不同强度放牧后自然恢复的沙质草地土壤性状特征

通过对科尔沁沙质草地不同强度放牧后自然恢复过程中土壤的物理、化学和生物学性状特征的研究,结果表明,土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮和速效磷含量以及基础土壤呼吸活性在各处理表层土壤的特征为:中牧后恢复草地>轻牧后恢复草地>无牧恢复草地>重牧后恢复草地;重牧后的恢复草地表层土壤较其它处理有较高的土壤容重和pH值以及较低的过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶活性;沙质草地的土壤养分和生物学活性在剖面中的分布为上高下低,主要富集于0~ 25cm表层,放牧对土壤系统的影响主要表现在0~ 75cm土层。重度放牧使沙质草地超出了其承载能力和承受干扰的阈限,土壤性状恶化,恢复力降低;而适度的放牧后恢复有利于土壤化学和生物学性状的保持和提高。     

科尔沁沙质放牧草地土壤动物多样性特征研究

在科尔沁沙质放牧草地,人为的小面积实验放牧情况下,土壤动物群落结构随放牧强度的提高发生变化,主要体现在动物密度降低、群落丰富度减小。放牧强度提高时,土壤动物生物量、密度季节动态和多样性指数无明显变化规律,重度放牧下以上指标并不明显低于封育区。土壤动物优势类群对放牧扰动的响应各自不同。以相似性指数比较土壤动物对不同牧压的响应,结果为中度放牧区较接近封育区,而重牧区分异最大。     

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。     

科尔沁沙质草地不同水热梯度植物群落叶功能性状特征

植物功能性状可以响应生境的变化并决定生态系统的功能,探究植物功能性状间的关系及其随温度和降水梯度的变化规律,对认识不同气候条件下植被在群落水平碳水代谢关系和维持水分平衡的生理生态学机制具有重要意义。近年来,有关群落水平功能性状与环境因子关系的研究较少,尤其是半干旱区沙质草地植物群落功能性状对气候梯度响应的研究鲜有报告。因此,本研究以科尔沁沙质草地群落为研究对象,分析了温度和降水梯度上群落功能性状以及性状间的相关关系。结果显示：（1）随着区域温度增加（2.1～6.4℃）和降水减少（451.1～370.0 mm）,沙质草地群落功能性状变化趋势不一。群落高度和叶面积随温度升高显著增加。群落高度、叶面积和比叶面积随降水减少显著降低,群落叶厚度、叶干物质含量和叶组织密度随降水减少显著增加。（2）群落高度与叶面积显著正相关,叶厚度与叶干物质含量显著正相关,叶面积、比叶面积与叶干物质含量、叶厚度显著负相关,叶组织密度与叶干物质含量呈显著负相关。（3）气候因素驱动了54.66%植物性状变异,其中降水是影响沙质草地群落功能性状的主要影响因子。     

放牧及围封对科尔沁沙质草地土壤呼吸的影响

放牧及围封是引起沙质草地生态系统变化的重要因素。对科尔沁地区放牧和围封不同年限的沙质草地进行土壤呼吸动态测定与分析,结果表明:(1)植物生长初期土壤呼吸速率日平均值,围封样地的显著大于放牧样地的(p<0.05);植物生长末期土壤呼吸速率日平均值,放牧样地的显著大于围封样地的(p<0.05)。围封17年和围封22年样地的土壤呼吸速率日平均值相比较,7月上旬之前,围封17年样地的较围封22年样地的大,而7月中旬以后,围封22年样地的较围封17年样地的大,且差异均显著(p<0.05)。(2)土壤呼吸速率的季节动态对放牧和围封的响应过程相似,但围封引起的变异相对较小;土壤呼吸速率季节平均值,围封22年样地的显著大于围封17年的(p<0.05)和放牧的(p<0.01),围封17年样地的大于放牧的(p>0.05),故围封可以增强土壤CO₂的排放,且在一定的时间内,土壤CO₂的排放速率与围封时间正相关。(3)土壤温度和土壤体积含水率可解释土壤呼吸速率的变异从大到小依次为放牧(58%)>围封22年(39%)>围封17年(28%)。     

