北麓河流域多年冻土区退化草甸的土壤水文特征分析

选取长江源北麓河地区受冻融作用影响而严重退化的高寒草甸典型区域进行取样, 通过实验和模拟等方法, 对该区域内不同深度土层的土壤特征曲线、土壤饱和导水率、土壤粒径、容重和总孔隙度进行了研究和分析.结果表明: 土壤的水分特征曲线由Gardner等与van Genuchten提出的幂函数方程拟合效果良好, 0.1 MPa为土壤水分特征曲线的临界值. 0~5 cm表层土壤的持水能力最小, 20~30 cm土壤的持水能力最大. 0~5 cm表层土壤供水能力最小, 15~30 cm土层的供水性能最好, 适合植被根系的生长.土壤的饱和导水率随着深度的增加而减小.     

三江源高寒草甸土壤化学计量特征及酶活性对不同退化程度的响应

Soil stoichiometries and enzyme activities are important indices for plant growth and nutrient cycles. In order to explore the changes and interaction between soil stoichiometries and enzyme activities during the deg⁃ radation of the alpine meadow in the headwaters of Three Rivers,the field sampling and laboratory analysis was used in this study. The effects of different degradation degrees（natural vegetation,light degradation,moderate degradation and severe degradation） on the soil organic carbon （SOC）,total carbon （TC）,total nitrogen （TN）,total phosphorus（TP）,total potassium（TK）,pH,soil stoichiometries and enzyme activities and their interactions were analyzed. The results show that：（1）With the aggravation of degradation degree,SOC and TN contents in different soil layers showed an overall decreasing trend,while TK contents showed an increasing trend,and there was no significant difference among soil layers. TP content showed the highest values in light degradation areas,with all the values greater than 0. 7 g·kg-1. The pH value did not change significantly with the degradation degree. （2）The stoichiometric ratio of C,N,P and K of soil decreased with degradation degree,and the ratios of carbon to nitrogen were relatively stable. （3）The activities of β-1,4-xylosidase（BX）,β-nacetylglucosaminidase（NAG）,acid phosphatase（AP）,β-fiber diglycosidase（BCE）and β-glucosidase（BG）in different soil layers were higher in the light degradation（P<0. 05）than other levels of degradation. （4）SOC,TN,TP content and stoichiometric ratios were positively correlated with the activities of AP,BG,BCE,BX and NAG,while pH was negatively correlated with the activities of five enzymes（P<0. 05）. In conclusion,the degradation of alpine meadow is closely related to soil stoichiometries and soil enzyme activities,and soil stoi⁃ chiometries and enzyme activities showed great differences among different degradation stages. Our results pro⁃ vide a scientific basis for the treatment and restoration of alpine meadow at different degradation stages. Copyright © 2023 Institute of Microbiology, CAS. All rights reserved.     

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.     

三江源高寒草甸不同退化阶段植被和土壤呼吸特征

通过监测三江源玛沁县高寒草甸2017年度植被特征及土壤呼吸通量, 探讨了不同退化阶段植被群落、 土壤呼吸特征及其协同关系, 并分析了土壤呼吸的温度敏感性。结果表明： 随着高寒草甸退化程度加剧, 禾本科植物重要值降低, 毒杂草显著增加（P<0.05）; 植被盖度、 物种数、 多样性指数显著下降（P<0.05）, 重度退化阶段的地上生物量比轻度、 中度退化阶段降低了25.36%、 22.37%（P<0.05）; 在中度退化条件下, 均匀度指数和地下生物量显著增多（P<0.05）。在各退化阶段, 土壤呼吸年内均呈单峰式变化过程, 表现出生长季高、 非生长季低的特征, 植物生长旺季（7 - 8月）最高, 且与5 cm深度处土壤温度之间呈显著指数关系（P<0.05）; 2017年轻度退化、 中度退化和重度退化阶段的土壤呼吸碳排放总量分别为626.89 gC·m^-2、 386.66 gC·m^-2、 393.81 gC·m^-2; 同时, 土壤呼吸与植被群落演替具有显著的协同性, 随着退化程度加剧土壤呼吸速率下降。轻度退化、 中度退化、 重度退化阶段土壤呼吸的温度敏感性系数（Q₁₀）分别为2.82、 3.54和2.35, 表明中度退化条件下的温度敏感性最强, 重度退化条件下最弱。     

