高寒草地不同退化程度下土壤微生物及土壤酶活性变化特征

为探讨不同退化程度对高寒草地土壤微生物及土壤酶活性的影响,以青藏高原东北缘祁连山3种不同退化程度(轻度退化、中度退化、重度退化)高寒草地为研究对象,测定和分析土壤3大类微生物(细菌、真菌、放线菌)和氮素生理群(氨化细菌、好气性固氮菌、嫌气固氮菌、硝化细菌、反硝化细菌)数量、微生物量(碳、氮)及土壤酶活性(蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶)变化特征。结果表明:(1)相同土层不同退化程度,土壤3大类微生物数量、氮素生理群、微生物量以及土壤酶活性随退化程度的加重总体呈减小的趋势,重度退化程度下各指标含量最小,中等退化程度可增加10—20cm土壤放线菌、氨化细菌及反硝化细菌数量和20—30cm土壤细菌、真菌、放线菌、好气性固氮菌、反硝化细菌数量;(2)不同土层相同退化程度,土壤3大类微生物数量、氮素生理群、微生物量以及土壤酶活性随土层深度的加深均逐渐减小。研究结果对评价草地退化程度提供了新思路,同时为高寒草地的恢复和重建提供了重要的理论依据。     

黄河三角洲不同退化程度人工刺槐林土壤酶活性、养分和微生物相关性研究

由人为及自然多种因素的影响造成很多地区人工林地出现衰退现象。本研究选择黄河三角洲不同退化程度的刺槐人工林,对林地土壤酶、养分和微生物及其相关性进行了研究,探讨人工刺槐林退化的原因。结果表明:随着人工刺槐林退化程度加重,土壤脲酶、多酚氧化酶和过氧化物酶活性下降;过氧化氢酶活性则先上升,重度退化林地下降。脲酶与多酚氧化酶和过氧化物酶活性显著相关,过氧化物酶与多酚氧化酶活性显著相关,其他酶之间相关性不显著。土壤养分与土壤酶的变化趋势基本一致,随着林分退化程度加重,有机质、全氮、碱解氮、速效磷含量均呈下降趋势;土壤pH、含盐量随着林分退化程度加重与土壤深度增加而上升,与土壤酶活性的变化趋势相反。土壤酶特别是脲酶活性与土壤养分显著正相关性,与土壤pH和含盐量呈显著负相关。不同退化程度的人工刺槐林地土壤细菌数量最多;真菌和放线菌与细菌变化趋势各不相同,随着退化程度的增加,细菌平均数量表现为未退化>轻度退化>中度退化>重度退化,真菌数量为轻度退化>未退化>中度退化>重度退化,放线菌数量为中度退化>轻度退化>未退化>重度退化。脲酶与细菌、真菌和放线菌数量显著相关,细菌与除过氧化氢酶外的土壤酶活性显著相关,其他酶活性与各类微生物数量相关性不显著。     

封育年限对伊犁绢蒿荒漠土壤微生物及酶活性的影响

[目的]揭示封育条件下土壤微生物及其土壤酶活性的适应机制,为退化草地恢复提供科学依据。[方法]采用蛇形布点法,采集封育0,3及11a伊犁绢蒿荒漠0—5,5—10,10—20cm土壤样品;采用常规方法对土壤有机质、过氧化氢酶活性、脲酶活性及土壤微生物数量进行测定。[结果]随封育年限增加,0—5cm土层有机质含量呈增加趋势,且封育11a较对照显著提高14.2%。土壤微生物组成中细菌数量最多,占绝对优势,放线菌次之,真菌最少。0—5cm土层细菌、真菌数量随封育年限增加呈降低趋势,放线菌数量呈增加趋势,至封育11a细菌、真菌较对照依次显著降低(47.3%,25.5%),而放线菌则显著增加(15.5%);5—20cm土层细菌数量变化不显著,而放线菌及真菌数量多呈增加趋势。封育对伊犁绢蒿荒漠0—20cm土层过氧化氢酶活性影响不显著,而0—10cm土层脲酶活性随封育年限增加呈增加趋势,10—20cm土层则呈降低趋势。[结论]长期封育有利于土壤有机质的积累,促进表层土壤放线菌数量及脲酶活性的增加。     

