青藏高原东缘高寒草甸退化过程中植物群落物种多样性、生产力与土壤特性的关系

为了阐明高寒草甸退化过程中植物群落物种多样性、生产力与土壤特性的关系, 在青藏高原东缘的玛曲县沿着高寒草甸退化梯度选取了轻度退化草甸、中度退化草甸、重度退化草甸和沙化草甸, 测定了高寒草甸退化过程中植物群落物种多样性、生产力与土壤理化性状. 结果表明: 从轻度退化到中度、重度和沙化草甸, 植被地下生物量分别降低了36%、48%和91%, 总生物量分别降低了34%、47%和91%, 土壤有机碳分别下降了18%、81%和97%, 全N分别下降了25%、82%和95%, 全P含量分别下降了14%、33%和41%. 随着高寒草甸的退化, 植被群落的生物多样性和地上生物量呈先稳定后降低的趋势, 土壤砂粒含量、pH值和全K含量呈增加趋势, 黏粉粒呈降低趋势, 速效N、速效P和速效K呈先增加后降低的趋势. 相关分析表明, 群落物种多样性和生产力与土壤有机碳、全N、全P、速效N、速效P、速效K、黏粒含量、粉粒含量、水分含量均呈显著正相关(P<0.01), 而与土壤砂粒、全K和pH值均呈显著负相关(P<0.05). 因此, 高寒草甸退化过程中, 土壤质地、养分和水分等的复杂变化及其相互关系共同决定着高寒草甸群落物种多样性和生产力的变化. 同时, 植被生产力和土壤碳、氮的降低产生明显的正反馈效应, 导致在重度退化阶段和沙化阶段, 植被生产力和土壤碳氮的急剧下降.     

黑河流域中游土地利用变化的环境影响

以黑河流域中游地区为例 ,选取土壤质量、土壤有机碳损失以及河流N、P负荷特征与变化等环境要素 ,分析了干旱内陆地区草地耕种利用和耕地荒漠草原化等现阶段主要的两种土地利用变化形式下这些环境要素的响应特征 .结果表明 :1)耕种利用情况下 ,主要草地类型土壤养分含量显著下降 ,但在 10a左右山地草甸草地养分含量呈亚稳定态 ,而荒漠草地土壤养分有所增加 ;弃耕所导致耕地向荒漠化草原草地转化时 ,平均N、P流失率可达 2 76 .4kg·hm-2 ·a-1和 5 6 3.1kg·hm-2 ·a-1;2 )区域草地转化耕地的利用方式造成土壤有机质含量显著变化 ,并使得土壤有机碳排放达 16 7.73× 10 4 tC ,耕地弃耕转化为荒漠草原草地方式导致有机碳排放 5 5 .14× 10 4 tC ,说明干旱内陆地区土地利用变化对土壤C源汇性质产生明显影响 ;3)土地利用变化形成严重的面源污染问题 ,N负荷平均增加了 5 3.1%～ 73.5 %,TP增加了 34 .1%,初步研究认为黑河中游地带水体N、P富集并呈现不断递增的现象 ,与土壤N、P大量流失变化有关 ,成为内陆地区严重的环境问题之一 .     

