人工草地建设对甘南草原土壤理化特性和微生物数量特征的影响

研究甘南草原高寒草甸退化草地人工种草后土壤理化性质和微生物数量特征,为退化草地的修复与利用提供参考。于2017年5,7,10月分别采集播种燕麦、黑麦及其未播种的草地土壤,测定其理化特性及微生物数量特征。结果表明:人工种植的黑麦草地土壤水分均大于燕麦人工草地,5,7月人工草地土壤含水量均显著大于对照草地,但10月差异不显著(P>0.05);pH在各月份不同播种方式下差异均不显著(P>0.05);土壤全氮、全磷在不同月份间差异亦不显著(P>0.05),但黑麦人工草地5月10—20cm层的有机碳、10月40—50cm层的全氮含量均显著大于燕麦人工草地及对照样地(P<0.05),7月20—30cm层燕麦人工草地的有机碳含量显著大于黑麦人工草地及对照草地;5月0—30cm层燕麦人工草地和黑麦人工草地的细菌数量显著高于对照草地的细菌数量(P<0.05),7月0—10cm层人工草地细菌数量显著高于对照草地(P<0.05),10月黑麦人工草地0—30cm层细菌数量均显著高于对照草地(P<0.05);5,10月真菌数量在0—10cm层人工草地显著高于对照草地(P<0.05),7月10—30cm层人工草地的真菌数量、0—10cm层的放线菌数量均显著高于对照草地(P<0.05);冗余分析发现,土壤细菌和真菌的变化具有联动性,且与土壤有机质、全氮、全磷等养分呈正相关。综上,人工种草后土壤养分的变化导致了土壤微生物数量的差异,这需要在草地管理中予以重视。     

退化高寒草地土壤养分、酶活性及生态化学计量特征

为探究不同退化高寒草地土壤特性的变化规律。对祁连山康乐、皇城和天祝试验点退化高寒草地(轻度退化草地、中度退化草地和重度退化草地)土壤养分含量及其生态化学计量学特征进行测定分析。结果表明:(1)各试验点土壤pH、电导率、含水量和有机质含量均随着土层深度的增加而降低,在0—20cm土层中,土壤pH呈现出升高趋势,电导率呈现出先升高后降低趋势;在20—40cm土层中,土壤pH呈现出先升高后降低趋势,电导率呈现出先降低后升高趋势,土壤含水量和有机质含量在0—20,20—40cm土层中均随着退化程度的加剧而逐渐降低。(2)不同草地土壤有机碳、全氮、全磷和全钾含量均随退化程度的加剧和土层深度的增加而逐渐降低,且各样地间差异显著(p0.05)。(3)在不同退化草地土壤不同土层中,C/N变化范围为19.10~40.48、C/P变化范围为87.85~121.97和N/P变化范围为4.10~6.76。(4)随草地退化程度加剧,土壤纤维素酶活性呈先上升后降低趋势,脲酶、中性磷酸酶、脱氢酶、蔗糖酶和氧化还原酶呈降低趋势。(5)通过土壤理化、酶活性及生态化学计量比间相关性和主成分分析表明,土壤理化、酶活性和土壤生态化学计量比指标可以敏感地反映出不同退化草地土壤质量状况。综上,祁连山不同程度退化高寒草地土壤已逐步恶化,应加强对该地区草地合理利用和科学管理。     

青藏高原高寒草甸退化对土壤氮素转化微生物基因的影响

[目的]深入分析高寒草甸退化过程中土壤氮素转化特征,明确草甸退化对土壤氮素转化微生物基因丰度的影响,为认识高寒草甸的退化机理以及科学治理高寒退化草甸提供重要依据。[方法]以青藏高原不同退化程度高寒草甸(未退化、轻度退化、中度退化、重度退化)为研究对象,利用实时定量PCR法分析退化过程中土壤理化性质及与氮素转化相关基因(nifH,amoA-AOA,amoA-AOB,narG,nirK,nirS和nosZ)丰度的变化,明确影响高寒草甸氮素转化基因的关键因子。[结果]①随退化程度的加剧,高寒草甸土壤有机碳、全氮、硝态氮及铵态氮含量逐渐降低;②高寒草甸退化降低了与氮素转化相关的固氮nifH基因、氨氧化amoA-AOA和amoA-AOB基因丰度,但增加了反硝化narG,nirS和nirK基因丰度,且在重度退化草甸丰度最高;③nifH,amoA-AOA和amoA-AOB基因与土壤有机碳、硝态氮、铵态氮及水分呈显著正相关,narG,nirS和nirK基因与土壤有机碳、硝态氮及铵态氮含量呈显著负相关,与pH值呈显著正相关。[结论]高寒草甸退化对氮素转化微生物具有重要影响,土壤有机碳、pH值及水分是影响土壤氮素转化微生物基因的主要因素。     