江河源区不同退化程度高寒草地土壤物理、化学及生物学特征研究

以不同退化梯度的高寒草地土壤为研究对象,研究草地退化对不同层次(0～10cm、10～20cm和20～30cm)土壤物理、化学和生物学特征的影响。结果表明:江河源区高寒生态条件下草地退化对土壤物理、化学和生物学性质具有相对一致的影响,随草地退化程度的加重,各土层土壤含水量和水稳性团聚体百分数逐渐下降,土壤容重则呈增加趋势。草地退化导致土壤各种营养物质含量(除全钾)、土壤微生物群落和土壤酶活性显著下降,其中土壤有机质、速效氮、过氧化氢酶、脲酶、磷酸酶、土壤细菌、真菌和微生物总量在0～10cm土层表现为未退化轻度退化中度退化重度退化,而土壤全氮、全磷、速效钾和放线菌数量在0～10cm土层表现为轻度退化未退化中度退化重度退化,在10～30cm土层,则表现为严重退化草地的有些指标有一定程度升高。相关性分析结果表明,各种土壤酶和微生物群落之间呈显著或极显著正相关(除土壤脲酶和中性磷酸酶之间无显著相关性外);土壤水分,容重、有机碳、全氮、速效氮、速效钾与各种土壤酶和各种微生物均具有显著相关性;水稳性团聚体与各种微生物和中性磷酸酶具有显著相关性。     

高寒草原土壤有机碳与腐殖质碳变化及其微生物效应

基于多区域重复采样,研究了藏北高原不同状态(正常、轻度和严重退化)高寒草原表层(0～10 cm)、亚表层(10～20 cm)土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)、腐殖质碳(Humus carbon,HC)、胡敏酸碳(Humic acid carbon,HAC)和富里酸碳(Fulvic acid carbon,FAC)的变化,以及土壤微生物群落、微生物生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)、纤维素分解酶活性(Cellulolytic enzyme activity,CEA)对其产生的影响与作用。结果表明:高原寒旱环境中土壤的HC/SOC比例过低,但PQ值(HAC/HC)很高。随土层加深,不同状态草地SOC、HC、HAC含量、HC/SOC比例在总体上趋于不同程度的下降,PQ值则均呈一定程度的提高。相对于正常草地,随草地退化加剧,表层SOC、HC(HAC、FAC)增幅分别表现出略呈下降、大幅提高,亚表层降幅则均呈大幅下降。反映到0～20 cm土层,SOC、HC、HAC含量均表现出正常草地严重退化草地轻度退化草地,HC/SOC比例、PQ值则分别呈严重退化草地正常草地轻度退化草地、正常草地轻度退化草地严重退化草地,说明草地退化在促进表层SOC、HC(HAC、FAC)形成与积累的同时,更"激发"了亚表层的矿化,尤其是严重退化草地有机残体的分解过程,但腐殖质品质并未随土壤腐殖化程度的提高而得到相应改善。MBC、CEA与SOC、HC及组分高度一致的土体分布格局影响并决定了上述过程,草地退化有利于真菌、放线菌对土壤、尤其是亚表层土壤有机残体的分解与转化。     

黄河三角洲退化湿地土壤养分、微生物与土壤酶特性及其关系分析

为了揭示黄河三角洲湿地退化与土壤的关系,为湿地生态修复和有效利用湿地资源提供理论依据,对黄河三角洲退化湿地不同演替阶段的土壤酶活性、土壤养分和土壤微生物特性及土壤酶与养分和微生物的关系进行分析。结果表明:随着湿地由白茅群落到光板地的逆向演替,土壤脲酶、蛋白酶活性呈逐渐下降趋势,碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性变化规律与其相似;不同演替阶段土壤酶活性表现出差异性,各种酶之间蛋白酶活性最高;土壤养分质量含量基本都随着湿地逆向演替的进行而递减,不同演替阶段土壤养分质量分数差异显著;退化湿地土壤中各种微生物数量存在明显差异性,在土壤微生物群落中,细菌数量所占比例最大,在各类微生物中占绝对优势,其次为放线菌,真菌数量最少;白茅群落阶段细菌和真菌数量最多,柽柳群落阶段放线菌数量最多;土壤酶与土壤养分、土壤微生物存在密切正相关关系;细菌与脲酶和过氧化氢酶有密切关系,真菌与脲酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶都具有显著的相关性。     