外源氮输入对草地土壤微生物特性影响的研究进展

大气氮沉降作为全球变化的重要现象之一,沉降量不断增加所带来的一系列生态问题日趋严重.草地作为陆地生态系统的主体类型之一,对大气氮沉降的响应不仅体现在地上植被生长和群落动态的变化,其地下各种生态过程的变化更加值得关注.此外,世界范围内的草地生态系统大部分面临不同程度的退化,草地施氮是寻求草地恢复的有益尝试.综述了大气氮沉降和人为施氮引起的外源氮输入变化对草地生态系统土壤微生物特性(微生物数量、微生物量、微生物呼吸、微生物多样性和土壤酶)影响的研究进展,研究表明:①施氮有利于细菌数量的增加,但对真菌数量的影响甚微或是降低真菌的数量.②长期施氮降低土壤微生物量,但短期施氮的影响效应具有不确定性.③施氮对草地土壤微生物呼吸的影响效应取决于微生物可获得的碳源的量.输入地下的植物碳量增加促进土壤微生物呼吸,输入地下的有机质减少则抑制微生物呼吸.④施氮改变了土壤微生物的群落结构组成和底物利用方式,对土壤微生物多样性的影响表现出负效应.⑤施氮提高了β-葡糖苷酶、磷酸酶和大部分糖苷酶的活性,降低了脲酶的活性.迄今为止,施氮对草地土壤微生物特性的影响效应仍存在很大的不确定性,今后的研究中应开展氮输入对草地生态系统影响的长期试验研究、加强对土壤微生物呼吸的影响研究以及合理确定我国草地生态系统可持续发展的氮饱和阈值,并进一步完善和发展测量土壤微生物多样性的新方法.     

高寒植被生态系统变化对土壤物理化学性状的影响

在黄河源区选择典型样地,对土壤有机质(SOM)、全氮(N)等化学性状及土壤机械组成、容重和土壤导水率等物理特性进行分析.结果表明,植被退化导致土壤物理化学性状显著退化.灌丛草甸草地土壤表层有机质(SOM)从179.58 g·kg^-1降到49.48 g·kg^-1,表层碱解N流失率为30%,退化嵩草草甸表层有机质SOM减少53%,碱解N损失率为28.4%.沼泽地有机质SOM减少了15.11 g·kg^-1.退化后的土壤土层厚度变薄,土壤颗粒变粗,土壤水分分布和含量出现变化,土壤出现沙化,土壤容重增大,土壤导水率与植被盖度有很好的相关性.研究表明,高寒植被生态系统的变化引起了土壤理化特性的强烈变化,高寒土壤环境出现退化.     

云南喀斯特断陷盆地典型群落植物生态化学计量学特征

喀斯特地区地质化学、气候和人类活动强烈影响植物群落组成、植物元素含量和化学计量特征。本文以云南省蒙自市断陷盆地区天然林、灌丛和草地群落植物为对象,研究了植物叶片12种元素含量和生态化学计量特征。结果显示:研究区内植物元素含量存在较大差异,各元素含量从高到低的顺序依次是C>Ca>N>K>Mg>P>Fe>Al>Zn>Mn>Na>Cu,三种群落植物N、K、Ca、Mg、Al、Cu、Zn、Mn含量存在显著差异。天然林与灌丛群落植物生长受到P含量的限制,而草地群落植物生长受到N与P单独或共同的影响。草地群落植物C:N、C:Ca、C:Mg显著高于天然林与灌丛植物,N:P则呈现相反格局。三种群落间植物C:Ca比例显著不同,表现为草地＞天然林＞灌丛。在研究区内,有27对元素含量呈现显著相关,占总元素对的40.9%。这些结果表明,云南喀斯特断陷盆地植物为适应环境,形成了独特的化学计量特征和适应策略。      

长江口沉积物碳氮元素地球化学特征及有机质来源分析

根据对长江口水下三角洲上部(CJ16)和口门浅滩(CJ19)柱状样的粒度、总有机碳(TOC)、总氮(TN)和有机碳同位素(δ13C)以及长江口表层样TOC的测定,得出其粒度及碳氮元素特征,利用C/N和δ13C分析有机质来源及不同来源的贡献率。研究结果表明:(1)沉积物中有机碳含量在0.19%～1.17%之间,CJ16柱中有机碳含量比CJ19柱略高;总氮含量均比较少,且变化幅度小;C/N比值在5～17间变化;CJ16柱的δ13C值在24.70‰～22.86‰间变化,CJ19柱为24.88‰～22.37‰,且CJ19柱δ13C值在36 cm以上段较下段明显增大,推测可能与南汇边滩互花米草(C4植物)的引种有关;(2)长江口表层沉积物TOC的含量范围为0.17%～1.16%,平均值为0.52%;(3)粒度特征显示长江口主要以粉砂和粘土为主,砂含量较少,粒度与长江口TN、TOC含量有较好的相关性;(4)C/N和δ13C值的特征均显示该区有机质为陆源和海洋混合,利用C/N比值估算出来自陆源的有机碳比例在CJ16柱约为40%,而在CJ19柱中约为60%;根据δ13C值估算出CJ16柱陆源和海源两种有机质来源几乎是各占一半的比例,CJ19柱来自陆源的有机碳占总有机碳的60%,与用C/N比值法测得的结果较一致。上述结果显示长江口的不同空间位置碳氮元素分布特征不同,沉积记录受到粒度、河口区物源的影响,还受到陆源和海源不同有机质来源输入的影响。     