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。     

羌塘自然保护区土壤微生物数量及其生物活性研究

为了探讨羌塘自然保护区高寒草地土壤微生物数量组成及获得新药物先导化合物,选择土壤质地、植被类型基本一致,海拔高度不同的8个样地,采用稀释平皿分离测数及琼脂块法研究了土壤微生物数量及与生态因子的相关性、微生物酶活性和拮抗性.结果表明:研究区域微生物总数量为细菌占绝对优势,其次是放线菌,真菌数量最少.相关性分析表明,海拔高度、有机质与微生物各类群均具有显著或极显著负相关性,土壤含水量与微生物各类群呈正相关,除真菌与pH值呈负相关外,其他微生物类群与pH值呈正相关,且达到了极显著水平.羌塘自然保护区高寒草地土壤微生物产酶活性较强,但拮抗性较弱,揭示了从碱性高寒草甸土中筛选到高拮抗活性菌株的可能性较小.     

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。     

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。     

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。     

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。     

青藏高原东缘“黑土型”退化草甸人工草地改良的土壤养分响应

以青藏高原东缘的高寒草甸区"黑土型"退化草甸为例,研究了人工草地建设对"黑土型"退化草甸的土壤养分改良效果。结果表明,人工草地建植年限和土壤深度对土壤养分均表现了显著作用;随着人工草地建立年限的增加,土壤有机质在0-10cm呈显著增加,在10-20cm为不显著增加趋势,而在20-30cm则呈现了显著的下降趋势,0-10cm和10-20cm土层的土壤全氮和全磷均呈显著增加趋势,而20-30cm的全氮和全磷则呈现一定的下降趋势;速效氮和速效磷则在3个土层均呈现了显著的下降趋势,且随着土层深度的增加也呈显著的下降趋势。在高寒地区的"黑土型"退化草甸上进行人工草地建设,有利于退化草地土壤养分条件的改善,可以为后期草地群落的良性演替和发展提供一个良好的土壤养分生境。     

长期围栏封育对天山中部草地土壤有机碳及微生物量碳的影响

以天山中部中科院巴音布鲁克草原生态观测站三种类型草地长期（26 a）围栏封育样地为研究对象,通过野外调查取样结合室内分析的方法,研究了长期（26 a）围栏封育对草地土壤有机碳和微生物量碳含量的影响,结果表明：（1）围栏外（自然放牧条件下）,表层的土壤有机碳含量为高寒草甸（165.29 g·kg-1）〉高寒草甸草原（98.73 g·kg-1）〉高寒草原（83.54 g·kg-1）,微生物量碳含量依次为高寒草甸草原（181.70 mg·kg-1）〉高寒草甸（146.37 mg·kg-1）〉高寒草原（43.06 mg·kg-1）。围栏封育后,高寒草甸、高寒草甸草原、高寒草原表层土壤有机碳含量分别提高了11.37%、3.26%和2.21%;高寒草甸草原和高寒草甸微生物量碳含量分别增长2.89%和12.04%,而高寒草原降低40.36%。（2）从围栏内外土壤剖面来看,土壤有机碳、微生物量碳含量随着土壤深度的增加依次降低,微生物熵也随土壤深度的增加呈现降低的趋势。（3）微生物量碳含量与土壤速效钾、全磷含量达到极显著负相关（P〈0.01）,与速效磷含量达到极显著正相关（P〈0.01）,与土壤有机碳、全氮、全钾含量呈显著正相关（P〈0.05）与土壤速效氮含量正相关,但不显著。     