微生物菌肥对草原矿区排土场土壤微生物与土壤酶活性的影响

[目的]研究施入微生物菌肥对土壤微生物数量及主要土壤酶活性的影响,为利用微生物菌肥改良草原矿区排土场恶劣土壤环境提供理论依据。[方法]采用完全随机区组设计,设微生物菌肥2种施用方法、3种施用量,对不同施肥处理后土壤中可培养细菌、真菌、放线菌菌落数量进行测定,分析土壤过氧化氢酶活性、蔗糖酶活性、脲酶活性、碱性磷酸酶活性变化。[结果]施用微生物菌肥土壤中可培养细菌、真菌、放线菌菌落数量均显著高于未施肥处理(p0.05);施用微生物菌肥土壤中脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性比未施肥样地分别增加29.0%,92.6%,25.7%,75.7%;土壤可培养细菌、真菌、放线菌菌落数量与土壤酶活性之间有一定的相关性;在微生物菌肥沟施法与较大的菌肥施用量作用下土壤可培养细菌、真菌、放线菌菌落数量较高,土壤酶活性较强。[结论]微生物菌肥添加使草原矿区排土场土壤中微生物菌落数量增加、土壤酶活性增强,施用微生物菌肥改善了原状土壤环境,增加了土壤肥力。     

高寒生态脆弱区不同扰动生境土壤微生物数量的变化

通过实地调查及平板表面涂抹法和稀释法分别测定了5种不同扰动生境(一年生草地、多年生草地、围栏内草地、围栏外草地和"黑土滩"草地)下,高寒生态脆弱区天祝草原植被状况、土壤细菌、真菌、放线菌及总数量的影响。结果表明,不同扰动生境草地植被状况、土壤细菌、真菌、放线菌数量及总数量分布各不相同。其中一年生草地植被盖度、产量最大,土壤细菌及微生物总数量最高;"黑土滩"草地土壤真菌及放线菌数量最多,但植被盖度最小;围栏外草地地上植物量最小,土壤细菌、真菌、放线菌及微生物总数量最低。该区草地退化和土壤微生物数量减少的趋势并未得到改善。因此,应对该区草地和土壤退化给予足够的重视。     

黄土高原坡地苹果园土壤质量演变研究——以陕西省富县为例

采用空间代时间的方法,对不同种植年限苹果园土壤质量演变进行了研究。结果表明,随着种植年限增加,果园土壤pH值有降低趋势;土壤有机碳含量呈缓慢降低趋势。土壤氮磷含量富集;真菌和放线菌数量都表现为先增大后减少的变化规律;但细菌占微生物总量比例呈下降趋势,真菌、放线菌所占比例呈增加的趋势。据主成分分析的结果将不同年限果园土壤质量综合分为:质量最好(9龄果园),良好(5龄和14龄),较差(17和23龄)和差(1龄)共4个等级。农田改建果园后,5a左右进入盛果期,土壤质量状况良好;到第9a时,土壤质量状况最好,土壤养分和酶活性最高;14a左右进入衰退期;至17～23a时土壤质量下降明显,果树退化严重。     

