高寒草甸草地退化对土壤水热性质的影响及其环境效应

青藏高原高寒草甸草地的大面积退化,将改变浅层土壤的水热性质,影响地表水热交换,甚至导致区域生态环境的变化。本文通过系统分析典型原生高寒草甸与中度退化高寒草甸的植物群落特征、地上地下生物量和土壤理化特征的差异,研究高寒草甸草地退化对土壤水热性质的影响及其环境效应。结果表明:随着高寒草甸草地退化,植被覆盖度显著降低(p<0.01),适应旱生、深根系的杂草侵入适应湿润生境、浅根系的以莎草科植物为主的原生植被,生物多样性显著增加(p<0.01);草毡表层(0～10 cm)地下生物量显著减少(p<0.01),30～50 cm地下生物量显著增加(p<0.01)。草毡表层变薄降低了土壤容重的垂向异质性,使表层土壤容重显著增加(p<0.01),土壤颗粒显著变粗(p<0.01)。受浅层土壤有机质降低和土壤容重增加的影响,中度退化高寒草甸土壤的持水量和饱和导水率降低,土壤导热率升高。高寒草甸草地植被退化,土壤持水量、饱和导水率降低和导热率增加将加速地表水热交换,对高寒草甸草地退化和下伏多年冻土消融都可能是正反馈。     

基于植被盖度和高度的不同退化程度高寒草地地上生物量估算

由于气候变化和不合理的人类活动，20世纪80年代以来青藏高原高寒草地发生严重退化。地上生物量是评价草地退化的直观指标。通常采用植被盖度和高度来估算草地地上生物量，但草地退化后，植被盖度和高度与地上生物量之间的关系是否会发生变化目前还不清楚，这影响着退化草地生物量估算的精度。通过多元回归分析研究了青藏高原中部和东北部高寒草甸、高寒草原在不同退化程度下植被盖度和高度与地上生物量的关系。结果表明：（1）高寒草甸与高寒草原地上生物量整体上及不同退化阶段都没有显著差异（P>0.05）。（2）随着退化程度的加剧植被盖度和高度对地上生物量的影响也发生改变，体现在未退化阶段地上生物量主要受植被高度影响，退化后主要受植被盖度影响。（3）无论是高寒草甸还是高寒草原分退化程度的回归模型估算结果都较不分退化程度模型估算的生物量更接近实测值。我们建议在退化高寒草地研究中采用盖度和高度估算生物量时，根据退化阶段采用不同的估算模型。     

科尔沁沙地草地植被对围封和放牧的响应

研究了科尔沁沙地疏林草地、针茅草原和草甸植被盖度、地上和地下生物量、物种多样性对围封和放牧的响应。结果表明：（1）围封与放牧草地的优势植物不同,围封草地植物群落优势植物为多年生禾本科植物,放牧草地中一年生植物和小半灌木优势明显。（2）围封和放牧草地的植物盖度、凋落物量、地上生物量和物种丰富度存在明显差异（P<0.05）;围封显著提高了植被盖度和地上生物量,由疏林草地、针茅草原到草甸,植物盖度和地上生物量逐渐增加,而3种草地植被凋落物量大小顺序为针茅草原> 疏林草地> 草甸;放牧条件下植物盖度、凋落物量和物种丰富度差异不显著（P>0.05）。（3）3种草地之间的地下生物量无显著差异（P>0.05）,但围封与放牧之间、不同土壤层次之间地下生物量存在明显差异（P<0.05）;围封显著提高草地的地下生物量（P<0.05）;草地地下生物量随着土壤深度表现出下降趋势（P<0.05）。长期放牧增加了草地一年生植物和小半灌木植物的优势,消除了不同草地之间植被盖度和物种丰富度的差异;而围封能提高草地多年生禾本科植物的优势、增加其物种丰富度,对于草地质量和植物多样性的恢复和保育具有积极作用。     

