冻融对青藏高原高寒草甸土壤碳氮磷有效性的影响

以青藏高原高寒草甸土壤为研究对象,通过室内模拟冻融循环过程,研究不同土壤含水量条件下冻融频次和冻结温度对土壤碳氮磷有效性的影响。结果表明:(1)土壤可溶性氮(DTN)、硝态氮(NO-3-N)和有效磷(PO3-4-P)含量随冻融频次增加呈下降趋势,但铵态氮(NH+4-N)和可溶性磷(DTP)含量呈现上升趋势;(2)在冻融频次相同情况下,高含水量土壤在-15℃/5℃冻融循环处理下的可溶性有机碳(DOC)、DTN和NH+4-N含量显著高于-5℃/5℃冻融循环处理下的含量;(3)含水量高的土壤在冻融处理后,DOC、DTN、NH+4-N、DTP和有效磷(PO3-4-P)的含量通常高于含水量低的土壤,但NO-3-N则相反。由此可见,冻融频次、冻结温度和土壤含水量都是影响高寒草甸土壤冻融效应的关键因子,在评价冻融作用对高寒草甸土壤碳氮磷有效性影响时,还应充分考虑这些因子间交互效应。     

模拟降水氮沉降对藏北高寒草甸土壤呼吸的影响

全球范围内大气氮沉降量的升高,增加了陆地生态系统的氮输入,从而影响土壤CO₂的排放。2014年采用生长季（6-8月）喷洒添加定量NH4NO3液体的方式模拟降水氮沉降,参照中国氮沉降分布格局决定氮素添加剂量为40kgN·hm^-2·a^-1（N40）,以喷洒等量清水为对照（CK）。生长季内定期测定植物群落生物量,并利用LI-8100土壤碳通量测量系统,选两个典型晴天进行土壤呼吸速率日动态变化过程测定,同时在6月下旬-9月初定期测定土壤呼吸速率,以探究氮沉降增加对藏北高寒草甸土壤呼吸的影响。结果表明：（1）氮沉降使高寒草甸地上生物量显著增加（P<0.05）。（2）高寒草甸生长季土壤呼吸具有明显的典型日动态变化和生长季变化。典型日动态呈双峰曲线,土壤呼吸速率最大值出现在13：00-14：00和16：00;生长季变化呈单峰曲线,最大值出现在8月,生长季初期和末期土壤呼吸速率较低。（3）氮沉降极显著促进了高寒草甸的土壤呼吸,与对照相比,生长季平均土壤呼吸速率增加66.1%（P<0.001）。（4）土壤呼吸速率与土壤温度、土壤湿度和地上生物量呈极显著正相关关系（P<0.001）。（5）氮沉降对土壤呼吸的温度敏感性无显著影响。研究结果说明在高寒草甸,由于氮沉降导致地上地下生物量增加,从而导致土壤呼吸速率的增加。     

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。     

灌丛化对高寒草甸土壤水力性质的影响

全球气候变化背景下,青藏高原高寒草甸灌丛化已经成为青藏高原植被景观的主要变化趋势。为了更好地认识和理解灌丛化与高寒草甸生态系统的关系,以青藏高原东缘川西锦鸡儿(Caragana Erinacea Kom)和金露梅(Potentilla Fruticosa)灌丛化高寒草甸为对象,采用环刀浸泡法和双环入渗法研究了其在未灌丛化、轻度灌丛化、中度灌丛化和重度灌丛化阶段土壤持水和入渗能力特征。结果表明：(1)2种灌丛化草甸土壤容重在中度灌丛化阶段最低,总孔隙度在中度灌丛化阶段最高。(2)随着灌丛化程度的增加,2种灌丛化草甸土壤含水量呈增加趋势,表现为在重度灌丛化阶段最高;土壤毛管持水量、田间持水量和最大持水量呈抛物线变化趋势,在中度灌丛化阶段最大。(3)2种灌丛化草甸土壤的初渗率、稳渗率和入渗速度随灌丛化程度的增加总体表现为增加趋势,其中在中度和重度灌丛化阶段显著高于未灌丛化阶段。(4)相关性分析表明,灌丛化草甸土壤的入渗指标与土壤含水量、非毛管孔隙度有显著相关关系。因此,高寒草甸灌丛化过程中,土壤水力性质的改变通常发生在中度和重度灌丛化阶段。     

