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。     

高寒草甸土壤团聚体碳氮磷对退化的响应及其影响因素

植物和土壤微生物是土壤团聚体黏合物和养分的重要来源,因此土壤团聚体组成及其养分库的变化可指示生态系统退化过程。本文在长江源区根据植被群落特征选取未退化、中度和严重退化高寒草甸,研究其土壤中大团聚体(>250μm)、微团聚体(55～250μm)和游离态粉粒黏粒(<55μm)含量、不同粒级团聚体碳氮磷含量及储量随草地退化的变化特征,并分析了植物和微生物活动与这些变化特征的关系。结果表明：未退化和中度退化高寒草甸土壤以微团聚体为主。退化使高寒草甸大团聚体和微团聚体碳氮含量及储量显著下降,但磷含量及储量未发生显著变化。游离态粉粒黏粒氮磷储量在严重退化高寒草甸显著增加。各团聚体碳氮含量与地上生物量和微生物量碳正相关,磷含量与微生物量碳负相关。本研究表明植物及受其影响的土壤微生物变化是造成高寒草甸退化后不同团聚体碳氮磷库变化的主要原因。     

不同退化程度高寒嵩草草甸基况的初步研究

以高寒嵩草草甸退化群落指标为依据,研究了青海省未退化、轻度退化、中度退化和重度退化阶段,高寒嵩草草甸植物群落的结构特征及土壤特性的差异性。结果表明:不同退化程度的高寒嵩草草甸,其地上、地下生物量,牧草高度,生草层厚度,裸斑面积,物种数,土壤含水量等呈显著差异。同未退化阶段相比,重度退化阶段的优良牧草生物量和地下生物量分别降低了43.2和10.1 g/m2。而重度退化阶段时,裸斑面积则达到最大值65 m2,土壤含水量则为最小值22.83%,鼠洞密度则随着高寒嵩草草甸退化程度的加剧,呈倒"V"变化趋势。分析表明,高寒嵩草草甸退化的结果是,由莎草科和禾本科为主的植物演替为杂类草地。     

高寒草甸退化阶段植物群落多样性与系统多功能性的联系

高寒草地在碳储量、生产力、养分循环以及涵养水源等方面的系统功能与群落生物多样性紧密相关,但现阶段大多数研究仅从少数的或单一生态系统功能与群落多样性之间的关系展开。基于此,本研究采用冗余分析和因子分析对青藏高原东缘退化高寒草甸群落进行了多功能性评价,探讨草地生态系统多功能性与植物群落多样性之间的关系。结果表明：随草地退化程度加剧,土壤多功能评价指标表现为未退化（86.61）>中度退化（25.86）>轻度退化（23.98）>极度退化（-7.51）;草地生态系统多功能性与Margalef丰富度成显著正相关关系,与Pielou均匀度指数和Shannon-Wiener指数呈显著负相关关系;退化高寒草甸植物的分布和群落结构的变化主要受到土壤总孔隙度、土壤含水量、毛管持水量和通气孔隙度等土壤功能性状的影响。综上所述,高寒地区植被退化对于生态系统的多功能性影响显著,本研究为进一步研究高寒草甸多功能性及合理保护和利用草地提供一定的理论依据和参考价值。     

氮添加对青藏高原高寒草甸土壤磷组分的影响

磷是一种影响草地植物生产力和生态系统功能的重要养分。本文研究了3个氮添加水平下(5，10和15 g ·m^-2)青藏高原海北高寒草甸(海拔3 100 m)土壤磷组分的变化特征及其主要影响因素。研究表明：N5处理下土壤磷的生物有效性增加。N5处理显著提高了活性磷库的含量，其中NaHCO₃-Pi的含量和比例均显著增加。N15处理下植物生物量和地上部含磷量增加，土壤活性磷含量无显著变化，N15处理下仅土壤残余态磷(Residual-P)显著下降。氮添加下影响土壤磷组分变化的关键因素包括土壤pH值、微生物生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)和微生物生物量氮(Microbial biomass nitrogen,MBN)。在高寒草甸氮添加能够通过降低土壤pH值和增加微生物生物量来提高土壤磷的有效性。     

