祁连山不同类型草地土壤细菌群落特征研究

祁连山是我国西部重要的生态屏障,拥有大量的草地资源。研究草地土壤细菌群落组成及其与土壤环境因子间的关系,可对维持草地生态及了解祁连山土壤细菌群落组成提供一定的数据基础。采用高通量测序技术检测并分析了祁连山默勒镇3种类型草地 （高寒草甸、人工草地、沼泽化草甸）0~10 cm土壤细菌群落结构及多样性,并对上述土壤细菌群落与土壤理化因子的相关性进行了系统的研究。结果表明：1）沼泽化草甸土壤全氮、全磷、有机质碳、含水量和硝态氮显著高于高寒草甸和人工草地（P<0.05）。2）3地共测得有效序列1022446条,以97%的一致性将序列聚类,高寒草甸、人工草地、沼泽化草甸OTU聚类均值分别是4917、5233、5075条。3）Shannon和Simpson多样性指数3地间差异不显著,Chao1指数表现为人工草地>高寒草甸>沼泽化草甸（P<0.05）。4）在门水平上,3地均以变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和浮霉菌门为主要类群;在属水平上,表现出不同类型草地细菌富集类型不同。5）有机质碳、全磷、土壤含水量与土壤细菌群落的组成表现出极显著相关（P<0.01）。综上,祁连山地区小生境内3种草地土壤微生物群落存在差异,有机质碳、全磷、土壤含水量是影响群落的主要驱动因子。     

祁连山东麓高寒草甸不同退化程度草地土壤种子库特征研究

通过野外调查和种子萌发法对东祁连山高寒草甸4种不同退化程度草地(未退化,ND;轻度退化,LD;中度退化,MD;重度退化,HD)土壤种子库进行了比较研究。结果表明:4种退化程度草地种子密度大小为:轻度退化草地>未退化草地>中度退化草地>重度退化草地;未退化草地共发现了6种植物,主要为十字花科(Cruciferae)和毛茛科(Ranunculaceae)植物;轻度退化草地共发现了9种植物,主要为禾本科(Gramineae)、菊科(Compositae)和豆科(Leguminosae)植物;中度退化草地共发现了5种植物,主要为车前科(Plantaginaceae)植物;重度退化草地共发现了5种植物,主要为禾本科(Gramineae)植物;对于土壤种子库的物种多样性,轻度退化草地最有利于维持和保护该地区物种多样性,未退化草地和轻度退化草地显著优于中度退化草地和重度退化草地;总体来看,4种退化程度草地种子库种子与地面植被物种相似性均较低。     

沙化和人工植被重建对高寒草地土壤细菌群落特征的影响

土壤微生物群落特征指示着草地的质量和健康状况。本研究以青海省贵南县的天然草地（NG）、沙化草地（DG）、草本人工恢复草地（AG）和灌木人工恢复草地（AS）4种草地类型为研究对象,采用qPCR和Illumina MiSeq高通量扩增子测序技术研究了土壤细菌群落生物量、多样性及其结构的变化,结合植被和土壤属性剖析了高寒草地土壤细菌群落演变的关键影响因子及其贡献。结果表明：草地沙化显著（P<0.05）降低了土壤细菌群落的生物量和α多样性,人工植被重建则促进了土壤细菌群落生物量和α多样性的恢复,22年后基本达到未退化前的水平。草地沙化显著（P<0.05）增加了芽单胞菌门（Gemmatimonadota）的相对丰度,而变形菌门（Proteobacteria）和浮霉菌门（Planctomycetota）的相对丰度则显著降低（P<0.05）;人工植被重建促进了优势细菌门逐渐向NG方向演变,22年后绝大部分优势细菌的相对丰度基本恢复到未退化之前的状态。然而,DG、AG和AS与NG的土壤细菌群落结构相似性不高,而AG和AS的群落结构则高度相似。土壤细菌群落结构与绝大多数植被和土壤理化指标显著 （P<0.05）正相关,植被属性对其群落结构变化的解释度（10.0%）比土壤物理属性（6.3%）和化学属性（1.9%）更高,植被与土壤所有指标共解释了72.0%的土壤细菌群落结构的变化,表明植被和土壤通过相互作用共同决定了高寒草地土壤细菌群落结构的演变。因此,加强对植被和土壤的保护,防止草地退化,并对沙化草地进行人工植被重建,对于保护和恢复青藏高原高寒草地土壤细菌群落具有重要的生态意义,而选择利用灌木或草本进行人工植被重建对表层土壤细菌群落的影响区别不大。     

