高寒草地土壤有机碳含量同植物功能群数量特征关联度或然性初探

采用逐次回归分析法及主成分分析法,对青藏高原高寒草地不同土地利用方式(草甸、草原、人工草地、农田)的67块样地植物功能群数量特征同土壤有机碳含量的耦合性进行分析,以明晰土地利用格局或植被演替对土壤有机碳同植物群落数量特征的影响.结果表明:青藏高原植物-土壤系统有机碳含量在草地利用模式变化或演替过程中具有较强的解释能力.土壤有机碳含量同植物功能群数量特征关联度的或然性受到草地的利用模式、利用强度和利用历史等因素的影响.人工生态系统土壤有机碳含量同地上植物功能群数量特征之间无明显的耦合关系;健康草地生态系统土壤有机碳含量容易同放牧顶级群落优势种数量特征建立一定的耦合关系.退化草地生态系统土壤有机碳含量容易同提高限制性土壤养分的植物功能群建立耦合关系.     

放牧季节及退化程度对高寒草甸土壤有机碳的影响

高寒草甸是青藏高原的主要植被类型,本研究以青海省高寒草甸为研究对象,探讨不同放牧季节及退化程度下高寒草甸土壤有机碳含量及密度的分异特征。结果表明,在0-30 cm土层内,土壤有机碳含量随土层深度逐渐减小。土壤有机碳含量暖季放牧与冷季放牧之间无显著差异(P0.05),且在不同土壤深度中一致。不同放牧季节下土壤理化性质及生物量各不相同。0-30 cm土层内,除0-5 cm未退化阶段土壤有机碳含量最高,其余各层土壤有机碳含量均在轻度退化阶段达到最大。土壤理化性质在不同退化阶段也变化各异,地下生物量随草地退化呈先增加后减小的趋势,而地上生物量随草地退化呈逐渐减小的趋势。冷季放牧高寒草甸土壤有机碳含量随草地退化呈逐渐减小的趋势,而暖季放牧土壤有机碳含量随草地退化呈先增加后减小的趋势。0-30 cm土层冷季放牧不同阶段土壤有机碳储量均低于暖季放牧,但未达到显著水平。可见,放牧强度的不同会对土壤有机碳的影响比放牧季节更大。     

放牧对青藏高原高寒草地土壤有机碳含量的影响

【目的】受气候变化和人类活动影响,青藏高原生态安全屏障仍然面临退化草地面积大、固碳能力降低等生态风险。揭示放牧对青藏高原高寒草地土壤有机碳含量影响及调控因素,对于提升高寒草地生态屏障功能具有重要作用。【方法】采用 Meta 分析,明晰不同放牧强度对青藏高原土壤有机碳含量、理化性质影响的平均效应值,结合混合效应模型,揭示放牧对土壤有机碳影响效应的主要调控因素。【结果】放牧干扰极显著降低高寒草地土壤有机碳含量,降幅约 13. 93%,平均效应值-0. 15±0. 04 （P＜0. 001）。轻度、中度和重度放牧草地土壤有机碳降幅分别为 12. 19%、13. 06% 和 15. 63%,轻度放牧处理未达到显著性检验水平。放牧干扰显著降低高寒草地土壤速效钾、全磷、全氮和全钾含量,降幅分别为 14. 55%、10. 74%、9. 14%（P＜0. 01）和 3. 17%（P＜0. 05）。放牧显著增加速效氮含量和土壤容重,增幅分别为 11. 90% 和 12. 66%。放牧草地土壤有机碳效应值,主要受土壤速效钾、全氮含量、土壤容重和海拔影响,均达到显著性检验水平,效应值变异的解释强度为 69. 73%。【结论】轻度放牧提高土壤速效钾含量,有利于降低放牧引起的青藏高原高寒草地碳排放量。     