不同状态高寒草原主要土壤活性有机碳组分的变化

对藏北高原正常、轻度和严重退化高寒草原表层(0 ～ 10 cm)、亚表层(10～20 cm)活性有机碳(Active soil organic carbon,ASOC)主要组分变化,以及土壤微生物对ASOC的影响进行了研究,结果表明:(1)易氧化有机碳(Readily oxidizable organic carbon,ROC)、微生物生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)、轻组有机碳(Light fraction organic carbon,LFOC)和水溶性有机碳(Water-soluble organic carbon,WSOC)对土壤环境变化的敏感度显著不同,平均分配比率分别为11.10％、0.57％、0.04％和0.03％,高原寒旱环境对WSOC、LFOC的形成与积累极为不利.(2)不同状态高寒草原亚表层ASOC各组分含量均显著高于表层;与正常草原ASOC各组分含量相比,退化草原表层、亚表层分呈小幅增加和大幅下降,但轻度退化草原变化幅度大于严重退化草原;因此,0～20 cm土层ASOC各组分含量均呈正常草原＞严重退化草原＞轻度退化草原.(3)不同状态草原中,纤维素分解酶活性对ASOC组分的形成均具极显著(R2:0.731 ～0.960)的促进作用,土壤放线菌、真菌对纤维素分解酶活性(Cellulolytic enzyme activity,CEA)则具有较大影响.(4)草原严重退化阶段,土壤微生物可能已完成向抗逆能力、纤维素分解酶分泌能力更强生理种群的演替,其相对较高的SOC、ASOC含量表征着土壤有机残体的较大消耗.     

青藏高原三江源区不同恢复期高寒草甸土壤线虫群落演变

青藏高原三江源地区的高寒草甸面临着严峻的退化问题，人工建植是三江源地区退化草地的重要修复方式。为探究地下生物对草地人工恢复措施的响应，本研究比较了三江源地区高寒草甸不同恢复期人工草地(建植1、5和10 a)的土壤线虫群落变化。结果显示：与原生植被样地相比，所有恢复期样地的植物地下生物量降低，土壤容重、pH、全磷、全钾和硝态氮含量升高，表明人工草地系统的初级生产力和土壤特性尚未恢复到原生草地状态。不同恢复期样地中土壤线虫的均匀度和多样性指数均显著高于原生植被样地。此外，不同恢复期样地的线虫多度、代谢足迹以及成熟度指数均随恢复年限的增加而增加。相关性分析结果表明，土壤线虫多度与植物地下生物量、土壤有机质、全氮、全磷、矿质氮和速效氮含量显著正相关(P<0.05)，与土壤pH、全钾和容重显著负相关(P<0.05)。尽管三江源区退化草地的人工恢复措施尚未完全恢复牧草生产力至原生植被状态，但土壤生物结构及功能具有改善的趋势，显示该地区退化草地生态系统具有较强的恢复潜力。     

川西北高寒草地退化对土壤团聚体组成及稳定性的影响

应用干筛法与湿筛法分析了川西北高寒草地不同退化阶段土壤团聚体组成特征,选取了土壤大团聚体含量（R_0.25）、平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和团聚体破坏率（PAD）指标,研究了退化过程土壤团聚体稳定性的变化。结果表明:未退化草地土壤机械稳定性团聚体和水稳性团聚体组成都以大团聚体（>0.25 mm）为主,而退化草地均以微团聚体（<0.25 mm）为主;随着草地退化程度加剧,大团聚体含量（R_0.25）显著降低,土壤团聚体MWD和GMD均表现为:未退化 > 轻度退化 > 中度退化 > 重度退化,PAD呈现相反的变化趋势,其中未退化到轻度退化阶段团聚体稳定性变化最为明显;未退化和轻度退化草地土壤团聚体稳定性由表层向下层递减,而中度和重度退化草地表层（0—10 cm）土壤团聚体稳定性弱于下层（10—40 cm）。这些结果表明随着高寒草地退化的加剧,土壤团聚体稳定性显著降低,轻度退化阶段是土壤结构稳定性下降的关键期,在沙化防治中应予以重视。     

不同土地管理措施对高寒嵩草草甸植被及土壤理化特征的影响

在青海玛沁地区,选择 4 种处于不同退化阶段以及 2 种人工处理的高寒草甸为研究对象,探讨不同放牧强度和人工干预措施下,植被特征、土壤营养元素和土壤物理性状的变化过程,为合理利用和提高草地生产力提供依据.结果表明:随着退化的加剧,高寒草甸的盖度、高度、地上生物量和种类呈下降趋势,可食性牧草逐渐让位于杂草;土壤 N、C 含量以及含水量逐渐降低,体积质量逐渐增大.与重度退化草甸相比,经人工干预处理后草甸的生物量、盖度、高度以及土壤营养元素和物理性状都有所增加提高.这些结果表明随着植被的退化演替,土壤退化越来越严重,土壤越来越贫瘠化.人工干预能够在一定程度上改善土壤物理特征,提高草地的生物量.     

