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。     

不同放牧强度下高寒草甸植被特征和土壤养分变化研究

放牧作为最主要的生物干扰因子之一,影响着草地生态系统植被和土壤的生态进程。在自然放牧条件下,通过不同放牧强度的比较试验,对高寒草甸土壤营养成分及地上群落特征进行分析,为制定合理的放牧强度提供理论依据。结果表明:随着放牧强度加大,地上总生物量、物种丰富度在封育样地最高,在重牧样地最低,而封育、轻牧、中牧样地香浓-威纳多样性指数并没有显著的差异;禾草和莎草的地上生物量和总盖度在中牧条件下最高。与轻牧、中牧和封育样地相比,重牧样地的杂草有较高的地上生物量和总盖度;5月份土壤含水量随放牧强度增加而减少,7月份、9月份则相反;封育、轻牧、重牧样地的土壤容重显著低于中牧样地(P<0.05);在整个生长季节,重牧样地的pH值明显高于其他3个处理,而封育?轻牧?中牧3个样地pH值没有显著差异;在整个生长季节,封育、轻牧、中牧、重牧4个样地土壤有机碳含量随着放牧强度的增加而趋于下降,其中封育、轻牧、中牧3样地土壤有机碳含量都显著高于重牧样地(P<0.05);土壤的全氮含量在各放牧样地里并没有显著变化,而土壤氨态氮、硝态氮则在植物整个生长季节随着放牧强度的加大而增加;在整个生长季节里全磷含量最大值都出现在中牧样地里,速效磷含量表现出了和全磷一致的结果。因此,适度放牧是保护生物多样性,维持土壤养分以及提高草地生产力的有效途径;当高寒草甸由于退化导致生物量锐减,生物多样性丧失等严重后果时,围栏可以作为有效的恢复手段。     

不同放牧强度对西藏邦杰塘高寒草甸土壤种子库的影响

通过研究不同放牧强度下地上植被群落的物种组成、植物生活型、土壤种子库物种种类和种子数量等特征,探讨了地上植被与土壤种子库之间的关系及种子库在地上植被群落构建中的作用,拟为高寒草甸的管理,特别是高寒地区退化生态系统的恢复与重建提供参考。结果表明：土壤种子库物种多样性指数和丰富度指数在围栏样地和中牧样地之间差异不显著。重牧样地土壤种子库物种多样性指数和丰富度指数显著低于中牧样地（P<0.05）;围栏样地、重牧样地、中牧样地土壤种子库密度表现为重牧 >围栏 >中牧,其中重牧样地土壤种子库密度显著高于中牧样地（P<0.05）,达4952.7粒·m^-2;中牧样地和围栏样地的种子库和地上植被之间相似性较低,二者的地上植被与土壤种子库Sorensen相似性指数分别为0.48和0.44。重牧样地上嵩草属（Kobresia）植物严重退化,地上植被群落和土壤种子库均以杂类草物种占优势,地上植被与土壤种子库表现出较高的相似性。因此,对于有退化趋势的嵩草草甸,适当的围栏并考虑利用本地多年生优良牧草种子进行补播将是有利的;嵩草高寒草甸土壤种子库种子主要集中在0~5cm,且各样地中种子数量均随着土壤深度的增加而减少。     

青藏高原东缘高寒草甸土壤氮矿化初探

通过对甘南州境内高寒草甸在4个放牧强度(禁牧、轻牧、中牧和重牧)和5个海拔梯度(3050,3180,3570,3600,3910 m)下的土壤氮矿化速率分析测定,并对室内和原位培养所得净氮矿化率进行比较,以期为确定该区合理的草地放牧管理措施,以及深入研究和系统评价高寒草甸生态系统碳、氮循环提供基础依据。结果表明:原位培养下,放牧强度的增强促进了土壤氮的矿化;室内培养所得土壤净氮矿化率大于原位培养净氮矿化速率,说明在适宜温度和湿度(22℃和40%~60%的田间持水量)条件下,氮矿化速率较高;作为土壤质量的一种度量,土壤氮矿化潜力在禁牧处理下较高(0.53 mg·kg^-1·d^-1),而在重牧处理下较低(0.36 mg·kg^-1·d^-1);随着海拔升高,氮矿化潜力呈"V"字型变化,而原位培养下的氮矿化率与海拔梯度呈显著负相关关系(R=-0.672,P<0.01)。处于强度放牧下的草地土壤氮素周转加快,造成土壤氮素水平下降;现阶段高海拔区土壤可看作养分的储存库,如果气候变化加剧,该养分库可能变成温室气体的源。     