放牧强度对科尔沁沙地沙质草地植被的影响

为了研究科尔沁沙地沙质草地在不同放牧强度下植被特征的变化规律,比较了围封、中度放牧、重度放牧3种条件下的植被盖度、群落组成、物种多样性、地上/地下生物量和凋落物量等植被特征的变化特征。结果表明:(1)围封、中度放牧和重度放牧沙质草地的优势植物均为一年生植物,但围封和中度放牧中多年生禾本科植物优势度高于重度放牧,重度放牧沙质草地一年生植物所占优势度最大;(2)放牧强度对沙质草地植被盖度、地上生物量及凋落物量有显著影响。随着放牧强度的增加,植被盖度、地上生物量和凋落物量均降低;(3)围封、中度放牧和重度放牧沙质草地物种丰富度及多样性差异均不显著;(4)放牧强度和土壤深度及其交互作用均能影响地下生物量。随着放牧强度的增加,总的地下根系生物量减小。而重度放牧草地中, 3个土壤深度间地下根系生物量差异不显著。放牧改变了沙质草地植物群落的组成、极大降低了植被盖度和生产力;尤其是重度放牧急剧增加了一年生植物的优势、且对浅层根分布的减少影响最大。     

辽西北风沙地不同林草措施土壤水文效应研究

选取辽西北沙地典型农牧交错地带为研究区域,以荒草地作为对照,研究樟子松林地、杨树林地、灌木林地、人工草地4种植被恢复措施下0~100 cm土层内土壤容重、孔隙度、蓄水能力和土壤饱和导水率（K_fs）等土壤水分物理性质的变化特征。结果表明：杨树林地表层土壤容重最小,其次是灌木林地、樟子松林地、人工草地,荒草地最大;随土层的递增,土壤容重均表现出增大的趋势。各样地土壤毛管孔隙度随着土壤深度的增加均呈现出明显的下降趋势,与土壤容重呈显著负相关关系（p=-0.583^*,n=5）。不同植被恢复措施土壤蓄水容量具有一定差异,其范围在3 761.59~4 366.94 t·hm^-2之间,其中蓄水容量最高的是杨树林地,达到了4 366.94 t·hm^-2,蓄水容量最低的是荒草地,为3 761.59 t·hm^-2。不同植被恢复措施有效蓄容位于1 315.50~2 047.62 t·hm^-2之间,其中以杨树林地最大,樟子松林地最小。5种沙地类型K_fs排序为灌木林地（2.49 mm·min^-1）>人工草地（1.81 mm·min^-1）>荒草地（1.73 mm·min^-1）>樟子松林地（1.61 mm·min^-1）>杨树林地（1.44 mm·min^-1）,人工草地和荒草地的K_fs随土层增加先减小后增大,樟子松林地、杨树林地和灌木林地先增大后减小。该地区林木恢复措施效果优于草地,应着重发展林木恢复措施。     

祁连山干旱山地草地生物量对水分条件的响应

以祁连山排露沟流域干旱山地为研究对象,对海拔2 700~3 000 m典型草地群落的草本种类、高度和生物量等进行调查,并同步测定样地内的土壤水分,分析草地生物量随海拔高度的季节性变化特征以及草本生物量和土壤水分的关系。结果表明：（1）草地地上生物量平均值为135.36 g·m^-2,并随海拔升高呈先增加后降低的"单峰"变化模式,在海拔2 900 m时最高,为176.79±28.37 g·m^-2。地下生物量平均值为946.13 g·m^-2,并随海拔升高生物量呈递增趋势,在海拔3 000 m时最高,为1 301.19 ±68.24 g·m^-2。（2）草地地上、地下生物量在不同海拔高度间差异性显著（P<0.05）;该流域干旱山地草地根冠比在4.14~11.95之间变化。（3）在生长季5~9月份,干旱山地草地土壤含水量在9.23%~31.31%之间波动,平均值为14.94%。（4）草本地上、地下生物量与土壤平均含水量均呈显著正相关（P<0.05）,相关性系数分别为0.7784和0.7843。在不同海拔草地群落中,不同土层含水量对草地生物量的贡献不尽相同,但60 cm以上根系主要分布层内的水分对草地生物量具有重要的意义。     