放牧强度对三江源典型高寒草甸生物量和土壤理化特征的影响

为了揭示高寒草甸生态系统在放牧扰动下的植被和土壤特征变化,通过野外样地调查和室内分析法研究和探讨围栏封育(EN)、轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)、重度放牧(HG)、对照区(CK)几种不同放牧强度对草地生物量和土壤碳特征的影响,为高寒草甸的退化研究提供依据。结果表明,封育区地上生物量和地下生物量最高,随着放牧强度的增加,草地地上生物量和地下生物量均呈减少趋势;放牧干扰对高寒草甸土壤湿度也产生影响,其中封育区和轻牧区土壤湿度显著高于其他处理(P0.05);在土壤剖面上,随着土层深度的增加土壤湿度呈明显降低趋势;放牧的践踏作用不仅影响土壤湿度,而且随着放牧强度的增加土壤容重增加;土壤全氮和土壤有机碳也对放牧有一定的响应,土壤全氮表现为LGENMGCKHG,土壤有机碳从高到底为LGENMGHGCK。草地受到放牧干扰时,适度的践踏干扰将提高草地生产力和碳固存,但是高强度的放牧对草地植被和土壤结构的干扰作用不利于草地生态系统的可持续发展。     

放牧管理模式对高寒草甸生态系统有机碳、氮储量特征的影响

为探讨不同放牧管理模式高寒草甸生态系统有机碳、氮储量特征的变化,对青藏高原东缘禁牧(NG)、全生长季休牧(RG)、传统放牧(TG)和连续放牧(CG)4种放牧管理模式高寒草甸地上植被、地表凋落物、根系和土壤有机碳、氮储量进行测定和分析。结果表明,1)NG、RG和TG较CG显著提高了土壤、根系、植被和凋落物有机碳、氮储量。2)高寒草甸生态系统中,土壤有机碳储量所占比例最大(88.859%~98.242%),其次为根系(1.563%~8.742%),再次为植被(0.172%~1.430%),最小为凋落物(0.022%~0.969%);氮储量所占比例最大的是土壤(97.331%~99.633%),其次为根系(0.316%~2.071%),再次为植被(0.047%~0.442%),凋落物最小(0.003%~0.157%)。3)不同放牧管理模式土壤有机碳、氮储量具有明显的垂直分布特征,随土壤深度的增加土壤有机碳、氮储量明显降低。为期4年不同放牧模式仅对0~40 cm土层土壤有机碳、氮储量有影响。4)土壤有机碳、氮储量主要分布在0~40 cm土层,同时,放牧有使有机碳、氮向深层转移的趋势。5)NG、RG和TG显著提高了高寒草甸生态系统总有机碳、氮储量,而CG显著降低了总有机碳、氮储量,导致有机碳、氮的流失。禁牧和季节性休牧能有效增加青藏高原东缘高寒草甸生态系统有机碳、氮储量,实现碳、氮增汇的目的,是该区和类似区域草地放牧管理的重要模式。     

放牧对中国北方草地生态系统水分利用效率的影响

解析草地生态系统植物水分利用效率对不同放牧强度的响应特征,对于提升草地生产和生态屏障功能具有重要意义.收集中国北方草地开展的38个放牧试验中关于放牧对植物水分利用效率影响的试验数据进行Meta分析.结果 表明:放牧对中国北方草地植物水分利用效率影响的平均效应值为--0.18±0.04(95％置信区间:-0.27～-0.10),放牧极显著降低草地生态系统植物水分利用效率(P＜0.01).不同类型草地平均效应值降低幅度从高到低依次为典型草原＞高寒草地＞草甸草原＞温性草原＞荒漠草原.放牧对典型草原与高寒草地、草甸草原平均效应值具有极显著和显著影响,对荒漠草原与温性草原无显著影响.植物水分利用效率对放牧强度的响应顺序从高到低依次为重度、轻度和中度放牧,重度放牧极显著降低植物水分利用效率(P＜0.001),中度放牧可以提高植物水分利用效率,轻度放牧对于植物水分利用效率影响不显著.土壤C/N、海拔和年均气温分别可以解释60.88％、11.81％和6.45％效应值变异.基于优化放牧制度以及对重度退化草地恢复的治理,提高草地土壤有机碳含量,将会提升草地生态系统植物水分利用效率.     