祁连山东段不同退化高寒草甸土壤有机碳密度研究

于2008年在祁连山东段天祝地区选取轻度、中度和重度3个不同退化程度的高寒草地,以土壤有机碳密度为研究对象,探讨高寒草地在不同退化程度干扰下土壤有机碳密度的变化特征。结果表明:随着高寒草地退化程度的加重,土壤含水量降低,容重和pH值增大;土壤有机质和全氮有相似的变化趋势,中度与轻度或重度退化草地土壤有机质和全氮差异显著(P<0.05);土壤有机碳密度在0-10 cm土层显著高于其他土层(P<0.05),并随着土层加深有显著的垂直变化趋势;不同退化程度草地在0-30 cm土层总土壤有机碳密度表现为中度>轻度>重度退化草地。     

不同退化程度高寒草地土壤酶活性的研究

研究了东祁连山高寒草地脲酶、过氧化物酶、中性磷酸酶和纤维素酶活性的垂直变化规律及草地退化程度对土壤酶活性的影响。结果表明,3个不同退化程度样地的中性磷酸酶,纤维素酶和过氧化物酶活性随土壤深度的加深而呈现递减的规律,并且表层土壤酶活性在3层总酶活性中占有较大的比例,最大占47.4%,最小占37.2%;中性磷酸酶,纤维素酶和过氧化物酶活性均表现为轻度退化>重度退化>过度退化。相关分析表明,在0~30 cm土层中纤维素酶和过氧化物酶活性在轻度退化草地与过度退化草地差异极显著(P<0.01),在10~20 cm土层中脲酶活性和中性磷酸酶活性在轻度退化草地与过度退化草地差异显著(P<0.05)。     

祁连山高寒草地不同退化程度植物群落结构与物种多样性研究

为祁连山康乐草原生产力恢复与提高提出有效措施、生物多样性保护和资源可持续利用提供理论依据,采用样方法对祁连山高寒草地不同退化程度植物群落结构和土壤特性进行调查、测定和分析,并运用5个多样性指标(Margalef丰富度指数、Dominance优势度指数、Simpson多样性指数、Evenness均匀度指数和Shannon多样性指数)研究了其物种多样性变化。结果表明:1)轻度退化草地(LDG)-中度退化草地(MDG)-重度退化草地(SDG),不同退化草地植物群落特征(密度、高度、频度、总盖度和地上生物量)整体呈现降低趋势且差异显著(P<0.05),表现为LDG>MDG>SDG;2)研究区植物共15科35属39种,其中豆科、蔷薇科、禾本科、菊科和莎草科中的植物均具备较强生态适应性,各退化程度草地植被型分别为草地早熟禾+珠芽蓼、赖草+矮生嵩草、矮生嵩草+赖草,其中禾草是群落的优势种;3)高寒草地功能群植物呈现杂类草最多,禾草类次之,毒草类占有比例最少,其中在不同退化草地杂类草、毒草类重要值分别为75.14%(SDG)>48.67%(LDG)>30.05%(MDG)、20.81%(LDG)>18.01%(SDG)>17.11%(MDG);4)不同退化草地群落物种优势度指数在重度退化草地最高为0.23,而轻度退化草地物种Margalef丰富度指数最高为2.64、Shannon多样性指数最高为2.09;5)随退化程度加重,土壤全磷、全氮、有机质和含水量呈现下降的趋势,pH呈升高的趋势,且不同退化草地土壤环境因子含量对植被生长贡献率不同。综上所述,随着康乐草地退化程度增加群落结构向单一趋势演替且环境限制因子也发生相应变化。     

藏北燕麦草地持续利用与撂荒对高寒草甸土壤特征的影响

为研究不同利用方式对藏北高寒草甸建植一年生燕麦（Avena sativa Linn.）人工草地的土壤理化性质及土壤细菌群落的影响,本试验于8月份植物生长旺季,在持续利用人工草地（AG）、撂荒人工草地（AC）和对照天然草地（NG）采集土壤样品,分析了土壤理化性质、土壤细菌群落组成和结构特征变化。结果表明,AG样地土壤有机质、全钾含量和pH与NG样地相比无显著性变化,土壤全氮、速效氮和速效钾含量显著降低;AC样地与NG样地相比土壤pH显著升高,土壤有机质、全氮、速效氮和速效钾含量显著降低。AG样地土壤细菌群落Chao1,Shannon和Pielou均匀度指数显著高于NG样地,AC样地酸杆菌门和变形菌门丰度显著升高。土壤理化性质是土壤细菌群落结构组成门、属相对丰度变化主要影响因子。综上所述,高寒草甸一年生燕麦人工草地长期利用应科学补充肥料,保持土壤肥力;草地撂荒需谨慎,应及时采取恢复措施避免草地发生退化。     