柑橘/大球盖菇间作对三峡库区紫色土活性有机碳库的影响

分析柑橘园间作大球盖菇模式对紫色土活性有机碳库的影响,以期为土壤碳循环及缓解气候变化的研究提供基础数据和理论依据。通过在紫色土柑橘园中间作大球盖菇,对比分析密植间作(HD)、正常间作(TC)、稀疏间作(SP)和裸地对照(BT)及辅料对照(ST)等5组处理对紫色土柑橘园上下层(0~10 cm,30~50 cm)土壤中总有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(ROC)、轻组有机碳(LFOC)及土壤微生物量碳(SMBC)等指标的影响。在大球盖菇整个生长期中,柑橘/大球盖菇间作密度显著影响上、下层土壤中活性有机碳(DOC、ROC、LFOC、SMBC)的含量,且上层(0~10 cm)土壤中总有机碳和活性有机碳的含量显著高于下层(30~50 cm)土壤。此外,各处理在不同土壤层次中对不同活性有机碳组分的影响存在显著性差异,其中在上层(0~10 cm)土壤中,密植间作(HD)处理中活性有机碳(DOC、ROC、LFOC及SMBC)含量显著高于其他处理(P<0.05),而在下层(30~50 cm)土壤中,稀疏间作(SP)处理中可溶性有机碳(DOC)、轻组有机碳(LFOC)及微生物量碳(SMBC)的含量均高于其他处理(P<0.05)。柑橘/大球盖菇间作系统中,间作密度与总有机碳(TOC)、易氧化有机碳(ROC)存在显著负相关关系,与可溶性有机碳(DOC)、轻组有机碳(LFOC)和土壤微生物量碳(SMBC)存在极显著负相关关系,且不同活性有机碳组分间存在显著或极显著正相关关系。柑橘/大球盖菇间作能够显著提高上层(0~10 cm)土壤中碳库管理指数,却不利于下层(30~50 cm)土壤碳的累积。柑橘/大球盖菇间作在一定程度上能够提高紫色土土壤中活性有机碳的形成和累积,增加紫色土土壤碳储量。     

返青期休牧对退化高寒草地植被特征及优势种光合生理的影响

为探讨返青期休牧对退化高寒草地植被特征及优势种光合生理的影响,本研究在祁连山区选择已实施返青期休牧6年的高寒草甸开展了植被特征及优势种光合生理相关指标的调查研究。结果表明：返青期休牧6年后,高寒草甸的植被盖度、地上生物量、地下生物量和土壤含水量较未休牧区分别增加了38.44%,985.00%,209.56%和62.62%,其优势禾草垂穗披碱草（Elymus nutans）株高、叶片净光合速率、光化学量子效率、呼吸速率、叶面积、相对叶绿素含量和叶片氮含量分别提高了965.77%,139.86%,4.92%,269.37%,254.13%,197.02%和96.24%（P<0.05）,其地上地下生物量与除叶温和光化学猝灭系数外的指标显著相关,叶片净光合速率与除叶温外的指标显著相关。因此,返青期休牧可显著增强高寒草地优势禾草的光合作用和呼吸作用,促进植物生长及退化草地的恢复。本研究为推广实施返青期休牧这一措施来恢复退化高寒草地植被提供了理论基础。     

不同调控措施对中度退化高寒草甸植被及土壤理化性质的影响

为探究退化草地植被和土壤理化性质对不同调控措施的响应,本研究以中度退化高寒草甸为研究对象,采取春季休牧（T1）,春季休牧-划破草皮（T2）,春季休牧-划破草皮-施肥（T3）,春季休牧-划破草皮-播种（T4）,春季休牧-划破草皮-施肥-播种（T5）措施,以中度退化高寒草甸为对照（CK）,探讨各调控措施下植被与土壤理化性质的变化规律。结果表明：与CK相比各调控措施下物种丰富度、多样性、均匀度指数以及地上、地下生物量均显著增加（P<0.05）;补播‘青海’草地早熟禾（Poa pratensis‘Qinghai’）后样地杂类草重要值降低,禾本科重要值增加;CK土壤pH、容重和铵态氮含量最高;T2下土壤速效磷含量最高;T3下土壤硝态氮含量最高;T4下有机磷含量最高;与CK相比,T5下土壤含水量、有机碳、全氮、全钾、速效钾含量均显著增加（P<0.05）。综上,春季休牧-划破草皮-施肥-播种措施能在短时间内改善退化高寒草甸的现状,提高可食牧草比例,有利于高寒草甸的恢复。     