川西北高寒草甸土壤微生物功能多样性对磷(P)添加的响应

研究高寒草甸添加不同磷(P)肥梯度对土壤养分状况与土壤微生物的影响,探明土壤养分变化和微生物功能多样性的差异及其互作关系。采用常规实验室分析和Biolog-ECO生态板法,研究了0 g m~(-2)(CK),10 g m~(-2)(P10),20 g m~(-2)(P20),30 g m~(-2)(P30)4个施P肥水平下土壤养分及土壤微生物功能多样性的变化规律。结果表明:P肥显著增加高寒草甸的速效养分、全磷和全钾的含量,但对有机质、全氮和pH无显著影响。AWCD值在表层(0~10 cm)无显著变化,但深层(10~20 cm)则为P20>P30>P10>CK。土壤微生物多样性在表层随施肥量增加而降低,而深层随施肥量增加而升高。主成分分析表明,氨基酸类、胺类、酯类是土壤微生物利用的主要碳源类型,其中在表层糖类和酯类随施肥量增加而降低,而深层碳源利用均在P20处理下显著提高。冗余分析表明,土壤速效氮、速效磷和速效钾含量是影响高寒草甸土壤微生物功能多样性和代谢活性的主要因子。因此,在退化高寒草甸适量添加P肥有利于生态系统的恢复重建。     

Short-term biochar effect on soil physicochemical and microbiological properties of a degraded alpine grassland

Soil remediation is an important part of the restoration process of degraded terrestrial ecosystems. Due to its unique properties, biochar is being used widely as an effective soil modifier in agricultural systems, but research is still rare on biochar application in grassland ecosystems, especially in degraded alpine grasslands. In this study, we conducted a plot experiment to investigate the effect of biochar application on soil physicochemical properties and microorganisms at the 0–20 cm soil depth of a degraded alpine grassland in Qinghai-Tibet Plateau, China. The experiment consisted of four corn straw biochar application levels (0%, 0.5%, 1% and 2%, with the percentage representing the ratio of biochar weight to the dry weight of soil in the surface 20 cm soil layer). When the biochar addition increased from 0% to 2%, total nitrogen, total organic carbon and available phosphorus in the 0–10 cm soil layer increased by 41%, 55% and 45%, respectively, in the second year after biochar addition. Meanwhile, soil electrical conductivity decreased, and soil water content increased. Total microbial, fungal and bacterial biomasses in the 0–10 cm soil layer increased from 9.15 to 12.68, 0.91 to 1.34, and 3.85 to 4.55 μg g^-1, respectively. The relative biomasses of saprophytic fungi and methanotrophic bacteria decreased, while the relative biomasses of ectomycorrhizal fungi and arbuscular mycorrhizal fungi increased. These results indicate that biochar has a great potential in improving microbial activity and soil fertility in soil remediation of the degraded alpine grassland.     

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.     

江河源区高寒嵩草草甸土壤氨基酸成分和含量特征分析

通过高效液相色谱技术分析了青海省果洛州达日县窝赛乡原生嵩草草甸、严重退化草地及人工草地三类植被土壤中各种氨基酸成分及含量。结果表明:(1)三种类型土壤中都检测出19种常见氨基酸:精氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、谷氨酸、苏氨酸、丙氨酸、甘氨酸、氨基丁酸、脯氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、胱氨酸、组氨酸、鸟氨酸、赖氨酸、酪氨酸;(2)测定结果表明原生嵩草草甸土壤的氨基酸总量显著高于人工恢复重建草地和严重退化土壤氨基酸,而后两者之间差异不显著。原生高寒草地的土壤(6316.28μgg-1)严重退化草地土壤(2977.10μgg-1)人工恢复重建草地土壤(2975.90μgg-1)。(3)原生高寒草地土壤氨基酸总体呈现下降趋势:5月氨基酸含量最高,随后6月7月的显著下降,8月稍微有所回升,9月氨基酸含量到达最低;严重退化草地土壤与人工恢复重建草地土壤氨基酸含量季节变化相似,氨基酸总量在6月份到达最高点,随后7月8月显著下降,9月份稍微有所回升。     

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。