祁连山不同草地类型区土壤有机碳组份的差异

为明确高寒地区土壤有机碳库的组成及稳定程度,选择祁连山地区3种草地类型区（高寒草甸、高寒草原和高寒沼泽草甸）为研究对象,分层对0～50 cm土壤中重组、轻组组分进行分离提取,测定并分析重组有机碳（heavy fraction organic carbon,HFOC）和轻组有机碳（light fraction organic carbon,LFOC）含量.结果表明,不同草地类型对土壤HFOC和LFOC含量及其分配的影响不同,HFOC、LFOC含量在土层间均具有明显的垂直变化,呈上高下低趋势,各区域间差异明显;高寒沼泽草甸LFOC含量最高,高寒草原次之,高寒草甸最低,即不同草地类型区土壤有机碳库稳定程度大小依次为：高寒草甸>高寒草原>高寒沼泽草甸;土壤pH、含水率、TC、SOC、TN含量与C/N值与土壤HFOC、LFOC含量呈极显著相关（p<0.01）.综上,祁连山草地生态系统土壤有机碳库组成及稳定程度受草地类型、土壤理化性质及环境变量影响.     

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.     

青藏高原典型寒冻土壤对高寒生态系统变化的响应

高寒生态系统对全球变化非常敏感,以青藏高原腹地的长江黄河源区为研究区域,利用多期遥感TM数据和生态样带调查数据,提出生态综合指数方法.应用土壤结构、组成与水理特性等物理指标和土壤化学性质与养分含量指标,系统分析了青藏高原典型寒冻土壤如钙积寒性干旱土、简育寒性干旱土、草毡寒冻雏形土以及简育寒冻雏形土等对高寒生态系统变化的响应特征.结果表明:随着气候变化,主要高寒生态系统如高寒草甸、高寒草原以及高寒沼泽草甸等显著退化,寒冻土壤表层呈现明显粗粝化,草毡寒冻雏形土以及简育寒冻雏形土表层土壤细粒物质流失38.7%,土壤孔隙度和容重增加;高寒草甸土壤表层饱和导水率随综合生态指标值降低而急剧增大,当植被覆盖度<50%以后,土壤表层水分集聚现象不再存在,高寒草原土壤饱和导水率变化不明显;高寒草甸与高寒草原土壤的有机质和全氮含量均随生态指数减少而分别呈现抛物线和指数曲线形式减少.随着气候变暖和人类活动干扰的加剧,高寒草地生态系统变化将可能导致寒冻土壤环境持续退化并对高原草地碳循环产生重要的影响.     

中国草地植被地上和地下生物量的关系分析

草地生物量大部分集中在地下,地下生物量对于估算草地生态系统碳储量及其碳固持效应都至关重要。由于草地地下生物量数据缺乏,利用地下与地上的根冠比(R/S)或者地下与地上生物量的关系对草地地下生物量进行估算,是目前最常用的方法。本文在综述草地生物量研究进展的同时,利用2004~2010年已发表文献的草地生物量数据对中国不同类型草地的根冠比进行了探索,同时分析了不同类型草地的地上与地下生物量的相关关系(高寒草甸、高寒草原、山地草甸、温性草甸草原、温性草原和温性荒漠草原)。分析结果表明:不同类型草地的根冠比存在显著差异(F=3.524,p0.01);进一步分析发现,山地草甸的根冠比显著低于其他类型草地(p0.01),R/S较大的草地类型为温性草甸草原和温性荒漠草原,均值分别为7.0和6.8。对地上与地下生物量相关关系的分析表明,3种类型草地的地上与地下生物量存在幂函数相关关系,即高寒草原(R~2=0.67)温性荒漠草原(R~2=0.36)高寒草甸(R~2=0.13),其他3种类型草地几乎不存在地上与地下生物量的相关关系。这为以后估算地下生物量提供依据,即地下生物量估算应该综合考虑根冠比和地下与地上生物量关系。     