围封对天山北坡荒漠草地土壤有机碳的影响

以天山北坡中段退化荒漠草地为研究对象,通过分析封育与放牧对草地土壤有机碳、易氧化碳、微生物量碳含量及活性有机碳的分配比例的影响,以揭示土壤质量的变化。结果表明：禁牧封育5年后草地土壤有机碳及其活性组分含量低于放牧草地。与封育草地相比,在5～10 cm放牧草地土壤有机碳、微生物量碳及MBC/SOC显著升高（P<0.05）,分别增加了0.81 g·kg^-1,34.12 mg·kg^-1,0.59%;土壤易氧化碳含量及ROC/SOC在10～15 cm土层差异均达显著水平（P<0.05）。可见,荒漠草地在封育5年后土壤质量降低,因此,应该实行合理的围封-放牧体系,更有利于退化荒漠草地生态系统的恢复。     

不同牧草混播对退化高寒草甸土壤养分及生物量的影响

适宜的牧草混播对于改善退化高寒草甸及高寒地区畜牧业现状具有重要的现实意义,但不同牧草混播条件下退化高寒草甸土壤养分及生物量变化特征尚不明确。为此,本研究以垂穗披碱草（Elymus nutans）、早熟禾（Poa pratensis）、呼伦贝尔苜蓿（Medicago falcata）为试验草种,在三江源区重度退化高寒草甸开展为期3年的混播试验,探讨不同牧草混播对退化高寒草甸土壤养分及生物量的影响。结果表明：不同牧草混播条件下,草甸土壤有机碳含量与全氮及不同形态氮素含量呈显著正相关（P<0.05）;草甸土壤养分含量发生显著变化（P<0.05）,EM（垂穗披碱草+呼伦贝尔苜蓿）混播的土壤养分状况最佳;草甸地上、地下生物量显著增加（P<0.05）,EM混播的效果最为显著（P<0.05）。综上,在重度退化高寒草甸恢复过程中,如采取人工草地建植手段,建议选择EM混播。     

围封对青海湖流域高寒草甸植被特征和土壤理化性质的影响

以青海湖流域退化的高寒草甸2个草地类型为对象,比较分析了围封2年样地植物群落生物量、群落结构和土壤理化性质的变化。结果表明,1）围封后高山嵩草和矮生嵩草的地上生物量较放牧地分别增加了33．8％和31．5％;且禾本科植物生物量的比例显著增加,杂类草的比例降低。2）功能群多样性指数和均匀度指数显著增加。3）围封2年后,2个草地型0～10 cm 土层土壤有机碳含量分别增加了10．15％和12．74％,10～30 cm 土层均无显著变化;矮生嵩草草地0～10 cm 土层土壤全磷含量增加了16．13％,其余无显著变化;表层土壤容重分别降低了6．61％和6．25％,pH 值降低了4．04％和3．69％,10～30 cm 土层均无显著变化;土壤全磷含量在各土层均无显著变化。     

青藏高原退化高寒草地土壤氮矿化特征以及影响因素研究

为了明确青藏高原退化高寒草地土壤氮矿化特点以及影响因素,以高寒草甸和高寒草原为研究对象,运用原位培养法对健康与退化条件下2类型草地中土壤硝化速率、氨化速率以及氮素转化微生物、植物和土壤等因子进行了研究。结果表明:1)草地退化显著降低了高寒草甸和草原土壤净硝化速率和净氨化速率;2)草地退化降低了2类高寒草地土壤硝化细菌和氨化细菌数量,降低了土壤蛋白酶、脲酶活性;3)草地退化显著降低了NH₄-N和NO₃-N含量,降低了微生物生物量氮含量。相关分析表明,高寒草地中土壤硝化速率和氨化速率与土壤硝化细菌和氨化细菌的数量以及蛋白酶和脲酶密切相关。植物生物量、土壤含水量、有机碳、全氮含量通过影响微生物数量、微生物生物量及酶活性而成为影响土壤氮素转化的主要因素。因此,草地退化通过降低高寒草地硝化细菌和氨化细菌、土壤酶活性而降低土壤氮素转化速率和土壤有效氮的供给。     

