模拟降水变化对荒漠草原地上、地下生物量及其分配比例的影响

全球降水格局变化会对草地生态系统植物群落地上、地下生物量产生影响。为探求降水变化对草地群落生物量的影响，本研究在四子王旗荒漠草原设置了4种模拟降水梯度试验，分别为减少自然降水50%、自然降水处理、增加自然降水50%和增加自然降水100%。2018—2020年连续三年测算不同降水梯度处理下植物群落地上、地下生物量及其分配比例，发现2018年到2020年，植物群落地上、地下和总生物量均随降水梯度增加而增加；模拟降水变化对植物群落地上、地下以及总生物量因为样地被围封和降水量不同而产生年际差异。不同降水处理对0～10 cm和20～30 cm中的植物群落地下生物量影响差异显著，20～30 cm土层中，增水处理下的植物群落地下生物量则表现为三年间均为显著递增。减水处理的植物群落生物量向地下分配比例更高(P<0.05)。本试验为维持草地生产力应对未来气候变化提供了理论依据。     

荒漠草原植被及土壤生态化学计量对降水的响应

利用遮雨棚技术对宁夏盐池县荒漠草原降水量进行人为调控，分析了不同降水梯度[33%、66%、100%(正常降水)、133%和166%]下植物群落地上部分和地下部分，以及土壤的生态化学计量特征，以探讨不同降水梯度对荒漠草原生态系统化学计量学特征的影响。结果表明：1)植物群落地上部分碳(C)随降水的增加逐渐减少，氮磷比(N:P)在正常降水下显著(P <0.05)高于降水量增加的处理；植物群落地下部分C、氮(N)、磷(P)随着降水梯度增大而先减后增，且地下部分C、C:N、C:P均在66%降水处理下显著(P <0.05)高于其他梯度。2)土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)随降水量的增加而增加；同一增水梯度下，表层土壤的SOC、TN和TP显著(P <0.05)高于深层土层。3)土壤SOC与植物群落地上部分P含量存在显著负相关(P <0.05)，植物群落其他部分和土壤C、N、P无显著相关(P> 0.05)。研究结果表明，降水变化可改变植物养分分配，增加土壤养分积累，但降水变化过程下荒漠草原植物与土壤间元素耦合关系整体较弱。     

沙地植物根系特征及其与土壤有机碳和总氮的关系

以位于风沙活动剧烈的科尔沁沙地为研究区,通过对不同恢复阶段的流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘和封育草地4种生境的植物特征和土壤总有机碳(SOC)和总氮(TN)含量进行调查,分析了沙地不同恢复阶段土壤碳氮特征与植物的关系。结果表明,1)植物地上和地下生物量的变化随沙地恢复过程呈现不同的特征,地上生物量随沙地恢复表现为先增加后减小的趋势,地下生物量则为指数增加的特征,封育草地植物的根冠比显著高于其他恢复阶段;2)与生物量类似,根系长度和根表面积均随沙地恢复逐渐增加,生境间差异极显著,而根体积虽存在生境间差异,但随沙地恢复梯度的规律性不明显;3)SOC和TN的含量与储量均随沙地恢复逐渐增加,0~10 cm层SOC和TN含量高于10~20 cm层,但随沙地恢复过程,10~20 cm层的增幅高于0~10 cm层;4)地上生物量和地下生物量均与SOC和TN储量呈显著的线性回归关系,地下生物量与SOC和TN储量的回归系数均高于地上生物量;5)根系长度和根表面积与土壤碳氮的回归系数均高于生物量和体积。本研究表明,在风沙活动剧烈的沙地生境,植物根系与土壤碳氮的关系较地上部分更为紧密,根系活动可能是影响土壤碳氮积累的重要因素之一。     