科尔沁沙地不同类型沙地植被恢复过程中地上生物量与凋落物量变化

植物体生长、死亡及分解是沙地生态系统物质周转的重要环节。以科尔沁沙地流动沙丘、固定沙丘及草地为研究对象,通过对2009-2011年3个生长季各生境植被特征、地上生物量和凋落物的测定,分析了沙地恢复过程中地上生物量和凋落物量的变化趋势和季节动态。结果表明:(1) 地表植被存在显著的生境差异,植被盖度、生物量和密度等均表现为草地 > 固定沙丘 > 流动沙丘。(2) 3类生境地上生物量均存在显著的单峰曲线的季节差异性,其中草地最大生物量分别出现在7月(2009年)和8月(2010、2011年),最大生物量为163.71~247.64 g·m^-2;固定沙丘最大生物量均在2009、2010、2011年7月达到最高,分别为96.13、96.02、102.74 g·m^-2,流动沙丘最高地上生物量为17.48~20.10 g·m^-2,分别出现在7月(2009年和2010年)和9月(2011年)。(3) 2009、2010、2011年3类生境中的年最大凋落物量分别为21.0、267.6、370.1 g·m^-2,其中草地和固定沙丘中凋落叶和凋落枝等非立枯有较大比重,流动沙丘凋落物主要为立枯;同时各生境凋落物具有与地上生物量相反的季节特征。     

Effects of Enclosure on Plant and Soil Nutrients in Different Types of Alpine Grassland

Enclosure is one of the most widely used management tools for degraded alpine grassland on the northern Tibetan Plateau, but the responses of different types of grassland to enclosure may vary, and research on these responses can provide a scientific basis for improving ecological conservation. This study took one site for each of three grassland types (alpine meadow, alpine steppe and alpine desert) on the northern Tibetan Plateau as examples, and explored the effects of enclosure on plant and soil nutrients by comparing differences in plant community biomass, leaf-soil nutrient content and their stoichiometry between samples from inside and outside the fence. The results showed that enclosure can significantly increase all aboveground biomass in these three grassland types, but it only increased the 10-20 cm underground biomass in the alpine desert. Enclosure also significantly increased the leaf nutrient content of the dominant plants and contents of total nitrogen (N), total potassium (K), and organic carbon (C) in 10-20 cm soil in alpine desert, thus changing the stoichiometry between C, N and P (phosphorus). However, enclosure significantly increased only the N content of dominant plant leaves in alpine steppe, while other nutrients and stoichiometries of both plant leaves and soil did not show significant differences in alpine meadow and alpine steppe. These results suggested that enclosure has differential effects on these three types of alpine grasslands on the northern Tibetan Plateau, and the alpine desert showed the most active ecological conservation in the responses of its soil and plant nutrients.     

围封对退化沙质草地植物群落的影响

对科尔沁沙地围封草地和放牧草地群落的种类组成、结构和多样性等特征进行比较研究。结果表明：（1）围封草地盖度、密度、地上生物量、高度均优于放牧草地（P<0.01）。与放牧相比,围封使植被盖度、密度、高度和地上生物量分别提高了237%、429%、77%和218%,植物群落结构得到明显改善。（2）与放牧草地相比,围封草地物种数增加了69%,多年生草本、灌木类种数和重要值均高于放牧草地。放牧草地的优势植物种依次是大果虫实（Corispermum macrocarpum）、狗尾草（Setaria viridis）、差巴嘎蒿（Artemisia halodendron）,重要值占72%;而围封草地优势植物种依次是达乌里胡枝子（Lespedeza davurica）、糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）、虎尾草（Chloris virgate）和画眉草（Eragrostis pilosa）,重要值占57%,大果虫实、狗尾草和差巴嘎蒿逐渐处于群落的次要地位,取而代之的是与其环境条件相匹配的优质豆科和禾本科植物。围封使物种组成多样化,科属组成复杂化,优势物种发生了变化,群落结构和功能得到改善,沙地植被得以恢复。（3）围封草地的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Margalef指数、均匀度指数均大于放牧草地。围封增加了群落的物种多样性,群落的稳定性得以提高。     