喀斯特石漠化区不同优势树种根际土壤有机碳及氮磷的变化

通过对贵州中部喀斯特石漠化区典型植被及土壤进行调查,探讨森林退化过程中不同群落优势树种根际土壤有机碳及氮磷含量的变化。结果表明:根际土壤有机碳及氮磷含量均高于非根际土壤;在不同植被类型之间,林木根际对土壤有机碳及氮磷的累积效应存在明显的差异性,其中土壤有机碳的累积效应表现最明显,其次是土壤磷素,而土壤氮素累积效应的差异性较小。在树木根基0～30cm水平范围内,根际土壤总有机碳、易氧化有机碳、全氮、有效氮和有效磷含量都明显高于30～90cm外围根际区。不同群落优势树种之间,根际土壤碳及氮磷总量的差异性表现为总有机碳＞全氮＞全磷,而碳及氮磷的生物有效态含量则表现为有效磷＞易氧化有机碳＞有效氮。森林退化过程中,群落优势树种根际土壤总有机碳、易氧化有机碳及有效磷含量出现显著的下降,从而明显地影响土壤的肥力水平。      

温度影响东北地区更新世植被变化的黄土记录

温度、降水(湿度)和大气CO2含量被认为是影响C3植物生长的主要因素.大量的现代植物和土壤有机质碳稳定同位素(δ13C)研究表明,温度升高可使C3植物的碳同位素变重(正),降水增多(湿度增大)和大气CO2含量升高可使C3植物的碳同位素偏轻(负);同时,C4植物可明显地影响土壤的有机碳同位素组成.基于这些认识,以前对黄土高原的黄土-古土壤序列有机质碳同位素和植被组成变化进行过不少研究.但是,相关的研究在我国东北地区的黄土中还未开展.本文对我国东北地区厚度36m的喀喇沁旗牛样子沟黄土-古土壤剖面进行了间隔10cm的采样和总有机碳含量(TOC)、有机质稳定碳同位素的测试分析.结果表明,在间冰期发育的古土壤有机质含量高、δ13C值偏正;反之,在冰期堆积的黄土有机质含量低、δ13C值偏负.通过分析表明,研究区的植被类型是以C3植物占主导地位,C4植物对土壤有机质δ13C变化的贡献有限,并且气候变化具有冰期-间冰期季风气候变化的特点,据此推断温度是决定东北地区植被碳同位素组成变化的主要因素,超过了降水(湿度)和大气CO2含量对植被(植物碳同位素组成)变化的反向影响.这一发现揭示了温度对我国东北地区长时间尺度植被变化的控制作用.这些认识对于在未来全球变暖背景下,东北地区的林木和小麦、大豆、水稻等C3作物的种植有借鉴意义.     