降水水平对荒漠草原生物土壤结皮碳、氮和微生物的影响

生物土壤结皮是荒漠化地区地表景观的基本组成部分和土壤养分的主要供给来源，降水格局影响该区域生态系统的稳定性。以自然降水为对照，通过使用遮雨棚和喷灌系统控制降水输入，探究降水量对生物土壤结皮及下层土壤碳、氮和微生物的影响，为气候变化对荒漠草原生态系统稳定性的影响提供基础数据。结果表明：1）-50%降水处理有利于土壤有机碳（SOC）、土壤微生物生物量碳（SMB-C）和土壤真菌的积累，并提高了结皮层及中间土层全氮（TN）含量和真菌数量，+50%降水处理提高了各土层土壤细菌数量、结皮层以及中间层土壤微生物生物量氮（SMB-N）含量，并显著降低了各土层土壤C∶N、SMB-C∶SMB-N和真菌数量∶细菌数量，不同降水处理下土壤SOC、SMB-C、SMB-N含量、细菌和真菌数量均随土层深度显著下降；2）细菌对降水减少更为敏感，而真菌比细菌更能抵御干旱气候，土壤细菌和真菌对降水变化具有不同的适应策略；3）-50%降水处理有利于土壤养分的恢复，对结皮层以下土层土壤养分的恢复尤为明显，+50%降水处理导致结皮层和深层土壤养分略有退化。     

青藏高原北麓河流域不同退化程度高寒草甸生产力和群落结构特征

近年来,青藏高原高寒草甸部分地区退化严重,对生态环境及牧民畜牧业生产造成了不利的影响。在草地不同退化阶段中存在着关键阶段,超过了这个阶段,极难恢复。因此,确定草地退化的关键阶段是草地可持续恢复的基础。研究样地设在青藏高原北麓河流域多年冻土区,根据植被和土壤特征选取了未退化到极度退化的5个退化梯度,探讨不同退化程度对植被地上、地下生物量以及群落中各功能群相对盖度的影响,为揭示多年冻土区高寒草甸植被退化关键阶段提供依据。结果表明:1)随着退化程度加剧,禾本科和杂草类植物相对盖度显著增加(P 0.05),而莎草科植物相对盖度则显著降低(P 0.05);2)地上生物量在轻度退化阶段无显著变化(P 0.05),中度退化阶段开始显著降低(P 0.05);3)地下生物量和地下净初级生产力均在中度退化阶段后显著降低(P 0.05),地下净初级生产力在各土壤深度比例有向深处增加的趋势;4)不同退化程度莎草科植物相对盖度和地下净初级生产力在0–10 cm土壤深度所占比例极显著正相关(P 0.01),但与10–20 cm土壤深度地下净初级生产力所占比例无显著相关(P 0.05),与20–30 cm和30–50 cm土壤深度地下净初级生产力所占比例均显著负相关(P 0.05),而杂草相对盖度和地下净初级生产力在各土壤深度所占比例则表现出与莎草科植物相反的趋势。中度退化是草地退化的关键阶段。     

青藏高原不同退化梯度高寒草地植被与土壤属性分异特征

高寒草地是青藏高原生态系统的重要组成部分,草地退化严重影响区域可持续发展。目前,不同草地退化的演替过程中,土壤属性与植被特征的变化机理尚未理清。本研究以青藏高原为研究对象,整合分析(meta-analysis)不同退化梯度草地的植被群落、生产力及土壤属性特征。结果表明:不同退化梯度下,植被地上和地下生物量均降低,土壤特征均呈恶化趋势。尤其是在重度退化草地中,地上生物量、地下生物量、物种丰富度和物种均匀度较未退化草地分别显著降低了42.44%、60.64%、21.08%和8.36%,土壤含水量、有机碳、全氮和全磷同样较未退化草地分别显著下降了33.57%、45.75%、22.70%和11.23%,而土壤容重显著上升了12.12%(P0.05)。就效应比而言,植被生物量与土壤主要性质(有机碳、全氮和全磷)均呈显著正相关关系,表明草地退化过程中植被生产力与土壤性质互相影响,相较氮和磷含量,碳含量的流失非常严重。研究结果可为青藏高原地区受损草地的修复提供科学依据。     