沙质草地土壤动物的研究进展及建议

中国北方农牧交错带,生态背景脆弱,在自然因素和人为活动的严重干扰下,生态系统遭到了严重破坏,草地面临严重沙化的威胁。而土壤动物是沙质草地生态系统物质循环和能量流动的不可或缺的一环,对保护和改善土地资源,控制由于各种原因而导致的土地退化、土地沙漠化有着重要意义。从沙质草地土壤动物的物种组成、研究方法、时空动态变化及其对生态系统的作用等方面进行了总结,分析了当前沙地土壤动物研究中存在的问题,并为未来沙地土壤动物研究提出了一些建议,从而为沙质草地生态系统恢复和重建及沙漠化逆转等提供了基础资料。     

不同湿度条件下模拟增温对科尔沁沙质草地土壤氮矿化的影响

氮矿化作用是影响沙质草地植物群落物种组成和初级生产力的重要因素之一。温度和水分被认为是影响土壤氮矿化/硝化作用的两个关键环境因子,认识沙质草地土壤氮矿化作用对温度和水分的响应,对于预测全球变化对沙质草地生态系统结构和功能的影响具有重要作用。本文通过测定开顶式生长室（OTC）内不同湿度条件下增温时沙质草地净氨化速率、净硝化速率和净矿化速率的变化,分析增温和湿度变化对土壤氮矿化作用的影响。结果表明:不论增温与否,沙质草地土壤净氨化速率、净硝化速率和净矿化速率随着土壤湿度增加而明显提高。土壤净氨化速率在土壤湿度为15.2%时最大,但是净硝化速率和净矿化速率在土壤湿度为11.8%时最大,土壤湿度达到时15.2%表现下降趋势。增温使沙质草地土壤氮矿化作用发生显著变化,但增温的效应与土壤湿度存在一定的关联。土壤湿度为3.4%、5.1%、8.5%时,增温处理使土壤净氨化速率较对照明显提高;但是土壤湿度为11.8%、15.2%时,增温处理时土壤净氨化速率较对照显著降低;土壤湿度为8.5%和11.8%时,增温使土壤净硝化速率和净矿化速率显著升高（p<0.05）,在湿度为1.7%、3.4%、5.1%以及15.2%时,增温处理和对照之间的净硝化速率、净矿化速率无显著差异。这说明只有在适宜的土壤湿度条件下,增温才显著影响沙质草地土壤矿化作用,当土壤湿度处于相对干旱或过度湿润的状态下,增温对沙质草地土壤矿化作用没有显著影响。     

养分和水分添加后沙质草地不同功能群植物地上生物量变化对群落生产力的影响

以典型沙质草地为研究区域,通过养分和水分添加控制试验,研究了群落尺度上生产力的变化及其对不同养分和水分处理响应的差异。从不同功能群植物地上生物量对养分和水分响应分异的角度揭示群落尺度初级生产力的变化机理。结果显示:(1)单纯的氮素、磷素、水分添加对群落生产力的影响不明显,只有养分和水分交互作用才能显著增加群落生产力。氮素添加×冬季增雪、氮素添加×夏季增雨、磷素添加×夏季增雨处理使得群落生产力比对照分别提高了85.1%、107.9%、57.2%。(2)氮素添加×冬季增雪处理后群落生产力比磷素×冬季增雪处理高出86.7%,表明虽然水分添加提高了植物对氮素与磷素的利用效率,但水分添加后植物对氮素的利用效率更高。(3)不同功能群植物地上生物量对养分和水分添加的响应程度不一致。总体而言,养分和水分添加对禾本科植物生物量的影响最明显,对杂类草植物生物量的影响不明显。单纯磷素添加明显降低了群落中禾本科植物的生物量,比对照低61.9%;冬季增雪、夏季增雨增加了群落中豆科植物的生物量,与对照相比分别增加了193.3%、220.5%;氮素添加×冬季增雪、氮素×夏季增雨显著增加了禾本科植物的生物量,分别比对照增加了80.4%、91.6%。     