岩性和种植年限对火龙果地土壤碳、氮、磷生态化学计量特征的影响

以石漠化问题突出区域——广西平果县太平镇耶圩火龙果种植园不同岩性背景(白云岩、碎屑岩)和不同种植年限(1、3、5a)土壤为研究对象,采用相关性分析和冗余分析方法探讨了不同岩性背景和火龙果种植年限下土壤碳、氮、磷生态化学计量特征及其影响因素。结果表明：①白云岩区土壤全磷含量显著高于碎屑岩区,而土壤有机碳含量、生态化学计量比(C/N、C/P和N/P)显著低于碎屑岩区;且白云岩和碎屑岩背景下的生态化学计量比(5. 96、11. 78、1. 96和8. 71、19. 78、2. 28)均远低于全国水平。②随着火龙果种植年限的增加,土壤有机碳、全氮含量和C/N、C/P、N/P呈现出逐渐增加的趋势,而土壤有效氮、全磷和有效磷含量无显著变化规律。随着土层深度增加,土壤有机碳、全氮、有效氮含量和C/N、C/P、N/P均增加,而土壤全磷含量无明显变化规律。③土壤C/N和C/P与有机碳、有效氮均呈显著正相关(P<0. 01),而与土壤水分、容重呈显著负相关,土壤N/P与全磷呈显著负相关。④冗余分析表明不同岩性背景和火龙果种植年限下土壤有效氮含量是土壤碳、氮、磷及其生态化学计量比的重要影响因子,且呈显著正相关关系(P<0. 01)。白云岩背景下火龙果的生长受到氮元素的影响更大,长期火龙果种植有利于碳、氮元素固存,土壤有效氮含量是影响土壤碳、氮、磷及其生态化学计量比的关键因子。     

青藏高原高寒沼泽化草甸群落生物量及地下CNP对积雪增加的响应

以青藏高原多年冻土区高寒沼泽化草甸为研究对象,采用雪栅栏诱导方式模拟积雪厚度增加,结合植物地上、地下根系以及土壤养分变化,分析了高寒沼泽化草甸对积雪厚度增加的响应。结果表明：积雪厚度增加后,0~20 cm浅层土壤温度和水分含量增加;植物群落高度和土壤表层0~10 cm根系生物量显著增加,植物群落组成和地上生物量没有变化;地下0~20 cm土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）总储量降低,根系中C、N、P储量增加;土壤表层0~10 cm总N∶P比显著增加,但是有效磷含量在0~10 cm和10~20 cm土层均显著增加。可见,积雪厚度增加并不影响沼泽化草甸植物群落的组成和地上生物量,仅增加植被高度;增加土壤表层总N∶P比意味着积雪厚度增加可能会减轻沼泽化草甸土壤中氮限制,从而减缓沼泽化草甸的氮匮乏状况。结论可为高寒生态系统响应积雪变化研究提供样地尺度的观测数据,并为冰冻圈生态系统应对未来气候变化的模型估算提供数据支撑。     

贵州喀斯特山区植被演替对土壤有效性氮磷含量及酶活性的影响

对贵州南部茂兰喀斯特山区不同植被类型的土壤进行调查与采样分析,探讨植被演替过程中土壤生物有效性氮磷含量及酶活性的变化。结果表明:喀斯特植被从阔叶林向灌木林及灌草丛的演变过程中,土壤全氮、活性有机磷含量出现下降;而速效氮、硝态氮、速效磷及水溶性磷的含量出现显著的降低,灌草丛土壤中速效氮、硝态氮、速效磷及水溶性磷的平均含量分别比原生阔叶林土壤减少28.09%、65.44%、69.42%和81.71%;同时,土壤脲酶、蛋白质酶、磷酸酶活性分别比原生阔叶林土壤减少74.72%、63.08%和50.32%。在喀斯特山区土壤生物有效性氮磷含量的变化明显地受到植被群落演变的影响,森林退化主要导致土壤硝态氮及水溶性磷数量的明显减少。      