黄土高原典型草原草地根冠比的季节动态及其影响因素

生物量的地上-地下分配受到植物种类、年龄、气候等诸多因素的影响,并且生物量地上-地下分配会影响植物向土壤碳的输入,进而影响陆地生态系统碳循环。然而,由于根系采样的困难使得作为陆地生态系统碳循环模型中重要参数的地下-地上生物量比(根冠比,R/S)还存在很大不确定性。因此,本研究通过2007, 2008和2009年连续3年对黄土高原围封草地和放牧草地的地上、地下生物量进行测定,并结合降水和气温资料,试图揭示围封与放牧草地根冠比的季节动态及其与环境因素的关系,为地下生物量的预测和陆地生态系统碳循环模型提供参考。结果表明,围封与放牧样地根冠比的季节变化呈现反抛物线型,最低值都出现在9月下旬;3年放牧样地的根冠比在不同生长季都显著高于围封样地(P<0.05),其平均值放牧样地分别为3.13,3.36和3.77,围封样地为2.55,2.56和3.13。相对于围封草地,放牧草地根冠比的变异更大;2个样地的根冠比年际间差异都不显著;根冠比与上月降水量、当月气温之间均呈显著负相关(P<0.05)。利用降水量和气温建立的多元回归方程,可以很好地预测根冠比。     

施肥和控鼠对退化高寒草甸植物-土壤-微生物碳氮磷化学计量特征的影响

以黄河源区斑块化退化高寒草甸为研究对象,通过测定施肥、施肥+控鼠两种修复措施下草地植物、土壤和微生物生物量碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比,揭示在斑块化退化高寒草甸恢复过程中植物-土壤-微生物之间的生态化学计量特征及相互关系,为退化草地的快速恢复提供理论指导。结果表明：施肥+控鼠修复措施显著增加植物地上部分C、N含量和土壤有机碳(SOC)、全氮(STN)含量以及土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)含量,与对照相比分别增加1.02%、20.77%、32.69%、8.81%、340.97%、316.20%、53.49%、209.94%,同时显著降低植物地下部分C含量以及地上部分C/P,且植物地上和地下部分N/P均小于14,表明退化草地短期恢复过程中植物生长主要受N限制。退化草地恢复过程中植物C、C/P和土壤MBC、MBC/MBN对土壤环境变化反映敏感,内稳态模型方程拟合结果均显著(P<0.05),1/H分别为0.0594、-0.7676、-0.4746、-0.7340、3.4729、1.4542,且土壤微生物的敏感程度高于植物...     

河西走廊盐渍区草地建植与改良综合技术及其效果

在甘肃河西走廊临泽盐渍草地试验区实施草地建植和综合技术后第2年,苏丹草、牛尾草、碱茅+牛尾草+草木樨人工草地产量分别达10 005.7、4 168.4和8 760.8(DM)kg/hm2.排阴沟显著降低0～60 cm土壤可溶性全盐含量.草地建植2年后,土壤0～60 cm有机质含量平均增加0.6 g/kg,速效氮、全氮、磷、钾分别增加24.56%、25.21%、35.07%、4.39%.施氮显著增加芦苇+赖草草地地上生物量(P＜0.01),并有调节群落各种群密度和生物量的功能.     

川西北沙地植被恢复对土壤碳氮磷及生态化学计量特征的影响

本文以川西北退化草地植被恢复区自然放牧草地(NGG)、围栏封育沙化草地(FEDG)、自然灌丛草地(NS)和人工种植高山柳沙化草地(SCDG)为研究对象,通过植物群落调查与土壤理化性质的测定,探讨川西北自然与人工恢复沙化草地土壤碳氮磷及生态化学计量特征。结果表明,除土壤全磷储量外,所选草地植被类型在0~60cm土层土壤碳、氮、磷的含量、储量和比值都存在显著差异(P<0.05),土壤全磷含量高低顺序为NS>FEDG>NGG>SCDG,除氮磷比(N∶P)外,其余土壤指标高低顺序为NS>NGG>FEDG>SCDG,土壤全磷储量在NS显著高于其它类型(P<0.05)。4类植被类型的土壤全氮和全磷含量及NS和NGG的有机碳含量随土层深度增加而显著降低(P<0.05)。除N∶P外,NGG和NS的土壤碳氮比(C∶N)、碳磷比(C∶P)都随土壤土层深度的加深而显著降低(P<0.05)。自然灌丛草地比自然草地和人工植被恢复沙地具有更高的土壤养分含量,可作为沙地生态恢复模式进一步优化的参考。     