高寒草甸区典型景观单元土壤养分空间变异性研究

应用GIS技术和地统计学空间内插法,对黄河源区达日县跨热洼尔玛流域高寒草甸小流域典型景观单元土壤有机质、全氮和全磷的空间分布特征进行了研究.结果表明: 高寒草甸土壤养分(全氮、有机质、全磷)最佳拟合模型为球状模型;在小流域尺度范围内,土壤养分空间变异性依次为: 全氮＞有机质＞全磷;其中高寒草甸土壤全氮含量具有强空间变异,块金系数(C0/(C0 C))为23.5%,有机质和全磷属于中等空间变异,其块金系数(C0/(C0 C))分别为35.9%、41.7%;全氮、有机质和全磷的有效变程分别为2 133 m、1 412 m和1 239 m.区域土壤养分影响因素分析显示: 不同植被覆盖下土壤有机质和养分的积累和平衡状况存在差异,其空间变异主要受海拔、地形、坡度、植被、根系分布状况等因素影响.     

多年冻土区高寒草甸根系分布与活动层温度变化特征的关系

多年冻土区植物根系的地下分布格局是其适应高寒、反复冻融作用等特殊环境条件的重要体现.针对目前青藏高原高寒植物根系研究不足的现状,对青藏铁路沿线高寒草甸植物群落根系的分布特征及多年冻土活动层地温变化等进行调查观测.研究高寒植物群落根系在活动层土壤中的垂直分布特征,重点探讨多年冻土活动层温度变化对于高寒植物根系分布和格局的影响,揭示植物根系对冻土环境变化的响应特征及其对逆境条件的适应策略.研究结果表明:活动层季节性冻融对于高寒植物和地下根系分布格局具有深刻的影响,多年冻土表层最先具备适宜根系生长的温度和水分条件,导致高寒草甸根系分布浅层化,生物量大量累积在土壤表层,并随深度增加而减少.高寒草甸地下平均总根量为3.38 kg·m^-2,0~10 cm土层根量密度平均为21.41 kg·m^-3,约占地下根系总量的63.4%.高寒草甸植物群落具极高的根茎比,活动层长期的低温环境增加了根系的干物质总量和高寒植物总的生物产量.活动层0℃以上积温是根系分布的主要影响因子.     

青藏高原高寒草甸区土壤水分的空间异质性

通过网格(10m×10m)取样,用地统计学方法研究了青藏高原高寒草甸覆盖区域(110m×90m)浅层剖面(0~40cm)土壤水分的空间异质性特征。结果表明:在高寒草甸覆盖区0~30cm深度范围内,土壤水分均存在高度空间异质性,其中87.3%~74.9%的空间异质性是由空间自相关部分引起的,主要体现在201m以下尺度,10m以下随机因素对空间异质性作用较小;30~40cm土壤水分空间异质性由10m以下尺度随机因素导致的占42.3%,而自相关部分的空间异质性(57.7%)体现在10~87.2m尺度。随土层深度的增加,分维数D有逐渐增大的趋势,说明随深度增加高寒草甸区土壤水分自相关空间异质性程度在降低,而随机因素导致的空间异质性程度在增加。从4层的C₀/(C+C₀)值来看,10~20cm这一层的值最小,表明在这一层的系统变量的空间自相关性程度最高。说明高寒草甸区0~30cm土层的土壤水分含量是受降水、植被发育、根系分布、土壤特性和人为干扰等影响,其空间异质性主要受自相关因素控制,而30cm以下的土壤水分受自相关因素和随机因素共同控制。     

青藏高原多年冻土区沼泽草甸土壤CH_4产生速率研究

用实验室培养法对青藏高原多年冻土区沼泽草甸土壤不同温度条件下的CH4产生速率进行了研究.结果表明：CH4产生速率与温度之间呈现显著的指数关系,整个土壤剖面平均CH4生成速率和CH4生成速率初始值随温度的变化具有显著的相似性,都表现出随温度的升高而增加规律,0℃、5℃、18℃时的CH4生成速率分别是-18℃时的5.7、1...     