放牧对土壤有机碳的影响及相关过程研究进展

草地生态系统在全球碳循环中起着重要作用,但过度放牧造成大面积的草地退化,土壤有机碳是反映土壤质量状况的综合指标,但迄今仍无较好的理论解释放牧对土壤有机碳影响的机理。放牧可通过影响土壤有机碳的输入与分配、转化利用和输出以及土壤微环境影响土壤有机碳,本文从上述各方面分析放牧对土壤有机碳及组分的影响,以探讨放牧对土壤有机碳的影响机理。由于动物的选择性采食、踩踏和植被自身恢复能力的差异以及家畜排泄物的影响,不同放牧强度改变了能影响土壤有机碳的生物因素和非生物因素,土壤有机碳在多因子的共同作用下保持动态平衡或发生着变化。由于植物群落特征和土壤理化性质的差异、放牧历史、实验方法多样等原因导致众多研究结果不尽一致。而目前多数研究只关注放牧作用下某个或少数因子对土壤有机碳的影响。在未来的研究中需针对不同的草地条件,对土壤总有机碳和组分进行观测,同时进行多因子交互作用整合分析,并加强定量分析和与其他元素循环耦合研究,有助于深入理解放牧对土壤有机碳影响的机理,进而为草原生态系统的可持续利用提供科学依据。     

青藏高原草地生态系统碳循环研究进展

青藏高原属于气候变化的敏感区和生态脆弱带,对气候变化和人类活动扰动十分敏感,在未来全球碳循环调控中发挥着重要的作用。为增进对青藏高原高寒草地生态系统碳循环的理解,综述了近10年来气候变化、氮沉降和人类活动干扰下青藏高原温室气体排放、土壤碳库变化以及模型模拟应用等方面的最新研究进展。概括出高寒草地生态系统碳循环研究的草地类型主要包括高寒草原、高寒草甸、灌丛草甸草原、沼泽化草甸以及高寒湿地等。阐述了温室气体产生的机理、青藏高原高寒草地碳循环的源汇关系,指出温度升高、放牧、氮沉降是影响青藏高原温室气体排放、土壤碳库变化最重要的外界扰动,但是温室气体排放、土壤碳库对这3个因子之间协同作用的响应目前还不清楚。现有的高寒草地生态系统碳循环模型,主要以植被类型为基础,大多只考虑了水热因子,很少包含土壤因子和生物因子及其协同作用的影响。在此基础上,指出未来拟加强的研究重点: 1)冻融交替过程土壤温室气体排放研究; 2)非生长季土壤呼吸作用研究; 3)碳循环和植物物候耦合研究; 4)高寒草地生态系统碳循环模型的开发。     

放牧对土壤有机碳的影响及相关过程研究进展北大核心CSCD

草地生态系统在全球碳循环中起着重要作用,但过度放牧造成大面积的草地退化,土壤有机碳是反映土壤质量状况的综合指标,但迄今仍无较好的理论解释放牧对土壤有机碳影响的机理。放牧可通过影响土壤有机碳的输入与分配、转化利用和输出以及土壤微环境影响土壤有机碳,本文从上述各方面分析放牧对土壤有机碳及组分的影响,以探讨放牧对土壤有机碳的影响机理。由于动物的选择性采食、踩踏和植被自身恢复能力的差异以及家畜排泄物的影响,不同放牧强度改变了能影响土壤有机碳的生物因素和非生物因素,土壤有机碳在多因子的共同作用下保持动态平衡或发生着变化。由于植物群落特征和土壤理化性质的差异、放牧历史、实验方法多样等原因导致众多研究结果不尽一致。而目前多数研究只关注放牧作用下某个或少数因子对土壤有机碳的影响。在未来的研究中需针对不同的草地条件,对土壤总有机碳和组分进行观测,同时进行多因子交互作用整合分析,并加强定量分析和与其他元素循环耦合研究,有助于深入理解放牧对土壤有机碳影响的机理,进而为草原生态系统的可持续利用提供科学依据。     