土地利用方式对广西平果喀斯特土壤碳氮磷全量与易利用组分的影响

以广西平果喀斯特生态系统国家野外科学观测研究站及周边地块的三种土地利用方式(退耕林地、退耕草地、耕地(甘蔗地和玉米地))为研究对象,通过采集0～15 cm表层土壤,分析土壤的理化性质和土壤碳、氮、磷全量与易利用组分及其关系,以期能更加准确地理解和把握退耕还林还草、土地利用方式转变对喀斯特地区土壤碳、氮、磷全量及易利用组分的影响。结果表明：(1)与耕地相比,退耕后林地和草地土壤pH值显著升高,大团聚体、速效氮显著增加,微团聚体、速效磷显著减少。(2)退耕后林地和草地土壤有机碳较耕地显著增加,林地和草地分别是甘蔗地的1.98和1.88倍,分别是玉米地的2.15和2.04倍。林地和草地土壤微生物生物量碳、全氮、微生物生物量氮较耕地也明显提高。对于磷,草地全磷(1.04 g·kg^-1)最高,其次玉米地(0.81 g·kg^-1),且甘蔗地和玉米地的可溶性磷均显著高于林地和草地。在土壤碳氮磷生态化学计量比方面,林地的OC/TP、TN/TP显著高于草地和耕地,而草地和耕地没有显著差异。(3)土壤容重、团聚体结构、pH、速效氮、速效磷都与土壤碳、氮、磷全量与...     

祁连山黑河上游不同退化草地土壤理化性质及养分和酶活性的变化规律

为了揭示草地退化过程中土壤理化性质及养分和酶的变化规律,在祁连山黑河上游俄博岭研究了4种草地土壤理化性质及养分和酶活性的变化规律.结果表明:未退化草地与退化草地、中度退化草地和重度退化草地比较,0~60 cm土层有机碳、有机碳密度、有机碳储量随退化程度加剧呈显著减少趋势;土壤理化特性的总孔隙度、团聚体、物理性粘粒、饱和蓄水量、田间持水量随土壤退化加剧呈减少趋势,同时CEC、碱解氮、速效磷、速效钾、脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶等养分和酶活性也随土壤退化加剧呈明显减少变化.随着土壤退化加剧,容重、物理性砂粒、石砾、pH值以及CaCO3含量均有明显的增长.4种草地0~60 cm土层孔隙度、团聚体、物理性粘粒、饱和蓄水量、田间持水量、土壤有机碳、速效氮磷钾和酶活性均值由大到小的变化顺序为:未退化草地轻度退化草地中度退化草地重度退化草地;容重、物理性砂粒、石砾、pH、CaCO3均值由小到大的变化顺序为:未退化草地轻度退化草地中度退化草地重度退化草地.不同层次孔隙度、团聚体、物理性粘粒、饱和蓄水量、田间持水量、土壤有机碳、速效氮磷钾和酶活性均值随着土层垂直深度的增加而递减,而容重、物理性砂粒、石砾、pH、CaCO3均值随着土层垂直深度的增加而递增.     

高寒冻土区生物结皮对土壤理化属性的影响

生物结皮是高寒地区地被层的重要组分之一。其作为地表特殊的结构层,能够改变地表结构及土壤理化属性,从而影响冻土环境。迄今为止,关于青藏高原高寒生态系统中生物结皮对土壤理化属性的影响尚不清楚。以青藏高原高寒冻土区生物结皮为研究对象,初步研究了生物结皮的特征及其对土壤理化属性的影响。结果表明：生物结皮在高寒草甸退化过程中广泛发育,主要以藻结皮为主,其盖度可达37.3%~51.7%,结皮层平均厚度为12.6 mm。由于生物结皮的发育,高寒地区5~20 cm土层粉粒含量有所增加,但差异不显著,而结皮层土壤田间持水量相比于裸地表层（2 cm）增加了10%~40%,结皮层容重较裸地降低了30%;两种类型藻结皮均显著增加了结皮层及其下0~20 cm土层土壤有机质,而深色藻结皮增加了结皮层及其下0~20 cm土层土壤全氮含量,浅色藻结皮仅增加了结皮层土壤全氮含量,对其下0~20 cm土层土壤全氮含量没有显著影响;生物结皮对土壤pH没有显著影响;生物结皮是高寒生态系统植被退化过程中的关键环节。研究结果为揭示生物结皮在高寒生态系统中发挥重要生态功能提供依据。     