三峡库区消落带不同海拔狗牙根草地土壤微生物生物量碳氮磷含量特征

为探究库区消落带优势草本植物狗牙根人工植被恢复后土壤质量及肥力的变化,选择三峡库区消落带150, 160和170 m海拔人工构建狗牙根植被土壤为研究对象,并以裸地作为对照,测定土壤微生物生物量碳、氮、磷和相关理化性质。结果表明:(1)各海拔狗牙根微生物生物量均显著高于裸地,表明狗牙根人工植被构建对土壤微生物恢复具有重要意义。(2)土壤微生物生物量碳、氮含量160 m高程显著高于150和170 m高程,但土壤微生物生物量磷(SMBP)却显著低于150和170 m高程,需要特别注意P元素的下移,加强水体P含量的检测。(3)土壤微生物生物量碳氮比和碳磷比变化范围分别为5.93~15.62和7.11~19.99,土壤微生物生物量碳、氮、磷占土壤有机碳、全氮、全磷百分比的范围分别为0.68%~2.57%、0.68%~3.33%、1.95%~5.23%。狗牙根土壤微生物生物量碳氮比和碳磷比显著低于裸地,表明狗牙根土壤有效氮、有效磷高于裸地;土壤微生物生物量碳、氮、磷占土壤有机碳、全氮、全磷百分比显著高于裸地,表明狗牙根土壤营养元素周转速率快于裸地。(4)微生物生物量碳、氮、磷与土壤有机碳、全氮和土壤含水率有显著或极显著相关性,与土壤pH值呈不同程度的负相关。因此,在三峡库区消落带进行狗牙根草地恢复重建能显著提高土壤微生物生物量及土壤质量,对加强三峡库岸生态系统的稳定性具有重要意义。     

不同管理措施对高寒草甸土壤微生物量的影响研究

采用氯仿熏蒸浸提法对玛曲高寒草甸4种管理措施(不围栏、围栏、围栏+施肥、围栏+补播)土壤微生物量碳(SMBC)、氮(SMBN)和磷(SMBP)连续4年(2011-2014年)变化动态进行研究,结果表明,1)同一年份,不同管理措施,相同空间层次,土壤微生物量表现为:围栏+补播>围栏+施肥>围栏>不围栏(0~20 cm)和围栏+施肥>围栏+补播>围栏>不围栏(20~40 cm);同一年份,相同管理措施,不同空间层次(0~20 cm,20~40 cm),土壤微生物量表现为0~20 cm>20~40 cm, 一般前者为后者的1.22~3.39倍。2)不同年份,相同管理措施,相同空间层次(0~20 cm,20~40 cm),除不围栏(0~20 cm)SMBC外,土壤微生物量年际变化表现为2011至2012年上升至最大值,之后下降;不同年份,相同管理措施,不同空间层次(0~20 cm,20~40 cm),0~20 cm土壤微生物量年际变化幅度大于20~40 cm。土壤微生物量与气温呈负相关关系,土壤微生物量与降水量呈显著正相关关系。运用综合指数法计算出不同管理措施下土壤质量综合指数,其值排序为:围栏+补播>围栏+施肥>围栏>不围栏。围栏+补播对土壤的改善效果明显优于其他3种措施,是玛曲高寒草甸生态恢复的重要途径。     