短期放牧对青藏高原东北边缘高寒草甸土壤及微生物碳氮含量的影响

年际内短期放牧是青藏高原东北边缘地区草地利用的主要方式,而土壤有机碳和全氮含量是草地生产力维持的基石。以青藏高原东北边缘天祝县高寒草甸土壤为对象,研究了不放牧(对照)、轻度放牧(0.8头牦牛/hm2)、中度放牧(1.0头牦牛/hm2)和重度放牧(1.2头牦牛/hm2)条件下土壤有机碳和全氮以及土壤微生物量碳氮含量的变化特征。结果表明:重度放牧使土壤表层0～10cm和10～20cm全氮含量降低了12.5%和10.7%,中度放牧使10～20cm土层土壤有机碳含量增加了11.21%,其他各层全氮和有机碳含量并未随放牧强度变化发生显著变化;微生物量氮在0～10cm土层随放牧处理变化十分明显,轻度放牧、中度放牧和重度放牧下比对照分别增加了65.35%、25.23%、46.91%(P<0.05),而0～10cm土层微生物量碳在中度放牧处理下含量比对照显著增加(P<0.05),说明在表层相对于土壤碳氮,微生物量碳氮对短期放牧的反应更为灵敏。     

高寒草甸放牧生态系统研究现状

综述了放牧强度对高寒草甸植物、动物和土壤的影响,说明放牧强度是影响家畜生产力、草场恢复力和稳定性的重要因素,也是影响土壤理化性质和土壤养分分布格局的关键因素;同时指出,高寒草地放牧系统受人为或气候等因素的影响而不断变化,影响的强度会改变整个系统的状态和变化趋势,即使是同一块草地,其负载能力和适宜放牧率(强度)也有所波动.因此,高寒草地放牧生态系统研究应以草场本身的条件和动态特征加以评价,应尽可能选择较多的气候和草场类型,应用动态规划和系统优化模型,对草地的持续生产和畜牧业的可持续发展进行动态模拟;建立草地放牧生态系统管理专家系统.     

高寒草甸优势种功能多样性对增温和模拟放牧的响应

为探究全球变化背景下高寒草甸优势牧草的功能性状与生态系统功能的关系及变化,本研究以高寒草甸的3种优势种矮嵩草（Kobresia humilis）、冷地早熟禾（Poa crymophila）和垂穗披碱草（Elymus nutans）为试验材料,采用国际通用的开顶式生长小室（Open top chambers,OTC）的增温方法模拟全球变暖,测定增温后优势种的功能多样性指标以及群落的生产力和稳定性。结果表明：中度增温对高寒草甸群落功能丰富度和功能离散度有积极影响,但降低了功能均匀度,而轻牧只提高了功能离散度;增温和放牧均会降低高寒草甸群落稳定性和地上生产力。高寒草甸的群落稳定性与地上生产力没有显著关系;优势种的功能多样性并不影响群落稳定性,但是与群落地上生物量是负相关关系,增温没有改变这种影响方式,轻度放牧会调控优势种的功能多样性以提高地上生产力。在未来持续气候变化的背景下,适度放牧是一种保持草地可持续发展的良好管理方式。     