牧压梯度下高寒杂草类草甸土壤持水能力及影响因素分析

以祁连山南麓坡地夏季牧场高寒杂草类草甸为研究对象,进行了封育对照（CK,禁牧）、轻度放牧（LG）、中度放牧（MG）和重度放牧（HG）下土壤持水能力及影响因素的分析. 结果表明：牧压梯度下0～10 cm层土壤最大持水量和毛管持水量均在LG最大,土壤自然贮水量LG略小于HG;而在10～20 cm和20～40 cm持水量均在HG最大,说明放牧对表层土壤的持水能力影响比深层更明显. 0～10 cm层土壤容重随牧压强度增加而增大,较深层次土壤容重基本一致,表明放牧对较深层土壤容重造成的影响远小于表层. 牧压梯度下植被地上地下生物量、枯落物、地表半腐殖质随放牧强度增大而减少;0～10 cm土壤有机质含量在MG最大,CK最小,10～20 cm和20～40 cm层土壤的有机质含量CK最大,说明不同土层有机质含量对牧压梯度的响应有所不同. 土壤持水量与多种因素有关,主要受到地下生物量、有机质和容重等因素的影响,表明随放牧强度增大,践踏使土壤表面硬度增加,土壤空隙度减少,同时家畜过度采食使地面植被覆盖降低而增加土壤水分的蒸发. 这些综合作用下引起放牧地土壤持水能力降低.     

长江源北麓河流域多年冻土区热融湖塘形成对高寒草甸土壤环境的影响

通过对长江源北麓河流域多年冻土区热融湖塘及湖塘影响周边条件下高寒草甸土壤理化性质的比较研究,结果表明:热融湖塘的形成对高寒草甸土壤环境产生了明显影响,热融湖塘形成对土壤质地、含水量、容重以及土壤养分等产生强烈改变,尤其表层土壤;土壤机质(SOM)、全氮(N)等化学物质和其他养分成分在不同退化的土壤中都有所改变.有机质和...     

青藏铁路沿线高寒草甸植物群落特征对人为干扰梯度的响应——以风火山高山嵩草草甸为例

选择风火山地区受到人为干扰的高寒草甸,对处于不同干扰梯度的高寒草甸植物群落,用样带法进行调查.共调查5条样带,50个样方.统计植物的科属组成,计测其群落盖度、频度指标以及物种丰富度指数、多样性指数及均匀度指数等.对不同干扰梯度上的植物群落结构及其物种组成特点进行分析,结果表明:青藏铁路沿线的高寒草甸随着人为干扰的强度的增加,植物群落的科、属、种组成趋向单一;群落中起显著作用的物种趋向是高山嵩草→高山嵩草和矮嵩草→早熟禾和扇穗茅→早熟禾→羊茅和早熟禾;按照植物种群的重要值对干扰梯度的响应,该地区植物种群可被划分为3类响应模式,即忍耐型种、敏感型种和扩展型种.随着干扰强度的增加,物种丰富度指数和物种多样性随着干扰增加而降低.干扰梯度与有机质含量、全氮、水解氮、全磷、速效磷均呈显著相关,但是与全钾和速效钾相关关系不明显.     