不同退化程度高寒草地植物群落与土壤性质变化及相关性分析

为探究退化高寒草地植物群落组成及土壤性质的变化规律,本研究选择铁卜加、河南县不同退化程度高寒草地为研究对象,对轻、中、重度退化高寒草地的植物群落结构组成和土壤理化性质进行了分析研究。结果表明：随退化程度加剧,植被群落优势种由莎草科为主逐渐转变为杂类草为主;植被高度、盖度、地上-地下生物量逐渐减小;Patrick指数、Shannon-Wiener指数、Simpson多样性指数与Pielou指数呈先增后减趋势;土壤含水量、全碳、有机碳、硝态氮含量明显减小且土壤pH值逐渐偏弱碱性,促使土壤养分含量不断流失,贫瘠化加剧;经相关系数矩阵图分析,退化草地群落植被生物量受土壤含水率和氮含量变化影响较为严重。总之,高寒草地退化接替过程中,杂类草逐渐占植物群落组成的主导地位,土壤含水率和氮含量变化是致使这2个地方草地退化的关键性因子。     

东祁连山不同退化阶段高寒草甸群落结构与植物多样性特征研究

采用样方法对东祁连山地区不同退化程度高寒草甸植物群落进行了调查,对群落结构、物种组成和群落生产力进行了分析,并运用α多样性、β多样性等指标研究了其物种多样性变化.结果表明,1)研究样地内共有植物种13科27属40多种,从未退化-轻度退化-中度退化-重度退化-极度退化,不同退化演替阶段的优势种分别为线叶嵩草 禾草、线叶嵩草 珠芽蓼、珠芽蓼 线叶嵩草、珠芽蓼 杂类草、平车前 杂类草.2)随退化程度的加剧,草地总盖度降低,优良牧草生物量减少,而毒杂草的比例逐渐上升,草地质量下降;地上、地下生物量均明显降低,地上生物量远低于地下生物量,分布在各层的植物根量越来越少,地下根系具有浅层化特点.3)高寒草甸植物群落α多样性指数基本上与均匀度、丰富度指数呈正相关,与生态优势度指数呈负相关;群落的物种丰富度在中度退化阶段最高,但多样性指数和均匀度指数在重度退化阶段最高,群落多样性更多地受均匀度的影响.4)随退化程度的加剧,样方内微生境或资源异质性减小,样方间异质性增大,从而导致β多样性增加;各草地植物群落物种替代速率由大到小的顺序为重度退化-极度退化>未退化-轻度退化>中度退化-重度退化>轻度退化-中度退化.     

高寒草地小型土壤节肢动物群落特征及其对草地退化的指示作用北大核心CSCD

小型土壤节肢动物是草地生态系统的重要组成部分,并对环境变化具有高度敏感性。为了查明小型土壤节肢动物群落对高寒草地退化的响应及其在退化过程中的指示作用,在川西北地区选取了未退化、轻度退化、中度退化和重度退化的高寒草地,于2019和2020年的7月对小型土壤节肢动物群落进行调查。采集各样地0~20 cm的土样,用干漏斗法(Tullgren法)分离小型土壤节肢动物。结果为:1)小型土壤节肢动物群落组成结构和优势类群在不同退化阶段高寒草地间存在差异,群落密度、类群数和Shannon-Wiener多样性指数均随退化程度加重呈先增加后下降的趋势(P<0.01),而Simpson优势度指数则先下降后上升(P<0.01);2)不同类群的小型土壤节肢动物对退化的响应不同,随高寒草地退化程度的加重,螨类密度持续降低(P<0.01),而跳虫密度则呈先增加后下降的趋势(P<0.01),表明高寒草地退化对螨类具有持续抑制作用,而对跳虫则是先促进后抑制;3)土壤有机碳(SOC)、湿度、全氮(TN)、pH、碳氮比(C/N),以及植物的群落高度和物种数是影响小型土壤节肢动物群落密度及多样性的主要因子(P<0.001,0.01或0.05),其中土壤容重、SOC、TN、C/N和pH对螨类数量有显著影响(P<0.001,0.01或0.05),而各因子对跳虫均无显著影响(P>0.05)。研究表明,小型土壤节肢动物群落的组成结构、密度及多样性对高寒草地响应敏感,并受土壤等环境因子影响;而螨类密度在退化过程中持续下降,可以用作高寒草地退化的指示生物。     