陕西省天然草地生物量空间分布格局及其影响因素

草地生态系统是全球陆地生态系统的重要组成部分,在全球碳循环中扮演着重要角色。以陕西省天然草地为研究对象,基于57个调查样地的地上、地下和凋落物生物量资料,分析不同植被类型草地生物量的空间分布特征及其影响因素,并揭示其之间的相互关系,为我国草地生态系统碳汇研究提供基础数据。结果表明:7种草地类型(暖性草丛类、暖性灌草丛类、温性山地草甸类、温性草甸草原、温性草原、温性荒漠草原类和低地盐化草甸类)的各部分生物量存在显著差异(P<0.05),其地上生物量分别为:238.3,293.6,157.0,350.5,156.9,99.9和144.6 g·m^-2,地下生物量分别为:670.2,560.5,726.3,1072.5,719.5,1156.7和775.0 g·m^-2,凋落物生物量分别为:332.2,294.0,328.5,271.4,107.4,97.2和155.7 g·m^-2;但是其群落总生物量差异不显著,分别为:1353.9,1240.8,1405.3,1501.0,983.8,1148.1和1075.3 g·m^-2。地下生物量均大于地上生物量和凋落物生物量,其分配比例介于38.8%~77.4%之间;地上生物量和凋落物生物量随海拔高度增加而极显著减少(P<0.01);地上生物量随生长期降雨量增加而极显著增加(P<0.01),随年均温增加而减少(P>0.05);地下生物量对降雨和温度的响应均不显著。因此,降水是陕西省天然草地生态系统地上生物量最主要的限制因子,且主要受生长期水分供给的制约,温度尚不是主要限制因子。     

黄土丘陵区铁杆蒿群落表层土壤有机碳动态及其影响因子

以黄土丘陵区铁杆蒿(Artemisia sacrorum)草地为研究对象,采用野外调查与室内分析相结合的方法,分析其表层土壤有机碳含量和密度,以期揭示自然恢复过程中其动态变化规律以及海拔、土壤等因子对其的影响。结果表明,随着退耕年限的增加,铁杆蒿群落土壤平均有机碳含量呈先增加(退耕12～20 a)后减少(退耕20～28 a)再增加的趋势(退耕28～45 a),退耕12～20、28～40和40～45 a的年增长率分别为5.50%、4.05%和10.11%;退耕20～28 a的年减少率为3.13%。土壤表层总有机碳密度变化趋势与土壤有机碳含量相似,退耕12～24、28～40和40～45 a的年增长率分别为4.10%、4.56%和8.58%,退耕24～28 a的年减少率为7.49%。相关性分析表明,土壤有机碳含量与地上生物量、地下生物量、全氮含量呈显著正相关,与海拔呈显著负相关。     

气候变化对青海海北地区天然草地生物量及生态环境的响应

利用海北地区近40年的气温、降水资料和近年来的天然牧草资料,分析了海北地区气温、降水变化特征及其变化对天然牧草生物量和草地生态环境的影响.结果表明:海北地区的温度增暖趋势20世纪90年代最明显,各地温度变化的倾向率均为正;降水量的递增在80年代达最高值,90年代有所回落;气象因子对草地生物量和生态环境的影响温度大于降水;降水对生态环境的影响主要表现在降水量的年际波动和年内各季节分布的差异上.     