科尔沁沙地沙丘固定过程中植物生物量及土壤特性

为了解沙丘固定不同阶段植物群落的生物量特点及土壤理化特性的变化规律,研究比较了科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、沙质草地4种生境的地上、地下生物量,并分4层土壤深度分析了土壤理化特性的演变特征及相关关系.结果表明:(1)植物地上生物量与地下生物量显著正相关,0~10 cm土层地下生物量最大,随着沙丘的固定,地下10～20、20～40、40～60 cm深度土层的生物量显著增加,植物地上生物量依次增大,分别为2.20、98.10、131.41、190.38 g·m^-2,地下地上生物量比依次为10.44、1.67、0.81、1.18;(2)随着沙丘的固定,表层土壤容重由1.62 g·cm³下降到1.33 g·cm³,各土层的粉沙和极细沙的占比依次增加,中沙比例依次减小,土壤碳氮含量、碳氮比、pH值、电导率均逐渐增加;(3)地上、地下生物量均与表层土壤碳氮含量、pH值、电导率显著正相关,土壤碳、氮含量均与pH值、电导率、土壤水分含量显著正相关,与土壤容重显著负相关(p<0.05).综上所述,沙丘恢复过程中植物生物量的增加与表层土壤颗粒细化、营养物质增多、水分增加密切相关,土壤-植被系统构成了有机的综合体.     

西双版纳热带山地利用过程中的土壤退化

土壤养分和土壤微生物生长代谢水平的衰退是热带山地退化的重要表现形式。二者的变化基本是一致的。即从热带雨林→33a次生林→6a轮歇地→4a轮歇地→旱谷地→橡胶林→荒草坡呈降低趋势；相对于热带雨林而言，不同利用方式土壤微生物和土壤养分状况均有不同程度的下降，且随退化程度增高减幅增大，土壤微生物衰减的速率比土壤养分的衰减更快。说明山地的退化严重影响着土壤微生物的生长代谢水平以及它们之间的协同作用，从而影响土壤碳氮循环代谢途径。降低土壤肥力水平。     

放牧对呼伦贝尔典型草原植物生物量分配及土壤养分含量的影响

在内蒙古呼伦贝尔草原克鲁伦河流域选取轻度、中度和重度3个放牧区研究植物地上和地下生物量、根冠比及土壤有机质、氮、磷等养分含量对放牧强度的响应。结果表明:重度放牧区的地上生物量(89.73 g·m^-2)显著低于轻度(565. 61 g·m^-2)和中度放牧区(488. 92 g·m^-2),地下生物量(1 029. 90 g·m^-2)则显著高于轻度(604.92 g·m^-2)和中度放牧区(418.38 g·m^-2)。重度放牧区的根冠比为11.54,显著高于轻度(1.11)和中度放牧区(0.89)。土壤有机质及各养分含量随着放牧强度的增加先显著降低而后显著增大,中度放牧区的养分含量最低。     

Shrubs proliferated within a six-year exclosure in a temperate grassland—Spatiotemporal relationships between vegetation and soil variables

Overgrazing has been considered one of the maj or causes that trigger shrub encroachment of grassland. Proliferation of shrubs in grassland is recognized as an important indicator of grassland degradation and desertification. In China, various conservation measures, including enclosures to reduce livestock grazing, have been taken to reverse the trend of grassland desertification, yet shrubs have been reported to increase in the grasslands over the past decades. In late 2007, we set up a 400-m-by-50-m exclosure in a long-term overgrazed temperate grassland in Inner Mongolia, with the ob- jective to quantify the spatiotemporal relationship between vegetation dynamics, soil variables, and grazing exclusion. Soil moisture was continuously monitored within the exclosure, and cover and aboveground biomass of the shrubs were measured inside the exclosure in 2007, 2009, 2010, 2012, and 2013, and outside the exclosure in 2012 and 2013. We found the average shrub cover and biomass significantly increased in the six years by 103 % and 120%, respectively. The result supported the hypothesis that releasing grazing pressure following long-term overgrazing tends to trigger shrub invasion into grassland. Our results, limited to a single gradient, suggest that any conservation measures with quick release of overgrazing pressure by enclosure or other similar means might do just the opposite to accelerate shrub en- croachment in grassland. The changes in vegetation cover and biomass were regressed on the temporal average of the soil moisture content by means of the generalized least square technique to quantify the effect of the spatial autocor- relation. The result indicates that the grass cover and biomass significantly increased with the top, but decreased with the bottom layer soil moisture. The shrub cover and biomass, on the other hand, decreased with the top, but increased with bottom soil moisture, although the regression coefficients for the shrubs were not statistically significant. Hence this study supports the two-layered soil model which assumes grasses and shrubs use belowground resources in dif- ferent depths.     