天山托木尔峰国家级自然保护区垂直自然带景观特征分析

根据实地考察和相关参考资料,运用历史文献和统计分析的方法,对托木尔峰国家级自然保护区垂直自然带景观特征进行分析,结果显示：对托木尔峰自然保护区垂直自然带的形成,地形地貌因素起着主导作用,纬度起着次要作用,受地形地貌因素制约的水热条件是形成各垂直自然带景观特征的最重要的物质和能量来源,随着水热条件的垂直变化,从低山带至高山带有规律的出现暖温带荒漠带、温带荒漠草原带、山地草原带、亚高山草甸带、高山草甸带、高山垫状植被带和高山冰雪带.东西走向的天山山脉,南北向深切的冰川和流水地貌,对来自北大西洋和北冰洋的湿润气流起了显著地屏障作用,致使托木尔峰南、北坡具有不同的气候特点,南坡形成了暖温带半干旱和干旱气候.自然景观以温带荒漠、荒漠草原和草原为主,植物种类贫乏,具有耐旱特点,随着海拔高度的增加,植物的荒漠成分逐渐减少,草原和草甸成分逐渐增加,土壤的有机质含量提高,碳酸盐的淋溶作用增强.     

西宁黄土堆积记录的最近13万年高原季风气候变化

青藏高原对于大气的热力和动力作用形成了高原季风气候现象.青藏高原东北部西宁盆地位于高原季风控制区,末次间冰期以来的黄土堆积记录了高原季风气候变化过程.对西宁盆地湟水阶地上的黄土堆积进行了地貌观查、地层对比和探槽及探井采样,完成了热释光和光释光测年,测量了古地磁定向样品以及磁化率、频率磁化率、CaCO3含量和粒度等古气候代用指标.结果表明,西宁黄土堆积记录的高原夏季风环流在相当于深海氧同位素阶段5e特别强,在5a和5c阶段接近于阶段3.高原夏季风和冬季风变化存在位相差以及冬季风强的时候夏季风不一定弱,夏季风弱的时候冬季风不一定强的变化模式.     

Responses of typical grasslands in a semi-arid basin on the Qinghai-Tibetan Plateau to climate change and disturbances

Alpine grassland ecosystems on the Qinghai-Tibetan Plateau (QTP) are vulnerable to climate change and anthropogenic disturbances, which may have significant effects on the QTP’s carbon budgets. In this study, vegetation and soil characteristics were compared among alpine grassland ecosystems in a semi-arid basin on the northeast ridge of the QTP (1) among alpine swamp meadow, meadow, steppe meadow and steppe soils, which represent the direction of succession under climate-warming conditions, and (2) among alpine, degraded and tilled meadow soils to investigate the effects of human disturbance. The results showed that (1) if the alpine grassland ecosystems succeed in this direction, climate warming will cause a loss of carbon, and (2) tilling activity also results in carbon loss. Therefore, these results indicate that anthropogenic disturbance regimes that change more rapidly than climate may exert a more profound influence on carbon dynamics and balance. However, the plots that were set in the present study represented only part of the basin due to road accessibility. Relationships between leaf area index (biomass and soil carbon) and fractional vegetation cover × vegetation height from this study are fairly good, which can be applied at regional scale to estimate carbon pools. In combination with detailed information of grassland types, climate and human activities, the effects of climate change and disturbances can be estimated using remote sensing datasets.     

祁连山黑河上游多年冻土区不同植被类型土壤有机碳密度分布特征

山地多年冻土的异质性影响其植被类型的分布特征,且对有机碳的分布也具有重要影响。通过采集黑河上游多年冻土区三种典型植被类型（高寒沼泽草甸、高寒草甸、高寒草原）8个活动层的土壤样品,测定其土壤有机碳密度及其理化性质。结果表明：高寒沼泽草甸土壤有机碳密度最高（49.50 kg·m^-2）,高寒草甸次之（11.22 kg·m^-2）,高寒草原最低（7.30 kg·m^-2）。土壤有机碳密度的剖面垂直分布特征具有差异性,高寒沼泽草甸土壤有机碳密度随深度变化不明显,高寒草原和高寒草甸土壤有机碳密度随深度逐渐减小,存在显著的表层聚集性。有机碳密度与土壤含水率和细粒含量呈显著正相关,与pH值呈显著负相关关系。一般线性模型结果表明土壤含水率、pH值和土壤颗粒组成解释了96.39%的有机碳密度变异,其中土壤含水率贡献了81.53%,pH值和土壤粒度分别贡献了9.33%和4.75%。研究表明多年冻土区不同植被类型土壤有机碳密度分布特征具有明显差异,山地多年冻土土壤含水率是控制有机碳密度分布特征的重要影响因素。     