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...     

青藏高原多年冻土区高寒草甸植物种群物候学定量研究

采用青藏高原腹地北麓河多年冻土区高寒草甸14种代表性植物种群2009年和2010年两个生长季的物候观测资料, 进行植物种群物候学特征的定量分析, 划分物候类型并指出影响不同物候期的环境因子主次. 结果表明: 营养期和结实期的物候指数都较大, 分别为32.70和24.39, 其他物候期则相对较小; 整个生长期持续天数较短, 为155 d左右. 14种植物可划分为3种类型和6大类群. 在营养期和整个生长期, 与物候变化最为密切的环境因子为降水量, 其次为日照时数, 温度居第三; 而影响其他物候期的因子均以日照时数为主, 降水量和温度依次居后.     

青藏高原多年冻土区高寒草甸土壤水分入渗变化研究

在多年冻土区典型坡面上,将坡面划分为坡下（L）、坡中（M）和坡顶（H）三个坡位,每个坡位上各选取92%、60%和30%植被盖度为研究对象,用双环入渗仪测定土壤水分入渗过程,对影响土壤入渗过程的环境因子进行了分析,并基于土壤物理特性及土壤水分的测定进行模型模拟。结果表明：研究区不同植被盖度下土壤水分入渗性能在活动层冻融过程中差异明显,初始含水量和初始入渗率具有较好的负相关关系;稳定入渗率大小为：活动层融化期,92%（0.61 mm·min^-1） > 60%（0.50 mm·min^-1） > 30%（0.29 mm·min^-1）;活动层开始冻结期,60%（0.56 mm·min^-1） > 30%（0.39 mm·min^-1） > 92%（0.26 mm·min^-1）。土壤水分入渗速率具有显著的坡位差异并与冻土的冻融循环过程关系紧密。主要表现为,稳定入渗速率随坡位高度的降低依次递减;同一坡位下,开始冻结期入渗速率小于融化期。在整个入渗阶段,坡顶的累积入渗量是最大的,体现了较好的入渗性能。影响高寒草甸土壤水分入渗的环境因子主要有容重,有机质含量及粒径<0.1 mm微粒。通过比较研究得出,在长江源地区,活动层融化期通用经验模型f（t）=a+bt^-n更适用于该研究区域高寒草甸土壤水分入渗过程的研究,而在开始冻结期Horton模型f（t）=i_c+（i₀-i_c）e^-kt则具有更好的适用性。     

青藏高原高寒草甸土壤水分运移机制

查明青藏高原高寒草甸区土壤水分运移机制,对正确理解土壤水分迁移过程、提高高寒草甸重建效率具有重要指导意义。通过开展土壤剖面负压、地温观测等原位试验,结合气象资料,对土壤剖面地温、含水率及总水头特征进行分析。结果表明,土壤的冻结期起始于10月,解冻期起始于4月;地温最高值出现在植物生长旺盛期8月,最低值出现在1月;1～3月土壤水分呈固态,6～10月土壤水分呈液态,处于稳定变化阶段,4～5月、11～12月土壤水分呈固液转化态,含水率变化幅度较大,处于过渡阶段。随着气温升高及降水量增加,6～8月水热同季有利于高寒草甸生长,属于高寒草甸主要生长阶段;春季土层由表及深土壤解冻,冻土层滞水性能保障了返青期春旱牧草生长的水分需求;深秋季节的由表及深的土壤冻结,深层土壤水分随水汽发生的表聚作用保障了牧草生长的水分需求,也是高原生态系统能够维持稳定的原因之一。     