退化演替对高山草地植被和土壤理化特性影响

[目的]分析3种不同草地退化阶段(轻度退化,中度退化和重度退化)草地植被和土壤理化特性的变化规律,为类似区域退化草地植被恢复提供有效途径。[方法]野外植被调查、土壤取样和室内分析。[结果]草地退化不同阶段草地植物群落组成和物种多样性均有差异,退化对草地土壤理化特性有明显影响。重度退化草地土壤容重显著高于轻度退化草地(p0.05)。轻度和中度退化样地0—10cm土壤空隙度显著高于重度退化草地。重度退化草地的土壤有机质、全碳、全钾、全磷和有效钾均明显小于轻度退化草地(p0.05),但土壤pH值和有效氮含量没有显著变化。[结论]高山草地退化演替对该区土壤物理特性具有显著影响。     

甘南高寒草甸退化过程中土壤理化性质和微生物数量动态变化

研究甘南高寒草甸退化草地土壤理化性质和微生物数量动态变化特征,为退化草地改良修复提供理论依据。于2017年5,7,10月分别采集极度(ED)、中度(MD)和轻度(LD)退化草地,以及未退化的对照草地(CK)土壤,测定其理化特性及微生物数量特征。结果表明:CK的土壤含水量在5,7月均显著小于LD、MD和ED的土壤含水量,而在10月显著大于LD、MD和ED的土壤含水量;随着退化程度的加剧,土壤pH逐渐增大,有机碳、全氮和全磷含量逐渐减小;土壤细菌数量对草地的退化反映更敏感,放线菌次之,真菌最小;CK和LD的土壤微生物数量随土层深度下降更为明显;冗余分析结合蒙特卡罗置换检验结果发现,各月份影响微生物数量的环境因子不同,显著影响5月微生物数量的是土壤全磷和土壤含水量,而7月除土壤pH外,其余指标均有显著影响,10月除土壤pH和土壤碳氮比外,植被盖度和生物量等均有显著影响。可见,甘南高寒草甸土壤理化特征和三大微生物数量对退化程度的响应具有季节差异,不同时期影响因素和权重需在草地管理中予以重视。     

尕海湿地不同退化梯度土壤脲酶与蛋白酶活性时空分布特征

为探讨高寒湿地退化对土壤酶活性的影响，本文以青藏高原东缘尕海湿地未退化、轻度退化、中度退化和重度退化4种不同退化梯度的0～10、10～20和20～40 cm层土壤为研究对象，研究不同退化梯度土壤脲酶与蛋白酶活性时空变化特征。结果表明：随退化梯度加剧，土壤含水量降低，温度升高；土壤脲酶活性在0～40 cm土层中表现为随退化加剧而逐渐降低，而蛋白酶活性趋势恰好相反；除重度退化外，其他退化梯度土壤两种酶活性均随土层加深而降低；0～40 cm土层中脲酶与蛋白酶活性分别在7、8月和6、7月最高；相关性分析表明土壤脲酶活性与蛋白酶活性和温度极显著正相关(P<0.01)；土壤蛋白酶活性与微生物生物量氮极显著正相关(P<0.01)，与含水量和温度显著正相关(P<0.05)，与硝态氮显著负相关(P<0.05)。沼泽化草甸退化显著增加土壤表层脲酶活性而降低蛋白酶活性；温度对土壤脲酶与蛋白酶活性起促进作用，含水量、微生物生物量氮对土壤蛋白酶活性具有促进作用。     