增温和氮添加对长江源区高寒沼泽草甸生态系统呼吸的影响

为探究高寒湿地生态系统对气候变化的响应,本研究对模拟增温（2.64℃）、氮添加（40 kg N·ha^-2·yr^-1）及其交互处理下的高寒沼泽草甸生态系统呼吸进行了2个生长季的监测。结果表明：增温显著提高了高寒沼泽草甸生态系统呼吸（约25%）,而氮添加对高寒沼泽草甸生态系统呼吸无显著影响;增温降低了高寒沼泽草甸生态系统呼吸对土壤温度变化的敏感性。在相对温暖的2015年生长季,增温和氮添加对生态系统呼吸起到协同促进作用。分析发现高寒沼泽草甸生态系统呼吸主要受表层土壤温度、植物生物量和土壤可溶性有机碳的影响;增温显著提高了植物地上和地下生物量,增强了自养呼吸,是增温提高生态系统呼吸的主要原因。本研究结果表明相比于大气氮沉降增加,高寒沼泽草甸生态系统呼吸对气候变暖的响应更加敏感。     

长期、短期增温对高寒草甸AM真菌群落结构的影响

为了探究试验增温对丛枝菌根（Arbuscular mycorrhizal,AM）真菌群落的影响是否依处理时间长短而异的,本研究测定了青藏高原高寒草甸AM真菌群落对长期（17年）和短期（3年）开顶式小室（OTCs）增温的响应,推断了驱动AM群落构建的生态学过程。结果发现长期、短期增温分别降低了45.7%和80.0%的AM真菌物种丰富度。长期增温对AM真菌物种丰富度的负效应由根生物量降低所介导,而短期增温的负效应由土壤氮限制所介导。此外,长期、短期增温不仅能改变AM真菌群落的物种组成和谱系组成,还导致驱动AM真菌群落构建的生态学过程从环境过滤向环境过滤和竞争排斥的中和作用转变。上述结果说明增温对AM真菌群落的影响和作用机制是依处理时间长短而异的,也表明通过添加外源性氮素以促进植物根系的生长是缓解气候变暖对高寒草甸AM真菌多样性负效应的有效手段。     

放牧季节及放牧强度对高寒草地植物多样性的影响

在海北高寒草地进行了7年轻度放牧、中度放牧和重度放牧试验,并用围栏控制放牧进行对照.试验显示,物种丰富度和均匀度在夏季牧场和冬季牧场出现不同的变化.在夏季牧场,物种丰富度随着放牧强度的增强而增强,而均匀度则随着放牧强度的增强而下降;在冬季牧场,物种丰富度和放牧之间呈现驼峰反应模式,说明植物的丰富度在中度放牧强度时达到最大.不同牧场生物多样性变化的模式说明夏季牧场放牧强度不足.     

不同放牧管理模式对高寒草甸草原土壤呼吸特征的影响

为探讨不同放牧管理模式对青藏高原东缘高寒草甸草原土壤呼吸速率的影响,于2014年5－10月用土壤呼吸测量仪（LI-8100A,LI-COR,Lincoln,USA）对禁牧（NG）、全生长季休牧（RG）、传统夏季休牧（TG）和全年连续放牧（CG）4种不同放牧管理模式高寒草甸草原土壤呼吸速率进行测定,并分析了土壤呼吸速率与其影响因子间的关系。结果表明：1）不同放牧管理模式高寒草甸草原土壤呼吸速率月动态均表现出先增加后降低的变化态势,峰值出现在8月,除 CG 外,8月显著高于其余月份;2）在整个生长季,NG,RG 和 TG 平均土壤呼吸速率显著高于 CG,其中,NG 和 RG 间无显著差异,但均显著高于 TG;3）除 CG 外,NG,RG 和 TG 土壤呼吸速率与土壤温度呈显著正相关,Q10值排序为：NG＞RG＞TG＞CG;4）土壤质量含水量对土壤呼吸速率的影响存在一个临界值,30％左右为临界值,在此之前二者呈正相关,此后呈负相关;5）地上、地下生物量均与土壤呼吸速率呈显著正相关。在保障牧民收入稳定的前提下,为实现草地资源的可持续利用与牧草的更新,相对于全年禁牧,全生长季休牧既可充分利用牧草资源,也能有效保护草地系统稳定与生态恢复,是青藏高原高寒草甸草原类草地放牧管理的理想选择。     