青藏高原高寒草原与草甸土壤可蚀性的关键因子

[目的]探讨青藏高原高寒草原与草甸土壤可蚀性特征差异,为高寒草原草甸土壤可蚀性研究提供重要参考.[方法]选取18个变化因子作为草原与草甸土壤可蚀性评价的影响因子,运用主成分分析、逐步回归分析以及通径分析法,确定高寒草原与草甸土壤可蚀性的主要影响因素,筛选青藏高原高寒草原与草甸土壤可蚀性的关键因子.[结果]高寒草原土壤可...     

牧压梯度下青藏高原高寒杂草类草甸生态系统呼吸和碳汇强度估算

于2010年5月-2011年12月在祁连山北坡夏季牧场的高寒杂草类草甸进行生物量监测,并利用密闭箱-气相色谱法进行土壤呼吸观测,以探讨不同牧压梯度下生态系统呼吸、土壤呼吸及碳汇强度的变化.结果表明,(1)生态系统和土壤呼吸速率与5cm日均地温具有极显著的指数关系(P＜0.01),轻牧、中牧和重牧条件下生态系统呼吸对温度的敏感性系数(Q10)分别为4.28、4.16和4.43,土壤呼吸的Q10分别为3.33、3.24和3.44;(2)生态系统呼吸和土壤呼吸均表现出冬季低,夏季高.轻牧、中牧和重牧梯度下生态系统年呼吸碳量分别为854.64、909.79和811.70g·m-2·a-1,而土壤呼吸碳量分别为564.24、606.92和534.56g·m-2·a-1.各牧压梯度下生态系统和土壤的年总释放碳量均无显著差异;(3)随着放牧强度增大,净初级生产碳量(分别为766.65、707.75和570.36g·m-2·a-1)和生态系统碳汇能力(分别为351.93、261.68和177.46g·m-2·a-1)逐渐减弱,但均表现为强碳汇区.研究结果可为了解青藏高原高寒杂草类草甸碳循环特征提供依据.     

青海湖流域高寒草甸季节冻土土壤温湿变化特征

根据2018—2020年青海湖流域高寒草甸野外定点监测的温度、降水、土壤水热数据，分析了高寒草甸生态系统土壤冻融特征以及不同冻融阶段土壤温度、水分的日变化和季节动态过程。结果表明：(1)基于土壤温度变化特征分析，可将冻融循环过程划分为始冻期、完全冻结期、解冻期和完全融化期。各阶段持续的天数长短依次为：完全融化期>完全冻结期>解冻期>始冻期。从表层到深层土壤，完全融化天数持续增大，完全冻结天数趋于减小，0～180 cm土层完全融化期持续天数超过半年以上。(2)冻土表现出单向冻结、双向融化的规律，土壤融化速率(5.45 cm/d)快于土壤冻结速率(2 cm/d)。整个冻融过程，不同深度土壤水分的变化比温度的变化更复杂。(3)随着冻融循环过程，土壤温湿度呈现出周期性的季节变动特征。土壤温湿度日变化具有一致性，表层日较差大，随着深度的增加，日较差变小并趋于稳定。土壤剖面的结构特征对土壤水分异质性分布具有较强的解释性。     

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。     

高寒草甸植被土壤腐殖质组成及性质的研究

不同草甸植被下土壤有机质含量变化在70.0～122.8gkg-1之间,同时,腐殖质特性亦存在较大差异。采用熊田法研究表明,可提取腐殖质中胡敏酸所占比率为47.99%～56.98%,游离胡敏酸(fHA)比率为51.67%～60.10%,游离富里酸(fFA)比率为80.01%～86.46%;此外,不同草甸植被下土壤腐殖质的相对色度(RF),E4也有明显差异。     