不同封育年限高寒草甸植被/土壤碳密度及净生态系统CO2交换量的比较

封育是推广范围最广的草地恢复措施之一. 为研究不同封育年限高寒草甸植被、土壤碳密度变化, 对1 a、6 a和16 a不同封育年限样地监测结果进行分析.结果表明: 不同封育年限高寒草甸植被现存碳密度表现出封育16 a>封育1 a>封育6 a, 分别为1 522.57 gC·m^-2、1 323.12 gC·m^-2和1 148.17 gC·m^-2, 但不同封育年限之间植被现存碳密度差异不显著(P>0.05). 土壤碳密度垂直分布明显, 0~5 cm和5~10 cm土层有机碳密度较高, 随土层深度增加土壤有机碳密度明显下降, 土壤容重上升;不同封育年限之间0~40 cm层次土壤碳密度和土壤容重差异性均不显著, 但仍可表现出土壤碳密度封育1 a>封育6 a>封育16 a, 分别为28 636.32 gC·m^-2、26 570.92 gC·m^-2和26 060.71 gC·m^-2;同时, 土壤容重随封育时间延长而下降. 对7月下旬到10月上旬净生态系统CO₂交换率(NEE)监测来看, 封育1 a植被土壤碳吸收速率显著高于封育16 a(P<0.05);而排放率与封育16 a样地接近, 差异不显著(P>0.05).     

高寒草甸土壤微生物功能多样性对积雪变化的响应

积雪是高寒地区不可忽视的生态因子,不仅直接影响土壤温度、水分,而且间接影响土壤微生物群落组成和多样性。为研究高寒草甸生态系统中土壤微生物对积雪变化的响应,于2013年11月至2014年7月在青藏高原东缘红原县高寒草甸,通过人工堆积的方法建立4个不同积雪梯度,以自然积雪量为对照（CK）,2倍于自然积雪量（S1）、3倍于自然积雪量（S2）、4倍于自然积雪量（S3）。运用Biolog-Eco板法研究不同积雪梯度下土壤微生物功能多样性,并测定积雪变化对土壤温度和土壤养分的影响。结果表明：积雪期内,0~10 cm土层土壤温度随着积雪量的增加而降低,而10~20 cm土层随积雪量增加先降低后升高。增加积雪量处理后0~10 cm土层全磷（TP）、有机碳（SOC）显著增加（P<0.05）;而10~20 cm土层仅S3下全氮（TN）、TP、SOC增加。每孔平均变化率值（Average well color development,AWCD）在0~10 cm土层表现为CK > S2 > S1 > S3,而10~20 cm表现为S2 > S1 > CK > S3。在0~10 cm土层,S3处理显著降低了土壤微生物多样性McIntosh指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数（P<0.05）; 10~20 cm土层,S1和S2处理下多样性指数显著增加（P<0.05）。主成分分析显示：氨基酸类和酚酸类是微生物利用的主要碳源类型。相关性分析表明：多样性指数与TP、SOC、碳氮比（C/N）显著负相关（P<0.05）,氨基酸类碳源与TP、C/N显著负相关（P<0.05）。因此,冬季积雪一定程度上影响着土壤温度和土壤养分,进而影响高寒草甸土壤微生物群落功能多样性。     