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。     

喀斯特山区不同草地土壤养分与酶活性特征

为探究喀斯特山区植被恢复过程中不同草地的土壤性质,研究了贵州喀斯特山区不同草地土壤酶活性和土壤养分含量的变化规律。结果表明:土壤酶活性和土壤养分含量随着土层厚度增加而减少;过氧化氢酶和磷酸酶活性在3种草地中的变化趋势为林草间作地>荒草地>退耕还草地,脲酶活性在0~10 cm土层的变化趋势为林草间作地>荒草地>退耕还草地,10 cm以下土层的变化趋势为林草间作地>退耕还草地>荒草地,蔗糖酶活性为荒草地>林草间作地>退耕还草地,蛋白酶活性为林草间作地>退耕还草地>荒草地,多酚氧化酶活性在3种草地中的变化各异;土壤养分含量在3种草地土壤中表现为林草间作的高于荒草地和退耕还草地。相关性分析得出:不同草地土壤养分含量与土壤酶活性的关系不同,正负兼有。研究结果表明:随着地表植被逐渐恢复、生物多样性逐渐增加的林草间作地土壤酶活性与土壤养分含量都较高,喀斯特山区生态环境逐渐得到了改善。     

退化高寒草甸优势植物根际与非根际土壤养分及微生物量的分布特征

根际是一类特殊的微生态系统,对研究土壤与植物群落间的相互作用具有重要意义。本研究旨在探讨高寒草甸退化过程中根际与非根际土壤的养分和微生物量分布特征,以及优势植物根际养分富集的相关性和差异性。结果表明：不同退化程度条件下,根际土壤中微生物量碳、氮、磷和养分含量显著高于非根际土壤（P<0.05）,且随退化程度加剧呈逐渐下降趋势;随高寒草甸退化程度的加剧,根际微生物量的碳、氮、磷和养分均出现富集效应,其富集率表现为重度退化草地 > 中度退化草地 > 轻度退化草地 > 未退化草地;由相关分析可知,根际与非根际土壤中微生物量碳和微生物量氮与全磷、全氮和有机碳之间均呈极显著正相关关系（P<0.01）。综上所述,草地退化过程中土壤的有效养分和微生物量在植物根际存在富集和活化现象,这对于人们进一步认识和调控根际的养分循环具有重要意义。     

祁连山不同退化草地土壤养分变化特征及质量综合评价

为探究祁连山不同退化草地土壤特性的变化规律，在2017和2018年持续对祁连山同一区域不同退化程度草地(轻度退化草地、中度退化草地和重度退化草地)土壤养分、生态化学计量比和土壤环境肥力综合评价系数进行研究。结果表明：2018年，各试验点土壤有机碳、全氮和全磷含量均随着土层深度的增加而减小，且差异显著(P<0.05)；各试验点土壤碱解氮和有效磷含量均随退化程度的加剧和土层深度的增加而减小；不同退化草地不同土层中，C/N变化范围为16.00~75.54，C/P变化范围为90.01~182.65，N/P变化范围为1.68~9.33。土壤环境肥力质量评价指数结果表明，整体两年中土壤肥力质量综合排序为：天祝县抓喜秀龙乡(1.00)>肃南县康乐镇(0.89)>肃南县皇城镇(0.84)，且综合评价系数都表现为随退化程度的加剧而减小的趋势。综上，祁连山不同程度退化草地土壤已逐步恶化，需重视并采取合理措施保护。     

不同高寒草甸土壤碳氮稳定同位素和密度的差异

为了解不同类型高寒草甸土壤碳氮稳定同位素和密度的差异,采用稳定同位素质谱仪Isoprime100对采自黄河源区不同高寒草甸覆被条件下0~30 cm土壤进行了碳氮稳定同位素组成特征和密度分析。结果表明,高寒草甸土壤δ¹³C值介于-25.42‰~-24.20‰之间,δ¹⁵N值介于3.37‰~4.69‰之间,显著高于大气δ¹⁵N值。δ¹³C值和δ¹⁵N值均随土壤深度加深而增大。人工草地土壤δ¹³C值显著低于轻度和重度退化草甸(P<0.05),而δ¹⁵N值显著高于轻度和重度退化草甸(P<0.05)。土壤碳氮比最小值为7.89,最大值为9.97,平均碳氮比为8.71。土壤有机碳含量和全氮含量呈正相关(P<0.01),二者的回归方程为y=0.0963x+0.0336(R²=0.9619)。轻度退化草甸、严重退化草甸和人工草地0~30 cm土壤碳密度依次为7.14、6.67和6.46 kg/m²;全氮密度依次为0.83、0.77和0.75 kg/m²。植物吸收、生长有利于¹²C和¹⁴N的输出,而将较重的¹³C和¹⁵N留在了土壤中。人工草地植物生长势强,形成的地上生物量多,吸收了较多的土壤氮素¹⁴N,导致土壤¹⁵N升高。植被退化或种植人工草地均可导致土壤碳氮密度的显著降低,这种变化主要发生在0~20 cm土层。     