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。     

高寒草甸区高原鼢鼠新生土丘水土流失特征

高原鼢鼠是青藏高原的优势地下啮齿动物,掘洞造丘是其独特的行为之一。高原鼢鼠新生土丘属于次生裸地容易导致水土流失,研究高原鼢鼠新生土丘水土流失对于合理评价其对生态系统的影响具有重要意义。利用径流小区法和风蚀桥法,测定不同地形(平地和坡地)、不同直径大小(大土丘:直径75 cm,中等土丘:直径50～75 cm,小土丘:直径50 cm)单位面积新生土丘年土壤流失量和有机质流失量,并比较经过1年侵蚀后的土丘与无土丘草地表层(0—10 cm)土壤粒径组成、含水量和营养成分,旨在明确高原鼢鼠不同大小和不同分布的土丘的水土流失状况。结果表明:(1)研究区平地和坡地新生土丘单位面积年均土壤流失量分别为4 039.91,3 731.79 g/m~2,单位面积年均土壤有机质流失量分别为266.83,252.76 mg/m~2,土壤侵蚀级别为中度侵蚀;(2)土丘表层土壤粒径0.25 mm和5 mm的团聚体含量均显著小于无土丘草地(P0.05),0.25 mm的团聚体含量显著大于无土丘草地(P0.05);(3)土丘表层土壤肥力和土壤含水量均显著小于无土丘草地表层土壤(P0.05);(4)雨季坡地新生土丘单位面积泥沙流失量显著高于平地新生土丘(P0.05)。风季平地风蚀厚度大于坡地风蚀厚度,分别为4.33,3.62 cm;(5)风季不同丘型土丘的侵蚀厚度表现为大土丘小土丘中土丘,分别为5.50,3.59,2.82 cm。研究认为高原鼢鼠新生土丘会导致高寒草甸风蚀和水蚀发生,且不同地形和不同大小的土丘水土流失情况各异。     

川西高寒山地灌丛草甸土壤抗蚀性研究

以康定折多山高寒山地灌丛草甸土壤为研究对象,采用野外调查与室内分析相结合的方法,运用主成分分析法对土壤抗蚀性进行综合评价,以期探讨不同海拔和坡向土壤理化性质及抗蚀性差异。结果表明:(1)淋溶层土壤理化性质的变化剧烈程度高于淀积层土壤,且这种变化不受海拔和坡向的影响,不同坡向间土壤的性质差异主要受气候因素主导;(2)土壤各理化性质指标之间以及土壤理化性质与抗蚀性之间有明显的相关性,其中土壤抗蚀性受团聚体含量及稳定性的影响最大;(3)研究区土壤抗蚀性的大小顺序为3800 m半阳坡>4200 m半阴坡>3800 m半阴坡>4200 m半阳坡>4000 m半阳坡>4000 m半阴坡。其中>0.25 mm风干团聚体含量、团聚体GMD值和团聚体分形维数D 3个指标为评价该地区土壤抗蚀性的最佳指标。可见,不同海拔和坡向间土壤抗蚀性有明显分异特征,提高土壤团聚体含量及稳定性是加强该区土壤抗蚀性的关键。     

基于137Cs的青藏高原高寒草甸土壤侵蚀及碳流失估算

[目的] 定量分析青藏高原高寒草甸土壤侵蚀状况及其伴随的碳流失,为全面评估土壤侵蚀影响,实施有效水土保持措施提供参考。[方法] 结合¹³⁷Cs示踪技术与前人研究,对青藏高原高寒草甸土壤的整体侵蚀水平及其土壤有机碳流失进行了估算。[结果] 未受人为扰动的高寒草甸土壤自上而下表现出3个层次(A,B和C层)的理化性质特征,其¹³⁷Cs分布遵循显著指数递减模式。目前,高原草甸土壤年均侵蚀模数约为77~230 t/km²,推测其每年直接导致的土壤有机碳损失量平均不低于4.86 t/km²。[结论] 青藏高原高寒草甸土壤侵蚀水平整体较弱,但因土壤侵蚀流失的有机碳不容忽视。在未来气候变化背景下,升温导致的土壤湿度下降对植被生长的限制,以及人类活动的影响,较大可能成为诱使青藏高原草甸土壤退化和有机碳流失的潜在因素。     