青藏高原中部典型下垫面活动层水热动态及其热扩散率研究

多年冻土活动层, 尤其是浅层土壤的水热传输机制, 以及冻融过程的时空异质性是研究地-气间能水交换的关键。利用位于青藏高原中部的唐古拉和通天河两个活动层观测场2013年的土壤温度和水分数据, 比较了不同下垫面浅层土壤日冻融循环过程的差异, 以及不同冻融阶段的地温日变化及热扩散率特征。结果表明： 根据一日之内地温的正负波动, 浅层土壤的冻融过程可以划分为解冻期、 完全融化期、 始冻期和完全冻结期四个时期, 其中解冻期和始冻期统称为日冻融循环发生期。解冻期的持续天数和深度明显高于始冻期, 高寒草原的日冻融循环天数和发生深度明显高于高寒草甸。浅层土壤（0 ~ 20 cm）日地温变化普遍呈现明显的正弦波动趋势, 且不同冻融阶段的振幅差异较大, 由于相变的缘故, 解冻期的日地温变化振幅最小。高寒草甸的日地温振幅显著低于高寒草原, 说明日地温动态与土壤质地和土壤水分密切相关, 植被作为热绝缘层, 减弱了地温对气温波动的响应。地表下5 ~ 10 cm的热扩散率显著大于10 ~ 20 cm深度, 且5 - 10月融化季的热扩散率显著大于冻结季。热传导对流方程可以描述多年冻土区典型下垫面在季节冻融循环周期内不同月份的水分迁移方向。     

冬春季青藏高原北麓河多年冻土活动层中气体CO2浓度分布特征

2005年1~5月在青藏高原北麓河附近的高寒干草原、高寒草甸和高寒草原3种典型草地上进行了不同深度土壤气体采样和CO₂浓度分析.结果表明:土壤剖面的土壤气体CO₂浓度呈现出上低下高的分布特征.在动态变化上,土壤中CO₂浓度在多年冻土活动层春季升温过程中出现一个峰值,经过短暂的降低后随夏季融化过程开始而升高.土壤剖面CO₂浓度与土壤有机碳、重组有机碳、轻组有机碳、水溶性有机碳、植物残体有机碳、微生物碳贮量和土壤温度呈明显的相关关系,在100 cm以上深度与土壤水分呈负相关关系.在整个观测期间,高寒干草原、高寒草原和高寒草甸植被下3种土壤剖面土壤气体CO₂浓度变化范围分别为1 052~3 050 mL·m^-3、3 425~39 144 mL·m^-3和984~12250 mL·m^-3,高于我国塿土CO₂浓度变化范围,也远远高于青藏高原五道梁地区高寒草原土壤气体CO₂浓度变化范围.石灰简育寒冻雏形土和石灰寒冻砂质新成土CO₂浓度变化范围低于国外报道的草地和农田CO₂浓度变化范围;石灰草毡寒冻雏形土CO₂浓度变化范围明显高于国外报道的草地和农田CO₂浓度变化范围.活动层冻结期,土壤CO₂的闭蓄作蓄作用比较明显.由于微地形导致土壤水分条件的差异,夏季融化过程各观测点土壤CO₂浓度开始升高时间存在差异.     

Spatial variability of soil moisture at typical alpine meadow and steppe sites in the Qinghai-Tibetan Plateau permafrost region

Permafrost degradation has the potential to significantly change soil moisture. The objective of this study was to assess the variability of soil moisture in a permafrost region using geostatistical techniques. The experiment was conducted in August 2008 in alpine steppe and meadow located in the Qinghai-Tibetan Plateau permafrost region. Four soil depths (0–10, 10–20, 20–30 and 30–40 cm) were analyzed using frequency domain reflectometry, and sampling made of 80 points in a 10 m × 10 m grid were sampled. Soil moisture was analyzed using classical statistics to appropriately describe central tendency and dispersion, and then using geostatistics to describe spatial variability. Classical statistical method indicated that soil moisture in the permafrost region had a normal distribution pattern. Mean surface soil moisture in alpine meadow was higher than that in alpine steppe. The semivariograms showed that soil moisture variability in alpine cold steppe was larger than that in alpine meadow, which decreased with depths. Nugget values in alpine steppe were low (0.1–4.5), in contrast to alpine cold meadow. Soil moisture in alpine steppe had highly structured spatial variability with more than 93.4% spatial heterogeneity, and the range decreased with depth. Soil moisture content in alpine cold meadow had a moderate spatial dependence with a range of 51.3–169.2 m, increasing with depth.