科尔沁沙质草地不同恢复年限草本层群落结构及其与土壤理化性质的关系

草本植物在沙地植被恢复过程中具有重要作用,研究自然恢复沙质草地草本层植物群落组成变化规律及其与土壤因子之间的关系,对植被与土壤恢复具有重要的意义.本研究对科尔沁严重退化沙地封育12、17年和20年的自然恢复沙质草地植物组成和土壤理化性质进行研究,同时分析了植物组成与土壤因子的相关关系.结果表明:随着恢复年限的增加,土壤...     

科尔沁沙地退化植被恢复过程中碳氮化学计量特征的变化

为研究沙地退化植被恢复过程中碳氮化学计量特征的变化，分别于2011年、2013年和2015年8月中旬对流动、半固定、固定沙丘和草地进行植被调查，并测定植被—土壤系统的碳氮化学计量特征。结果表明：（1） 随着沙地退化植被的恢复，地上植物、凋落物和根系的C、N含量及C/N比波动变化，土壤（0～10 cm）C和N含量及C/N比显著增加（P <0.05）。（2）沙地4种生境上的地上植物、凋落物、根系、土壤的C、N含量及C/N比年际间变化显著（P <0.05）。（3） 沙地退化植被恢复过程中地上植物、凋落物、土壤的C/N比与物种丰富度呈正线性关系（P <0.01）。沙地退化植被恢复过程中优势植物演替导致植被—土壤系统中C、N化学计量特征的变化，植被恢复过程中植物的氮素利用效率也在逐渐增强，而封育时间的增加能够促进沙地土壤中N的积累。     

内蒙古典型草原地上生物量的空间格局及其气候成因分析

内蒙古典型草原区的格点地上生物量与格点的纬度和经度均存在显著正相关关系,呈现北高南低、东高西低的空间分布格局;各气象站点所在地的草地地上生物量与多年平均年降水量之间存在显著正相关关系,与多年平均年均温之间存在显著负相关关系,而与多年平均年干燥度之间亦存在显著负相关关系,且在干燥度介于1~1.5的地区,地上生物量对干燥度变化的响应非常敏感;草地地上生物量的空间分布格局主要是在水热条件共同作用下形成的,年降水量的近东西向分布决定地上生物量分布的近东西向分异特点,而气温和降水的共同作用决定地上生物量分布的近南北向分异特点。     

额济纳绿洲沙漠化对柽柳群落影响的研究

柽柳群落是黑河下游额济纳绿洲重要的荒漠河岸林，有河滩和沙地两个亚群系。通过对该区域的考察和对植物群落、土壤的取样分析，表明了在绿洲因水资源短缺而发生环境恶化的过程中，两个亚群系均产生了群落衰退，包括群落种类组成趋向柽柳单一种群，当年生物量占现存生物量比率下降，枝条枯死率上升，而群落盖度、植丛高度、丛幅等无显著变化，因此评估沙漠化的指标应以枝条枯死率为主。土壤表层盐分、有机质和机械组成在河滩系列变化较缓，沙地系列较强烈。在水资源持续短缺情况下，柽柳群落演替的最终结果是柽柳全部死亡后直接演变成裸地和流沙。柽柳群落是额济纳绿洲面积最大的群落类型，因而也是阻止、延缓绿洲沙漠化的最后防线，应注意保护和抚育。     