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。     

科尔沁沙质草地纤维素分解菌的筛选、鉴定及其分解能力

从科尔沁沙质草地土壤中,通过分离、纯化、初筛和复筛得到2株分解纤维素(CMC)能力较强的真菌(NM1-1和NM1-2),采用形态学和rDNA-ITS分子生物学相结合的方法鉴定分别为伪弯头曲霉(Asperigillus pseudodeflectus)和尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)。NM1-1和NM1-2对布条的分解效果较好,30 d的分解率分别达到15.69%和16.91%;凋落物分解试验表明,加NM1-1和NM1-2的草地凋落物分解率在30 d内分别达53.61%和45.72%,分别比对照高7.70和6.42倍。NM1-1和NM1-2的CMC酶活性显著高于其生存的土壤环境。科尔沁沙质草地土壤高效纤维素分解菌的分离和筛选不仅补充了沙质草地土壤功能微生物库,同时对沙地凋落物分解和土壤有效养分输入起到促进作用。     

Screening of cellulose decomposing fungi in sandy dune soil of Horqin Sandy Land

Cellulose decomposing fungi play an important role in litter decomposition and are decisive in nutrient cycling in sandy land ecosystems. Thirty-one strains were isolated to select efficient cellulose decomposers, and four efficient cellulose decomposing fungi (NM3-1, NM3-2, NM3-3, and NM3-4) were screened using a CMC (carboxymethyl cellulose) carbon source in dune soil of Horqin Sandy Land. They were identified as Asperigillus calidoustus, Fusarium oxysporum, Fusarium solani, and Hypocrea lixii by rDNA-ITS molecular biological methods. Cloth decomposition rates were 15.71%, 15.89%, 17.29%, and 17.89% by the four efficient decomposers incubated for 30 days, respectively. Screening of efficient cellulose decomposers can not only increase the dune soil functional microbe bank, but can also accelerate litter decomposition and available nutrient input in the Horqin Sandy Land.     

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。     

科尔沁沙地围封草地种子库特征

科尔沁沙地自由放牧草地围封7a后土壤种子库中植物种类有25种,其中一、二年生植物 19种。土壤种子库密度 3314粒·m^-2,其中,黄蒿(Artemisia scoparia)、狗尾草(Setaria viridis)、三芒草(Aristida adscensinis)等一年生植物种子占总数的95.3%,而多年生植物仅占4.7%。若以单子叶和双子叶植物统计,单子叶植物种子数占14%,双子叶植物的种子数占86%,其中豆科植物仅占2.4%。土壤种子库植物的种子数与其相应植物在植被中出现频率有明显的相关性。从种子库组成分析,围封7a的草地植被维持在黄蒿-杂类草混合植被阶段。围封草地对农牧生产方式转换频繁的科尔沁沙地草地植被恢复起着"种子岛"作用,它们的存在可以缩短周围被干扰草地恢复的时间,应该加强围封草地的管理利用研究。     

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。     

科尔沁沙地荒漠化土地初析

应用1996年TM卫星影像资料得出,科尔沁沙地中心地区荒漠化土地占总土地面积的34.02%,以风蚀荒漠化土地为主。各种荒漠化土地在14个旗(县)的分布不同,按严重程度划分为重度荒漠化地区、中度荒漠化地区和轻度荒漠化地区。对历史时期和近期的分析表明,科尔沁沙地荒漠化土地产生和扩展的根本原因是过度开垦。     

科尔沁沙地的土地利用与沙漠化

根据1985年和2000年的土地利用数据和从相同时期的TM影象上提取的土地沙漠化数据, 运用ARC/INFO软件和Access统计软件, 分析科尔沁沙地近20a来土地利用和沙漠化土地的构成及变化特点、土地利用与土地沙漠化之间的关系得出: 草地和耕地是土地利用的主要类型, 未利用地面积较大, 其他利用类型面积较小; 15a来, 耕地和林地增加幅度最大, 草地减少幅度最大, 土地利用转移的主要方向是草地变为耕地和林地。科尔沁沙地沙漠化土地比例大, 占一半左右, 以中度类型为主; 变化趋势是沙漠化面积增加, 程度减轻。在持续强度利用条件下, 面积广大的草地和耕地发生退化, 由潜在沙漠化土地发展为轻度和中度为主的沙漠化土地; 而土地利用方式变化所形成的沙漠化土地面积较小, 在新增沙漠化土地中的比例亦很小。所以, 草地、耕地等土地利用强度的增大是沙漠化土地面积扩大的最主要原因, 而土地利用方式的改变则能加快土地沙漠化的进程。     