紫花苜蓿与草地早熟禾轮作序列土壤氮素时空动态变化差异

通过研究甘农9号紫花苜蓿(Medicago sativa cv. Gannong No.9)与海波草地早熟禾(Poa pratensis Haibo)轮作序列土壤氮素时空动态变化,探讨不同轮作序列土壤氮素时空分配机制。设置草地早熟禾→紫花苜蓿(PA)和紫花苜蓿→草地早熟禾(AP)轮作处理,以草地早熟禾→草地早熟禾(PP)和紫花苜蓿→紫花苜蓿(AA)为对照;于种植第二年4–10月分别采集0–20和20–40 cm土层土壤,测定全氮与碱解氮含量。结果表明,PA模式0–20和20–40 cm土层4–10月全氮含量动态均呈先下降后上升趋势;0–20 cm土层碱解氮含量动态呈上升–下降–上升趋势,而20–40 cm土层呈下降–上升–下降–上升趋势;0–20 cm土层,除8月外,4–10月PA模式全氮含量显著高于PP,20–40 cm土层,除8、9月外,4–10月PA模式全氮含量显著高于PP(P 0.05);除4月外,4–10月PA模式0–20 cm和20–40 cm土层碱解氮含量均显著高于PP(P 0.05)。AP模式0–20 cm和20–40 cm土层4–10月全氮和碱解氮含量动态均略呈下降趋势;0–20 cm土层,除4、5、6月外,其他月份AP模式全氮含量显著低于AA(P 0.05),20–40 cm土层,除10月外,其他月份AP模式与AA模式无显著性差异(P 0.05);0–20 cm土层,除4、5、6月外,其他月份AP模式碱解氮含量显著低于AA;20–40 cm土层,10月AP显著低于AA(P 0.05),其他月份下两处理间均不显著(P0.05)。综上所述,草地早熟禾→紫花苜蓿序列可显著提高土壤全氮和碱解氮含量,紫花苜蓿→草地早熟禾序列可使土壤全氮与碱解氮得到有效利用。与苜蓿→草地早熟禾轮作相比,草地早熟禾→苜蓿能有效增加土壤氮素含量。     

2001−2020年蒙古高原草地覆盖度变化对干旱的响应

蒙古高原地处干旱半干旱地区,生态系统脆弱,干旱灾害频发,探究草地覆被度对干旱的响应,能够为改善生态环境和防灾减灾提供科学依据。基于2001–2020年MODIS遥感数据和植被覆盖度实测数据,采用决策树分类、温度状态指数、相关性分析等方法,分析了蒙古高原草原区草地覆被度变化、干旱分布以及二者的相关性。结果表明：1) 2001–2020年蒙古高原草原区内的草地面积整体上呈增加趋势,2001–2017年优势草地覆盖度为40%～60%和20%～40%,2017年后60%～80%和40%～60%为优势覆盖度,整体上有向高覆盖度转移的趋势。不同覆盖度草地中40%～60%和20%～40%草地的转入转出面积大,波动强稳定性差。2) 20年间2001年、2007年、2010年、2017年和2019年为研究区的干旱年份,2003年、2013年、2018年和2020年旱情较为缓和,中旱面积所占比例可以在一定程度上反映研究区整体的干旱情况。3)蒙古高原草原区草地覆盖度减少与气候干旱整体上呈正相关关系,不同植被类型草地覆盖度对干旱的敏感程度依次是典型草原>荒漠草原>草甸草原,覆盖度20%～60%草地...     

放牧对蒿类荒漠草地植物群落和土壤理化性质的影响

通过对不同放牧梯度下蒿类荒漠草地地上植物的高度、盖度、密度和生物量及地下土壤容重、全氮、全磷、全钾和有机质等指标的测定和分析,旨在为此类草地恢复和合理放牧制度的确立提供科学依据。结果表明:(1)不同放牧梯度下放牧后的草地植物的地上生物量下降十分为明显,放牧前、适度放牧后及重度放牧后分别为:161.98,105.11和73.17g/m~2,草地植物生物量在不同牧压间的变化差异极显著(P0.01);(2)适度放牧下,0~10、10~20及20~30cm的土壤容重在放牧前后均差异不显著(P0.05)。重度放牧下,10~20cm土壤容重放牧后比放牧前增加,差异显著(P0.05);(3)10~20和20~30cm土层,全钾在适度放牧后和重度放牧后均表现为增加、有机质均有所减少,其放牧前后均差异显著(P0.05)。     

黄土丘陵区典型植被生态系统功能的权衡关系

为探究黄土高原植被恢复形成各群落生态系统功能权衡关系,本研究以植被恢复形成的灌木、自然草地、撂荒草地及乔木群落为对象,采用均方根偏差法(Root mean square deviation, RMSD)研究了生物量生产、土壤含水量、土壤养分含量、物种多样性4种生态系统功能差异及其权衡关系。结果表明：各植被类型间生态系统功能差异显著;各植被类型最高权衡均出现在生物量与其他生态系统功能间,RMSD在0.27～0.53间变化;乔木群落生态系统功能严重失衡,需要降低生物量促进各功能协调发展;灌木群落和自然草地群落生态系统功能中度失衡,是较为适合该区域的植被恢复的类型,两种群落分别需要改善土壤养分含量和土壤含水量;撂荒草地失衡程度最轻但生态系统功能低下,需要提升物种多样性及生物量。研究结果为黄土高原植被恢复调控与可持续发展提供依据。     