青藏高原高寒嵩草草甸植被群落特征对退化演替的响应

以空间代替时间的方法,于2012年7月中旬-8月中旬在青藏高原祁连山南麓分别选取原生、轻度、中度和重度4种不同退化梯度的高寒嵩草（Kobresia）草甸,对其土壤理化、水分特征和植被群落进行研究,以探究高寒嵩草草甸生态功能退化过程中植被群落的变化特征.结果表明,中度退化样地的地上生物量、表层（0-10cm）土壤含水量和降水地表入渗速率显著最小（P＜0.01）,表层地下生物量、表层土壤有机质、表层田间持水量和草毡层厚度显著最大（P＜0.01）.基于退化高寒嵩草草甸群落的植被功能群和群落多样性的非度量多维排序结果表明,其退化过程可明确划分为原生植被、轻度退化、中度退化和重度退化4个阶段,冠层高度、地上生物量、草毡层厚度和降水地表入渗速率对群落变化的相对贡献较大.植被群落对退化过程的响应为非平衡型（Non-equilibrium）,群落变化的“分水岭”存在于中度退化和重度退化之间.研究结果对退化嵩草草甸的恢复措施选择具有重要的指导意义.     

Dynamic study of infiltration rate for soils with varying degrees of degradation by water erosion

Ultisols, widely distributed in tropical and subtropical areas of south China, are suffering from serious water erosion, however, slope hydrological process for Ultisols under different erosional degradation levels in field condition has been scarcely investigated. Field rainfall simulation at two rainfall intensities (120 and 60 mm/h) were performed on pre-wetted Ultisols with four erosion degrees (non, moderate, severe and very-severe), and the hydrological processes of these soils were determined. The variation of soil infiltration was contributed by the interaction of erosion degree and rainfall intensity (p < 0.05). In most cases, time to incipient runoff, the decay coefficient, steady state infiltration rate, and their variability were larger at the high rainfall intensity, accelerating by the increasing erosion severity. Despite rainfall intensity, the infiltration process of Ultisols was also significantly influenced by mean weight diameter of aggregates at the field moisture content, soil organic carbon and particle size distribution (R² > 30%, p < 0.05). The temporal erodibility of surface soil and soil detachment rate were significantly and negatively correlated with infiltration rate (r < -0.32, p < 0.05), but less significant correlation was observed between sediment concentration and infiltration rate for most soils, especially at the high rainfall intensity. The variation of surface texture and soil compactness generated by erosion degradation was the intrinsic predominant factors for the change of infiltration process of Ultisols. The obtained results will facilitate the understanding of hydrological process for degraded lands, and provide useful knowledge in managing crop irrigation and soil erosion.     

QUANTITATIVE ASSESSMENT OF DEGRADATION CLASSIFICATIONS for DEGRADED ALPINE MEADOWS (HEITUTAN), SANJIANGYUAN,WESTERN CHINA

Improving our understanding of abiotic and biotic thresholds that are transgressed during ecosystem degradation is vital for effective landscape‐level restoration. Establishing logical and consistent typologies of degradation is an important first‐step in this process. Areas of degraded alpine meadow in western China are referred to as Heitutan (or ‘black soil beach’) and cover vast areas. Previously, four classes of grassland degradation have been differentiated in this large area: non‐degraded alpine meadow and moderate, severe and extreme Heitutan . We evaluated existing field‐based classifications of Heitutan in the Sanjiangyuan region, and examined the criteria on which these classifications are made, by using multivariate statistical approaches. First, we asked whether existing qualitative classifications, based on vegetation cover and the abundance of impalatable plant species, adequately describe the nature of degradation at different locations. We then used a suite of vegetation and soil measures collected across 175 sites spanning a range of degradation conditions to develop a new quantitative assessment of degradation across the alpine meadows of the Qinghai‐Tibetan Plateau. Hierarchical classification highlights two broad classes of degradation: non‐degraded alpine meadow and degraded Heitutan . The non‐degraded category effectively combines the non‐degraded grassland and moderate classes, whereas the degraded Heitutan combines the severe and extreme Heitutan classes. Ordination analyses suggest that the four previously recognized classes of degradation intergrade. Of the 14 biophysical variables used to classify subsites on the basis of their degradation, bare ground area and vegetation cover are the two most useful predictors of grassland condition and associated ecological threshold conditions. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.