高寒草地鼠兔干扰下不同地表类型的土壤属性特征

为探究高原鼠兔(Ochotona curzoniae)活动对高山草甸土壤理化性质和生物活性的影响,以青海省果洛藏族自治州玛沁县为研究区,选取受高原鼠兔影响的草地为研究对象,根据有无鼠兔扰动和有鼠兔扰动下的不同地表特征,将有无鼠兔扰动的地表划分为4种类型,分析了4种地表类型土壤理化性质和生物学性质,并采用主成分分析方法对不同地表类型草地进行土壤质量评价。结果表明:(1)存在鼠兔扰动草地,洞口裸斑处土壤含水率、容重增加,土壤机械组成出现砂粒化发展趋势,土壤速效养分浓度升高,洞口裸斑处土壤碱解氮含量较扰动草地增加了41.31%,有机质含量和阳离子交换量在洞口裸斑处最高。(2)4种地表类型土壤酶活性均有不同程度的差异,蔗糖酶活性在不同地表类型下无显著差异,洞口裸斑处脲酶含量最高为3.31 mg/(d·g),磷酸酶和过氧化氢酶的活性在有鼠兔扰动下的3种地表类型均显著增加。(3)通过对不同地表类型土壤质量进行评价,得分排序为:Ⅲ>Ⅳ>Ⅱ>Ⅰ,鼠兔频繁活动的洞口裸斑处土壤质量较佳。鼠兔扰动对土壤性质影响显著,不同地表类型土壤质量存在差异。因此,鼠兔扰动改变了鼠洞周边土壤性质,使其物理化学性质发生显著变化。研究结果对进一步认识高原鼠兔扰动影响下的草地土壤性质变化具有重要支撑作用,也为青藏高原生态系统的管理与保护提供参考。     

黄土高原水蚀风蚀交错带水分和密度对人工草地土壤呼吸的影响

为研究黄土高原水蚀风蚀交错带不同水分与密度处理的人工苜蓿和沙打旺草地土壤呼吸特征,分析了人工草地土壤呼吸对水分和密度的响应及其与环境因子的关系。结果表明：水分增加能够显著促进黄土高原水蚀风蚀交错带人工草地土壤呼吸速率（P〈0.01）,土壤呼吸对不同密度处理的响应特征因草地植被类型不同而异,土壤呼吸速率的季节变化对水分增加和密度响应不敏感。土壤水分是土壤呼吸的限制因子,土壤温度与土壤呼吸速率在6-7月份（旱季后期）相关性不明显,8月份后（雨季）相关性增强。土壤呼吸与表层土壤水分和温度有着显著的耦合关系,加水减弱了苜蓿草地土壤呼吸对水分和温度的依赖,而未改变沙打旺草地土壤呼吸对表层土壤水分和温度的依赖。     

短期放牧对高寒草甸表层土壤入渗和水分保持能力的影响

为深入揭示短期放牧对高寒草甸生态系统地表水文过程的影响机理,基于5个放牧强度(A:2.75只羊/hm~2;B:3.64只羊/hm~2;C:4.35只羊/hm~2;D:4.76只羊/hm~2;E:5.20只羊/hm~2)的3a控制放牧试验,对比研究了表层土壤(0—10cm)物理性状、入渗过程、土壤水分特征曲线及持水和供水能力对放牧强度的响应。结果表明:C处理的土壤初始含水量显著高于D、E处理,但各放牧强度的土壤容重和4个孔隙指标无显著变化;放牧改变了土壤入渗过程,随放牧强度增加,B与C处理入渗较好,D与E处理入渗较差;Gardner模型适用于放牧强度的土壤水分特征曲线拟合,相关系数均达极显著水平,且表征土壤持水性能的a值与低中吸力段含水量表明B与C处理的持水能力高于其它处理;100kPa吸力下比水容量显示,A、B和C处理较D与E处理提高了土壤供水能力。总之,合理放牧强度短期内有利于保存高寒草甸土壤含水量,增强土壤导水性和持水能力,保证土壤有效供水,降低高寒草甸生态系统的退化风险。