羊茅(Festuca ovina L.)种子特征研究

对分布在那曲地区聂荣县的羊茅草种子进行了初步的研究,测量羊茅主要形态特征,并对其种子特征及其萌发特性进行了分析。结果表明:羊茅穗长(65～140mm)、小穗长度(32～67mm)、小穗数量(3～9个)的平均值分别为108.85mm、52.45mm、5.60个,羊茅小穗数量与穗长和小穗长度无相关规律性。羊茅种子细小,种子圆形或半圆形,种子芒长(1.0～7.0mm)平均值为4.0mm,种子长度(1.0～5.0mm)平均值为2.6mm。通过对3个不同培养皿麦羊茅种子千粒重、含水率及发芽率进行研究,发现羊茅种子千粒重(0.784g,0.715g,0.952g)、含水率(10.56%,11.34%,12.35%)和发芽率(46.45%,37.45%,60.34%)的平均值分别为0.817g、11.42%、48.08%。萌发之后根(13.34mm/d,13.65mm/d,14.21mm/d)和苗(18.32mm/d,19.01mm/d,19.78mm/d)的生长速率平均值分别为13.73mm/d、19.04mm/d,且均表现为3号培养皿2号培养皿1号培养皿。因此,羊茅种子千粒重越大,相应的含水率、发芽率也相对较高且生命力旺盛,萌发之后根和苗的生长速率也相对较快,发育过程中生长势也呈现良好状态。     

苗期劲直黄芪根浸提液对8种西藏野生植物化感作用的研究

为了研究苗期劲直黄芪根浸提液对8种西藏野生植物即天蓝苜蓿、垂穗披碱草、小叶棘豆、羊茅、紫花针茅、丝颖针茅、藏北嵩草和黑穗画眉草的化感作用规律，采用室内生物学测定法，研究不同浓度（0.1、0.05、0.025、0.0125 g·mL^-1）劲直黄芪根浸提液对8种植物种子萌发及幼苗生长的影响，阐明劲直黄芪根浸提液对8种植物的化感作用及作用机制。结果表明：劲直黄芪根浸提液对8种植物种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、苗高、根长、苗干重和根干重具有显著的化感作用（P<0.05），且8种植物之间存在一定的差异。根浸提液对天蓝苜蓿、小叶棘豆和羊茅种子萌发生长具有促进作用（SE>0），而对垂穗披碱草和紫花针茅种子萌发生长具有抑制作用（SE<0），对丝颖针茅和黑穗画眉草种子萌发生长的作用无明显规律。采用植物平均敏感指数分析劲直黄芪根浸提液对8种植物种子萌发生长的化感作用发现，其对劲直黄芪根浸提液的平均敏感性趋势总体为：垂穗披碱草>紫花针茅>丝颖针茅；促进作用大小顺序为：小叶棘豆>藏北嵩草>黑穗画眉草>羊茅>天蓝苜蓿。     

铜、镉、铅、锌对4种豆科植物种子萌发的影响

筛选和研究适合当地气候与土壤条件的重金属耐性植物,是对重金属污染土壤进行植物修复的前提.以蒸馏水为对照,采用培养皿法研究了Cu2+、Cd2+、pb2+和Zn2+单一重金属对4种豆科植物种子萌发和幼苗生长的影响.结果表明,随着Cu2+、Cd2+、pb2+和Zn2+浓度的增大,红豆草(Onobrychis viciaefolia Scop.)、白三叶(Tri folium repens L.)、柠条(Caragana Korshinskii Kom.)、胡枝子(Lespedeza bicolor Turcz.)的发芽率、发芽势呈不同程度的降低趋势;但在Cu2+＜300 mg/L处理下,红豆草种子的发芽率并没受到明显抑制,反而有不同程度地促进;在Cd2+处理下,25 mg/L浓度对柠条种子萌发促进作用最为显著,柠条种子发芽率与对照相比达到显著性差异水平(p＜0.05);Pb2+对柠条和胡枝子种子的发芽率种子的发芽表现为“低促高抑”.Cu2+、Cd2+、pb2+和Zn2+对4种植物根系生长均表现出强烈的抑制作用.随着Cu2+、Cd2+、pb2+和Zn2+离子浓度的增大,红豆草、白三叶、柠条和胡枝子种子萌发后形成幼苗的根长和苗长都呈降低趋势,对4种植物均表现为随着浓度增加,抑制作用越明显.     

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。     

不同恢复措施对西藏安多高寒退化草地植被的影响

为探讨不同恢复措施条件对草地植被特征、地下生物量、地下种子库以及多样性等方面的影响,在西藏安多典型退化草地进行围栏,并选用细茎冰草(Agpoyron trachyeaulun L.)、垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb)、无芒雀麦(Bromus inermis Layss)和冷地早熟禾(Poa crymophila Keng)4种牧草,在围栏内进行免耕补播的试验研究。结果表明:经过免耕补播和围栏封育后,草地植物高度、盖度、产量均有不同程度的提高;植物多样性有少量增加,植被优势种差异较显著;植物群落地下生物量变化幅度较大,特别是经过围栏和补播的草地,其0~10 cm地下生物量增加明显;此外,土壤种子库测定表明,围栏和补播试验地种子总数明显高于围栏外,增加的种子数主要分布在0~5 cm的土层中。