三种人工草地小型土壤节肢动物群落多样性动态及其差异

小型土壤节肢动物是草地生态系统的重要组成部分,不仅对物质循环具有重要的作用,还对草地土壤质量或健康状况起指示作用。为了查明青藏高原地区建植不同单播人工草地对小型土壤节肢动物群落多样性的影响,在川西北红原县境内选取建植期为3和5年的老芒麦、垂穗披碱草和苜蓿3种多年生单播人工草地作为研究样地,并以天然草地为对照样地。2018年7和10月,采集各样地0~15 cm的土样并利用Tullgren法分离小型土壤节肢动物。结果表明:1)小型土壤节肢动物群落结构在不同牧草样地间存在差异,影响群落结构的主要是盖头甲螨属、板蒲螨属和长角毛蚊科等;在建植期为3年时,各样地间的小型土壤节肢动物群落密度、类群数和Shannon多样性指数无显著差异(P>0.05);建植期为5年时,小型土壤节肢动物群落密度、类群数和Shannon多样性指数在天然草地和苜蓿样地中无显著差异(P>0.05),但两者显著高于老芒麦和垂穗披碱草样地(P<0.05);此外,小型土壤节肢动物群落的季节动态在不同样地间也存在差异;2)随着建植年限的增加,小型土壤节肢动物群落的密度、类群数和Shannon多样性指数在老芒麦和垂穗披碱草样地显著降低(P<0.05),在苜蓿样地呈缓慢增加趋势(P>0.05),但均低于天然草地;3)影响小型土壤节肢动物群落组成结构的主要环境因子是土壤速效磷含量以及C/N和N/P;此外,小型土壤节肢动物群落密度与土壤速效钾含量呈显著正相关(P<0.05),类群数及Shannon多样性指数与植物群落盖度呈显著正相关(P<0.05)。研究结果表明,在青藏高原上建植单播人工草地对小型土壤节肢动物群落的影响因牧草种类而异并随建植年限变化。建议对高寒地区建植期达到4年的垂穗披碱草、老芒麦和苜蓿单播人工草地进行改造,以提高小型土壤节肢动物多样性,促进草地生态功能正常发挥。     

高寒地区不同退化草地植被和土壤微生物特性及其相关性研究

以青藏高原东北缘天祝高寒地区不同退化草地为研究对象,通过野外调查及室内测定分析,研究了植被特征、微生物量特性、微生物熵及三者之间的相关性。结果表明,随着草地退化程度的加重,植被种类减少、优势种改变,植物群落高度、盖度、地上生物量显著降低(P<0.05),土壤微生物生物量碳、氮减少。草地植被地上生物量从轻度退化草地(LDG)到重度退化草地(SDG)减少了88.63%;LDG中微生物量碳、氮(218.90 mg/kg、44.32 mg/kg)均显著高于SDG(P<0.05),但中度退化草地(MDG)与SDG差异不显著;微生物熵在不同退化草地中的变化规律不明显。草地地上生物量与土壤微生物量呈显著正相关关系(P<0.05),与微生物熵呈负相关关系,其中微生物熵与微生物量碳的相关系数相对较高。     

东乌珠穆沁草甸草原不同退化程度草地植物群落结构与多样性研究

为深入研究不同退化程度草甸草原植物群落多样性及稳定性的动态变化规律,本研究采用样方法对东乌珠穆沁不同退化程度草甸草原植物群落结构及多样性进行了调查分析。结果表明：研究区植物主要为禾本科、菊科、蔷薇科、莎草科、豆科、唇形科。随草地退化程度加剧：草地植被盖度减小;群落优势种从禾本科、莎草科、豆科等优质牧草逐渐转变为杂类草植物;多年生植物优势度下降,一年生杂草优势度上升,群落稳定性变差。未退化草地物种丰富度最大,中度退化草地较未退化草地表现出较高的多样性、优势度、均匀度、丰富度指数,其余草地类型多样性差异不显著。未退化草地样点间植物群落相似度较高,与轻度、中度、重度退化草地植物群落组成差别较大。轻度、中度、重度退化草地间植物群落组成存在相似性。本研究结果为退化草甸草原的恢复重建提供参考。