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。     

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。     

植物群落生物量和有机碳对高寒草甸土地利用变化的响应

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站地区,选择高寒矮嵩草草甸及其开垦后形成的农田和一年生人工草地作为研究对象,研究了高寒草甸不同土地利用方式下生物量和植物-土壤系统固定的有机碳量的变化.结果表明:3种土地利用方式相比较,地上生物量由高到低依次为人工草地＞农田＞高寒草甸(P＜0.01),分别为11.83、9.78和4.36 t/hm2;3种土地利用方式下地下生物量剖面分布均呈倒金字塔形,0～40 cm地下生物量为高寒草甸＞人工草地＞农田(P＜0.01),分别为15.74、5.61和1.24 t/hm2.随着高寒草甸土地利用方式改变,植物群落碳素固定量也随之减小,其序列由高到低依次为:高寒草甸＞人工草地＞农田(P＜0.05),其值分别为7.63、6.81和4.51 t/hm2.     

三江源区不同鼠洞密度下高寒草甸植物群落生物量和土壤容重特性研究

近年来由于自然和人为因素的双莺影响导致三江源高寒草甸存在不同程度的退化,同时鼠害频繁.本研究主要对高寒草甸在不同鼠害梯度下的生物量和土壤容重变化情况进行研究.结果显示,不同鼠洞密度与地上,地下及总生物量没有直接的线性关系.8月地上、地下及其总生物量基本高于6月,地下生物量均远远大于地上生物量;6月地下/地上生物量在11.81～27.64倍,8月地下/地上生物量为8.48～30.90倍;各样地0～10 cm根系占总根系的百分率较高,6月达78.21%～83.45%,8月达79.32%～91.54%,0～10 cm根系占有量8月6月,10～20cm基本持平,20～30 cm为8月<6月.容重与各土层为正线性关系,y=ax b(r=0.759 5～0.999 7);根土质量比与各土层关系为y=ax2 bx c.     

不同放牧退化程度典型草原植被—土壤系统的有机碳储量

以典型草原大针茅+羊草群落为研究目标,以1979年围封样地为参照(CK),选择轻度(GL)、中度(GM)、重度(GH)放牧退化样地开展植被—土壤系统有机碳分布与储量的研究,结果表明,1)不同放牧退化典型草原植被地上碳储量为42.63～203.16 g/m²,植被地下(0～40 cm)碳储量为664.14～1 199.53 g/m²,且大小顺序均为CK>GL>GM>GH,植被总碳储量CK和GL显著高于GM和GH;植被地上、地下碳储量存在显著相关关系。2)不同放牧退化典型草原土壤0～100 cm有机碳储量均存在显著性差异,碳储量为9.85～13.33 kg/m²,且GM>GL>GH>CK;土壤有机碳随土层深度增加而减少,有机碳储量与深度具有显著相关性。3)放牧退化典型草原植被—土壤系统的碳储量为11.26～14.07 kg/m²,且GM>GL>GH>CK,各类型间亦均存在显著性差异;有机碳主要储存于土壤当中,占比约88%～95%,土壤有机碳储量与植被无显著相关性。4)适度放牧利用有利于发挥草原生态系统的碳汇功能。     

青藏高原高寒草地土壤微生物量碳氮含量特征及其控制要素

青藏高原是我国重要的生态安全屏障,探究地下微生物驱动土壤生化过程,生物量碳氮含量特征及其控制要素,对高寒生态系统功能维持具有重要意义。本研究通过对青藏高原高寒草甸和高寒草原两种草地类型样带调查和研究,探讨了不同高寒草地生态系统类型土壤微生物量碳（MBC）和土壤微生物量氮（MBN）含量特征及其与气候、植物群落和土壤理化性质的关系。结果表明,高寒草甸比高寒草原具有更高的土壤MBC和MBN含量;生长季降水量（GSP）与两种草地类型的MBC和MBN含量呈显著正相关（P<0.01）;而生长季均温（GST）仅与高寒草原MBN含量呈显著负相关（P<0.01）。结构方程模型显示,在生长季降水量的影响下,土壤全氮是影响高寒草甸土壤MBC和MBN的主导因子,土壤有机碳是影响高寒草原MBC和MBN的主导因子。研究结果可为高寒草地生态系统可持续管理提供理论参考。