基于主成分分析的青藏高原多年冻土区高寒草地土壤质量评价

土壤质量评价是提高对土壤质量理解的关键环节。为了了解青藏高原多年冻土区高寒草地土壤质量的基本情况,在青藏高原腹地西大滩至安多地区,根据不同海拔梯度和植被盖度共采集了154个土壤样品。通过主成分分析（PCA）法确定了影响青藏高原多年冻土区高寒草地土壤质量的最小数据集（MDS）：全氮、全磷、全钾。根据影响土壤质量的最小数据集对青藏高原多年冻土区高寒草地土壤质量进行评价,得出了不同海拔、不同植被盖度下的土壤质量指数（SQI）。通过对不同海拔、不同植被盖度的土壤质量指数进行对比研究表明：随着海拔的升高,SQI呈增加的趋势,即海拔4 300～4 600 m（0.270±0.043） < 海拔4 600～4 900 m（0.326±0.061） < 海拔4 900～5 200 m（0.410±0.075）;随着植被盖度的增加,SQI也呈现增加的变化趋势,即植被盖度小于50%（0.262～0.265） < 植被盖度大于50%（0.336～0.344）。在分别考虑了有机质、盐分、土壤水分对土壤质量的影响下得出的土壤质量指数值与基于最小数据集得到的土壤质量指数相一致,说明基于主成分分析的最小数据集可以对青藏高原多年冻土区高寒草地土壤质量做出较准确的评价。     

青海湖北部高寒草地土壤粒度与磁化率关系探讨

文章以青海湖北部刚察县高寒草地为研究对象,分析测试土壤样品的各粒级组分进而计算出各粒度参数值,尝试探索土壤层剖面的土壤粒度与土壤磁化率的变化特征及其相关性。结果表明:该高寒草地土壤剖面粒度组成以粉砂为主,黏粒次之,再次是砂粒,土壤属性属于粉砂壤土—粉砂土;土壤质量磁化率总体较低,土壤物源既有基岩风化而成,又有远程物质的搬运沉积;土壤剖面上表现出两个较为明显的质量磁化率由高到低的周期演化,说明成土成壤过程经历了两个时期。土层在30cm以上,质量磁化率与频率磁化率呈现出相反的变化趋势;30cm以下随着越接近母岩方向,质量磁化率值呈现减小的态势。且在剖面上表现出两个较为明显的以高质量磁化率值开始、低质量磁化率结束为特征的周期演化。     

环境因子影响下疏勒河上游高寒草甸物种丰富度与生物量间的关系

生物多样性与生产力的关系是生态学领域争论不休的重要科学问题。调查了青藏高原疏勒河上游高寒草甸典型植物群落物种丰富度、生物量及环境因子,分析了不同植物群落物种丰富度与生物量的关系及其差异性,并探讨了影响两者间关系的关键环境因子。结果表明：1）以莎草科或毛茛科物种为主要建群种的植物群落物种丰富度与生物量不存在显著的相关性（P>0.05）,如高山嵩草+苔草群落、线叶嵩草+黑褐苔草群落、唐松草+矮火绒群落、草苔草+昆仑蒿群落;而以禾本科为建群种的植物群落（紫花针茅+紫菀群落、紫花针茅+沙生风毛菊群落）两者间存着显著正相关性（P<0.05）.2）CCA排序中,环境因子对植物群落分布格局的累计解释量为83.4%,这说明环境异质性是影响植物群落空间格局的主要原因,其中冻土上限埋深是影响植物群落特征及分布的关键环境因子。冻土上限埋深小于-4m时,丰富度与生物量间存在着显著的正相关;冻土上限埋深大于-4m时,两者间无显著相关性。这有助于深刻认识生物多样性与高寒草甸生态系统功能的关系。     

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。