不同退化程度草地土壤碳、氮对人工湖的时空响应

在不同退化草地上建造人工湖泊,可能会改善毗邻退化草地的生态环境,影响退化草地土壤中养分的流动,加快退化草地的修复。本研究分析了建造人工湖泊后3年内(2014–2016年)湖泊毗邻的不同退化程度草地土壤含水量及碳、氮含量在不同湖距(10、60、100、150、250和600 m)上的动态变化。结果表明,在建湖3年这个短时期内,不同退化草地土壤含水量和土壤养分(有机碳、全氮)形成了近湖效应,即近湖区土壤含水量和养分含量高。轻度、重度退化草地土壤含水量在建湖3年后差异性被削弱。上层土壤(0–10 cm)含水量、有机碳和全氮含量高于下层土壤(10–20 cm),重度退化草地养分低于轻度退化草地。2016年,距湖150 m处土壤全氮含量表现为重度退化草地(2.03 g·kg–1)小于轻度退化草地(2.78 g·kg–1)。2016年重度退化草地土壤距湖10、60、150和250 m处的有机碳含量分别增加了10%、44%、48%和54%;轻度退化草地土壤有机碳仅在距湖10 m处随年际的推移而增加了53%。综上,人工湖影响毗邻退化草地土壤中养分流动,尤其在距离上有显著的影响,并表现出一定的规律性。     

乌鲁木齐周边典型荒漠草地群落物种多样性及生物量关系研究

为探讨荒漠草地群落物种多样性及生物量分配，本研究采用样方法对乌鲁木齐市周边典型荒漠草地群落物种多样性与生物量的关系进行研究。结果表明：乌鲁木齐周边典型荒漠草地群落物种组成单一，群落平均高度、盖度、密度、生物量呈现显著性差异(P<0.05)；0～50cm土层中，群落地下生物量除梭梭群落均随着土层深度增加而逐渐减小，梭梭群落则呈先增加后降低的趋势；植物群落呈异速生长模式，拟合方程为：y=231.375×e^{0.003 3x}(R²=0.714 8)；凋落物生物量与地下生物量之间呈线性关系，拟合方程为：y=13.818x+259.812(R²=0.616 1)；地上生物量与物种多样性之间呈单峰变化曲线，对应方程为：y=-5.210 4x²+0.004 5x+0.369 9(R²=0.307 1，P<0.01)，群落地下生物量与物种多样性之间关系表现出极显著的线性相关，对应方程为：y=3.073 5x+0.678 2(R²=0.543 4，P<0.05)。本研究结果可为退化荒漠草地的恢复及生物多样性保护、生态系统功能维持与恢复提供基础数据。     

封育对黄土高原天然草地深层土壤碳、氮储量的影响

封育是当前恢复和改良退化草地的重要措施,准确评估植被变化过程中土壤碳、氮储量动态,具有重要的生态意义。本研究以宁夏云雾山封育30年天然草地和未封育草地土壤为研究对象,对深层(0-500cm)土壤有机碳(SOC)、全氮(STN)固持动态进行分析。结果表明,封育30年草地土壤碳含量(0-440cm)显著高于未封育草地(P0.05),但是草地SOC变化临界层不明显,未封育草地SOC含量变化临界层大约位于130cm处;封育与未封育草地STN含量在130cm以下显著降低,STN的累积均发生在60-320cm土壤中,而表层(0-60cm)和较深层(320cm)中STN积累较少;封育30年草地340-500cm土壤SOC储量趋于稳定,每20cm土层约为11.5 mg·hm~(-2),未封育草地140-500cm土壤SOC储量趋于稳定,每20cm土层维持在8mg·hm~(-2);封育30年草地0-100cm土壤SOC、STN储量分别占0-500cm土层的44.8%和27.2%,0-200cm分别占72.2%和38.5%,0-300cm分别占83.5%和64%,0-400cm分别占92.2%和80.1%。因此,深层土壤有着大量的碳、氮储量信息,对于100-500cm土壤碳、氮动态研究非常必要。