Effects of Long-term and Short-term Warming on Arbuscular Mycorrhizal Fungal Community in Alpine Meadow Ecosystem北大核心CSCD

To explore whether the effect of experimental warming on the Arbuscular mycorrhizal (AM) fungal community depends on the duration of treatment, this study measured the response of AM fungal community to long-term (17a) and short-term (3a) warming with Open-top Trade Chambers (OTCs) in alpine meadow ecosystem on the Qinghai-Tibet Plateau, and inferred the main ecological processes that drive the assemblage of AM community. Results showed that long-term warming reduced the AM fungal species richness by 45.7%, while short-term warming reduced it by 80%. The negative effect of long-term warming on AM fungal species richness was mediated by the decrease in root biomass, while the negative effect of short-term warming was mediated by soil nitrogen limitation. In addition, both long-term and short-term warming not only changed the species and phylogenetic composition of AM fungal community, but also led to the transformation of the ecological process from environmental filtration to the neutralization of habitat filtration and competitive exclusion. Our results suggest that the intensity and mechanism of the effect of warming on AM fungal community depend on the duration of treatment. This illustrates that the addition of exogenous nitrogen to promote the growth of plant roots is an effective method to alleviate the negative effects of climate warming on AM fungal diversity in the alpine meadow ecosystem. © 2019 Authors. All rights reserved.     

试验增温和放牧对门源草原毛虫生长发育的影响

青藏高原是全球气候变暖的敏感区域之一,门源草原毛虫作为青藏高原东北部高寒草甸的主要害虫之一,虫害爆发时造成牧草短缺,引发家畜口膜炎甚至死亡。因此,未来持续增温情况下,门源草原毛虫的表现对当地畜牧业生产安全至关重要。通过野外控制试验,探讨增温(日增温1.2℃/夜增温1.7℃)和放牧对草原毛虫生长发育的影响。结果表明,放牧显著提高了幼虫生长速率和蛹重,雌蛹增重比率约为雄蛹的2倍。增温显著缩短了草原毛虫幼虫期(雌性幼虫4.4 d、雄性幼虫7.0 d)和蛹期(雌蛹3.6 d、雄蛹4.6 d),而且引发雄性先熟,即雄成虫羽化时间较雌成虫早5.0 d。增温放牧处理下,草原毛虫的生长速率提高9%、雌蛹增重26%。可见,未来持续增温的高寒草甸牧场,门源草原毛虫适合度升高,对当地草场和家畜的威胁加大,需加强害虫的监控和防治力度。     

气候变化对青藏高原高寒草甸适宜气候分布范围的潜在影响

为确定气候变化对高寒草甸分布范围的影响,以Holdridge生命地带性分类系统,采用A1、A2、B1、B2气候变化情景,分析了气候变化对我国高寒草甸潜在适宜气候分布范围的影响.结果显示:气候变化下,高寒草甸基准情景下适宜气候分布范围将减少,新适宜气候分布范围将增加,总的适宜气候分布范围变化不大,其中A1、A2情景下变化较大,B1、B2气候情景下变化较小;高寒草甸在基准情景下适宜气候分布范围的最小、最大值与中位数都将减少,新适宜气候扩展范围的最小、最大值与中位数将增加,总的适宜气候分布范围的最小、最大值与中位数变化不大;高寒草甸基准情景下适宜气候分布区南部范围将缩小,新的适宜气候分布范围将主要朝西部和西北部方向扩展,其中A1情景下变化最大,B1情景下变化较小;高寒草甸基准情景下适宜气候分布范围和新的适宜气候分布范围与我国年均气温变化和年降水量变化呈现正相关性.从而预测,气候变化使高寒草甸在基准情景下的气候分布范围将减小,新的适宜分布范围将扩大,空间分布格局将发生改变.     

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。