草原化荒漠植被草本层片植物对人工施加氮素的响应

水分是干旱区生态过程的第一非生物限制因子,土壤氮由于直接影响着生物生产力和土壤生态过程而被认为是仅次于水分的限制因子。利用人工施加氮肥的控制试验研究了荒漠植被草本层片植物在多度、物种丰富度、高生长以及地上部分生物量等群落学特征对不同施肥处理的响应。结果表明,在施肥量分别为12.5、25、50 g·m-2时,样方植物多度和物种丰富度在施肥当年和第二年较对照均有不同程度的降低,且施肥量越高,降低越明显,这一结果支持来自典型草地和森林植被生物多样性对氮素增加或氮降沉增加响应的结论,即氮素的增加会使生物多样性减少。地上部分生物量对施氮肥的响应在施肥当年(年降水量为多年平均值的1.4倍)和第二年(年降水量为多年平均值的0.7倍)表现出相反的规律,即施肥当年随着施肥量的增加生物量显著增加,而在第二年则显著减小,说明水肥耦合同样有利于荒漠生态系统生物生产力的提高。氮素对植物高生长的影响不明显,各施肥梯度与对照相比均无显著性差异(P>0.05),这可能主要取决于荒漠草本植物本身固有的生物学特性。     

共和盆地龙羊峡库区1987-1999年间土地覆被变化过程

 利用多时相多光谱遥感数据,针对研究区环境特点及已有研究程度,综合最大似然法监督分类、基于地理知识的多尺度空间分层聚类的部分监督分类方法和主成分方法,分析了位于黄河上游的龙羊峡水库库区1987—1999年间土地利用和覆盖变化过程。结果表明:①库区土地利用与土地覆盖总趋势是土地退化、覆盖度降低,此期间各盖度草场面积共减少500.82 km2,年均减少41.73 km2,其中高盖度草场退化最为严重,13 a间来面积减少361.25 km2,年均减少30.10 km2;土地沙漠化发展速度很快,13 a间沙地面积增加了219.81 km2,年均增加18.32 km2。②库区草场退化,土地沙漠化日趋严重,高盖度草场退化为中盖度草场的面积为70.29 km2,沙漠化面积为60.96 km2;中盖度草场退化为低盖度草场的面积为34.31 km2,沙漠化面积为80.75 km2;低盖度草场退化为沙地的面积为76.50 km2。③库区土地利用、土地覆盖变化在地域空间上具有较大差异性,土地利用、土地覆盖变化最为显著、强烈的区域为黄河西岸的塔拉滩,草场总面积减少215.43 km2,占全区草场退化量的43%;水浇地面积增加32.50 km2,是全区内水浇地面积增幅最大的区域,占全区水浇地增加量的51%;沙地面积扩大158.41 km2,年均增长率为13.2%。河卡滩土地利用类型变化幅度是全区最小的,有些类型基本没有发生变化。分析库区土地利用、土地覆盖变化的主要因素在于自然因素,但从局部区域来看,人为因素在环境变化中起着主导性作用。     

围封对沙漠化草地土壤理化性质和固碳潜力恢复的影响

过度放牧是科尔沁沙地退化的主要原因,禁牧围封可以有效地控制牲畜对植被-土壤系统的破坏,促进退化生态系统的有效恢复。以过度放牧后的沙漠化草地为对象,调查了禁牧围封13年后沙漠化草地土壤理化性质的变化特征,并分析了围封对土壤固碳潜力的影响。结果表明：（1）沙漠化草地围封13年后,土壤砂粒含量减少、粉粒和黏粒含量增加,且粉粒增加最为明显,平均含量增加123%;土壤容重在不同土壤深度均呈下降趋势。（2）围封后土壤有机质、全氮、速效氮和速效钾含量呈增加趋势,分别增加了102%、97%、123%和24%,但土壤有效磷和缓效钾呈减少趋势;土壤pH显著升高,阳离子交换量呈现增加趋势。（3）除土壤有效铁外,其余有效微量元素包括有效铜、有效锰和有效锌平均含量均呈增加趋势,分别增加44%、30%和82%。（4）土壤有机质与pH值、阳离子交换量、全氮、速效氮、速效钾、有效铜、有效锰、有效锌含量呈显著正相关关系。（5）沙漠化草地围封13年后,100 cm深度土壤有机碳储量增加393.45 g·m^-2,碳截存速率为30.27 gC·m^-2·a^-1。对于因持续过度放牧所导致的严重退化草地,禁牧围封可有效促进土壤有机质、养分和微量元素的增加,影响土壤质地及固碳潜力等的变化,但严重退化沙漠化草地的恢复需要一个长期的过程,土壤有机碳储量要恢复到科尔沁非沙漠化草地水平至少需要百年的时间尺度。