影响C4草本植物C/N比值变化的因素与土壤有机C积累的关系

文章对采自贵州从低海拔的东部到高海拔的西部且大致平行的石灰岩和砂岩两地带均生长的3种C₄草本植物,即巴茅(Miscanthusfloridulus)、白茅(Imperatacylindrica)和类芦(Neyraudiareynaudiana),以及相对应的土壤表层样品,进行了营养元素和C同位素组成分析;研究营养元素含量随着海拔的不同而出现的变化趋势,以及这些元素之间的相互协变作用,尤其是Ca和N之间的相互协变作用对植物的N含量、C/N比值和^δ13C值的影响,以了解植物的C/N比值(指示植物残留物质量的一种标志)与土壤有机C积累的关系。研究结果表明,植物的N含量和^δ13C值具有随海拔的上升而显著增大趋势,而植物的C/N比值在砂岩地区虽有减小的趋势,在石灰岩地带则没有。对所研究的C4草本植物来说,在土壤pH值为5.8的中性条件下显示出Ca的最大吸收,因此,Ca与其他营养元素之间的协变模式在两种土壤类型中表现出相反的倾向,并存在土壤交换性Ca的边界浓度:当土壤可交换性Ca的含量为2.24mg/g,相应土壤的pH值在5.8以下时,随着土壤可交换性Ca浓度的增大,植物的N含量上升,而植物的C/N比值会显著降低;当Ca在边界浓度以上时,随着土壤可交换性Ca浓度的增大,植物的N含量下降,而植物的C/N比值有增加的趋势。由此可见,植物残留物的N含量和C/N比值受Ca元素含量的相     

我国四种典型土类有机碳剖面分布特征

以中国黑土、褐土、水稻土和砖红壤4种典型农田土类为研究对象,分析了不同土类有机碳、碳氮比和有机碳密度的剖面分布特征。结果表明：土壤有机碳含量随土层加深而呈现递减趋势;褐土有机碳含量最低,固碳潜力较大;黑土、砖红壤C／N比值明显高于水稻土和褐土,各类土壤耕地表层土壤C／N比值与第二次土壤普查数据相比有明显降低,有可能会影...     

Vegetation pattern variation,soil degradation and their relationship along a grassland desertification gradient in Horqin Sandy Land,northern China

The Horqin Sandy Land is one of the most severely desertified regions in northern China. Plant communities and soil conditions at five stages of grassland desertification (potential, light, moderate, severe and very severe) were selected for the study of vegetation pattern variation relating to soil degradation. The results showed that vegetation cover, species richness and diversity, aboveground biomass (AGB), underground biomass, litter, soil organic carbon (C), total nitrogen (N), total phosphorus (P), electrical conductivity, very fine sand (0.1–0.05 mm) content and silt (0.05–0.002 mm) content decreased with the desertification development. Plant community succession presented that the palatable herbaceous plants gave place to the shrub species with asexual reproduction and sand pioneer plants. The decline of vegetation cover and AGB was positively related to the loss of soil organic C and total N with progressive desertification (P < 0.01). The multivariate statistical analysis showed that plant community distribution, species diversity and ecological dominance had the close relationship with the gradient of soil nutrients in the processes of grassland desertification. These results suggest that grassland desertification results in the variation of vegetation pattern which presents the different composition and structure of plant community highly influenced by the soil properties.     

广南县幅岩溶区与非岩溶区土壤碳氮磷生态化学计量比空间变异分析

借助1∶25万云南省广南县幅土壤地球化学调查数据,并利用单因素方差分析、多重比较法以及地统计学方法,对岩溶区和非岩溶区土壤碳氮磷生态化学计量特征及其空间分布进行了对比分析。结果显示:广南县幅岩溶区土壤中有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）含量显著高于非岩溶区,而碳氮比（C∶N）、碳磷比（C∶P）、氮磷比（N∶P）显著低于非岩溶区;无论是岩溶区还是非岩溶区,表层（0～20 cm）SOC、TN、C∶N、C∶P、N∶P均显著高于深层（＞100 cm）。克里格空间插值结果表明,研究区表层土壤中SOC、TN、TP含量具有东高西低的特征,而C∶N、C∶P、N∶P具有低值区集中于东部、高值区散布在西部的空间分布格局。成土母质和土壤类型等自然因素严重制约了研究区土壤碳氮磷的空间变异,同时土地利用变化等人为因素也起到了不可忽视的作用。      

