量比。说明合理选择和组合应用不同培育措施是提升退化高寒草甸草原生产力和有效恢复草地生态的重要手段。     

青藏高原高寒草甸群落特征对氮沉降和增水的响应

试验选择高寒草甸为研究对象,通过连续两年定位观测,采用模拟氮沉降与增水及其交互作用对高寒草地群落特征的影响,为高寒草地生产力功能提升提供科学依据。结果表明:模拟氮沉降和增水及其交互处理,当年均能够显著增加高寒草甸地上总生物量、禾本科植物、豆科植物生物量,但显著降低莎草科植物生物量;而在第2年,增水处理并未明显增加地上生物量,氮沉降与增水交互作用可以稳定地提高高寒草地生产力,各处理均能够明显提高禾本科和莎草科生物量、降低杂类草生物量。增水当年能够显著提高高寒草甸物种丰富度和生物多样性指数,但氮沉降和增水交互降低物种多样性指数;而在第2年,各处理物种数目和多样性指数均降低,且氮沉降与增水的交互作用影响效应达到极显著性检验水平。综合分析,氮沉降和增水及其交互作用在提升草地生产力、优良牧草生物量的同时,也可能造成高寒草甸物种丰富度和多样性指数降低,在草地的适应性管理方面需要引起足够的关注。     

夏季放牧对大通河上游高寒沼泽草甸植被和土壤化学计量特征的影响

为探究放牧对大通河上游高寒沼泽草甸植被与土壤化学计量特征的影响,在祁连县默勒镇瓦日尕村一高寒沼泽草甸草场进行连续两年的牦牛放牧试验。结果表明:高寒沼泽草甸休牧一年后,草地植被株高、优良牧草盖度、地上植物量均呈现出上升趋势,草地状况有较大改善;放牧显著降低草地植物株高、地上植物量和优良牧草的地上植物量(P<0.05),豆科和杂类草植物量略有上升趋势,但差异不显著(P>0.05)。草地植物总盖度、各经济群落的分盖度、地下植物量、土壤含水量均略有下降趋势,但差异不显著(P<0.05)。土壤养分中,全钾和速效氮略有上升趋势,但差异不显著(P>0.05),有机质、全氮、全磷、速效磷和速效钾均不显著降低(P>0.05)。     

外源氮素添加对长江源区高寒沼泽草甸土壤养分及植物群落生物量的影响

为探讨氮沉降对高寒沼泽草甸土壤养分及其群落生物量的影响,本研究对风火山地区3种氮添加处理下（0,5和10 g N·m^-2·a^-1）土壤养分及植物群落生物量展开研究。结果显示：外源氮素添加使得沼泽草甸土壤趋向酸化、土壤有机碳及全氮含量发生改变,显著影响了植物对土壤养分的吸收利用,除繁殖期土壤有效氮显著增加外,其他时期显著降低;外源氮素添加使得群落地上生物量增加,总生物量与地下生物量除返青期显著增加外,其他时期明显减少;整个生长季地下生物量的分配比例随施氮的增加而下降;土壤有效氮含量与植物群落生物量及其分配均显著相关（P<0.01）。综上所述,长江源区高寒沼泽草甸土壤有效氮和植物群落生物量对土壤氮素状况的变化反应敏感,在有效养分匮乏的高寒沼泽草甸添加氮素能够促进植物地上部分的增长,从而改变其自身光合产物的分配模式。