喀斯特区天然林不同演替阶段功能性状特征及其影响因素研究 ——以云南大黑山为例

不同演替阶段群落的环境条件有所不同,变化的环境因子驱使群落水平上功能性状和物种适应环境的生态对策改变,然而次生演替过程中群落功能性状和物种生态对策随演替时间的变化规律尚不清楚.本文以云南大黑山喀斯特地区弃耕后处于不同恢复阶段的天然次生林(3年,6年,20年,40年)和老龄林为研究对象,结合不同群落演替阶段的物种特征和群落结构,分析不同演替阶段叶、枝功能性状的变化规律,以及功能性状与环境因子的关系.结果表明:(1)随着演替的进行,土壤养分(除磷外)和水分逐渐增加,土壤容重先下降后趋于稳定,土壤pH变化不明显;比叶面积逐渐下降,叶片干物质含量和潜在最大高度逐渐增大.叶和枝的氮含量呈先下降后上升的趋势,磷含量均下降,N:P总体呈上升趋势.(2)冗余分析表明,演替早期灌木林阶段主要分布在土壤容重高,水分和养分相对匮乏的环境中,植物往往采取高养分含量、高光合速率、短寿命的开放性策略;演替后期乔木林阶段主要分布在土壤水分和养分相对肥沃的环境中,耐阴树种逐渐占据主导地位,植物通常采取低养分含量、低光合速率、长寿命的保守性策略.其中,土壤含水量、全氮含量、容重和有机质是影响喀斯特植物演替过程中功能性状变化的关键环境因子.研究喀斯特植物功能性状与环境因素随演替的变化规律,以及功能性状如何响应环境变化,旨在为今后科学指导人工植物群落构建和防止植被退化提供依据.     

青藏高原多年冻土区土壤需氧可培养细菌多样性及群落功能研究

以青藏高原腹地不同植被类型多年冻土区土壤细菌为研究对象, 分析了可培养菌群数量、 多样性和生理代谢功能的变化及其与环境因子间的关系. 结果显示: 从沼泽草甸到高寒荒漠, 土壤水分、 总碳、 总氮含量逐渐降低, pH值升高, 可培养细菌数量在2.97×10⁶~2.88×10⁷ CFU·g^-1, 与含水量、 总碳、 总氮显著正相关; Actinobacteria(51.4%)和γ-Proteobacteria(31.7%)为优势菌群, α-protebacteria仅在沼泽草甸中有分布, β-protebacteria、 Bacterioidetes丰度与含水量、 总碳、 总氮间显著正相关; 自沼泽到荒漠, 菌群代谢活性和Shannon功能多样性指数降低, pH与Shannon指数显著负相关, 继氨基酸类碳源之后, 多聚物逐渐成为被细菌群落主要利用的碳源种类. 研究表明, 伴随冻土退化地上植被逆向演替的过程, 青藏高原多年冻土地下土壤微生物群落丰度、 遗传和代谢功能多样性均发生了不同程度的响应.     

Carbon isotope and C/N ratios of suspended matter in rivers: an indicator of seasonal change in C4/C3 vegetation

A combination of δ ¹³C values with C/N ratios in suspended matter has been used to examine the seasonal relationship between C₄ and C₃ vegetation along the Loess Plateau, NW China. The C isotopic composition of suspended organic matter in rivers, together with C/N ratios can differentiate between soil and plant material, and can be used to estimate the relative contributions of soil organic C and plant litter to the suspended matter. The relationship between C isotopic composition and C/N ratios indicates that the samples are a mixture of two end members: (1) modern soils with relatively constant δ ¹³C values, low C content and low C/N ratios; (2) plant litter with varying δ ¹³C values, high C content and high C/N ratios. The results reflect the seasonal distribution of C₄/C₃ vegetation within the area studied, as part of the Loess Plateau. The abundance of C₄ grasses is about 20% for the current summer vegetation ecosystem in the eastern part of the Loess Plateau. Hence, the use of δ ¹³C values and C/N ratios of suspended matter in rivers and modern soil may be useful for reflecting seasonal distribution of C₄/C₃ vegetation in catchments. This could be a useful tool for distinguishing between catchments for GIS studies, and long term planning for ecological management of catchment areas.