Comparison of soil physico-chemical properties under different land-use and cover types in northeastern China's Horqin Sandy Land

The Horqin Sandy Land of northeastern China was originally a grassland with plenty of water and lush vegetation dominated by palatable grass species along with sparsely scattered woody species. However, it has experienced severe desertification in recent decades due to its fragile ecology together with inappropriate human activities. Currently, the landscape of the Horqin Sandy Land is dominated by irrigated croplands and sand dunes with different degrees of vegetation cover, as the region has become the most important part of the semiarid agro-pastoral ecotone of northern China. In this study, we compared soil physical and chemical properties under different land-use and cover types (irrigated cropland, rainfed cropland, sandy grassland, fixed dunes, and mobile dunes). We found that soil particle size distribution; organic C, total N, and total mineral element, microelement, and available microelement and nutrient contents; pH; CEC; and bulk density differed significantly among the land-use and cover types. In general, soil quality was highest in the cropland, intermediate in the sandy grassland, and lowest in the dunes. The most important soil quality attribute, soil organic carbon (SOC) storage, decreased in the following order: irrigated cropland (5,699 g/m²) > sandy grassland (3,390 g/m²) > rainfed cropland (2,411 g/m²) > fixed dunes (821 g/m²) > mobile dunes (463 g/m²). SOC was significantly positively correlated with a large proportion of the other soil physico-chemical parameters. Our results suggest that the key issue in restoration of the degraded soils will be to increase SOC storage, which would also create a high potential for sequestering soil C in desertified areas of the Horqin Sandy Land.     

科尔沁沙地生态系统典型土壤养分空间分布特征

通过对位于科尔沁沙地中南部的奈曼旗中部沙地灌溉农田、旱作农田和流动沙丘土壤有机C和全N含量空间分布特征的分析发现:由灌溉农田、旱作农田到流动沙丘,土壤10cm深度内有机C和全N的含量与相对高度的变化密切相关。随着相对高度的增加,上述土壤的有机C和全N的含量逐渐减少,而且全N含量比有机C含量与相对高度的相关性更为显著。从旱作农田到流动沙丘有机C和全N的含量随着相对高度的减小而减少。如果不考虑灌溉农田和流动沙地土壤,旱作农田土壤有机C和全N含量与相对高度的相关性显著程度更高。科尔沁沙地中部沙质灌溉农田土壤全N和有机C含量的垂直分布呈锯齿状,表现为明显的多'峰谷'性,这种变化与土壤的粘土层/有机质层和沙层交错分布的特点有关。尽管研究区的土壤发生了明显的空间变化,但是土壤的全N含量和有机C含量之间依然存在着显著的相关性     

科尔沁沙质草甸土壤微生物数量的垂直分布及季节动态

通过对中国农牧交错带科尔沁沙质草甸土壤微生物数量的垂直分布及其季节动态的研究分析表明:(1)微生物总数、细菌和放线菌数量均表现出与降雨量同步的季节动态,即6月份较5月份有所减少,7月份增至最多,7月份以后微生物数量逐渐下降,真菌则表现出从5月份到8月份一直增加,9月份开始回落;(2)土壤微生物具有明显的垂直分布差异.细菌和放线菌的垂直分布表现出随土壤深度增加逐渐减少的趋势,真菌数量表层最高,20 cm以下变化不够规律;(3)土壤微生物的层化比率均大于2(5月份放线菌除外);(4)不同土壤生态因子对微生物的影响不同,相同因子对不同微生物类群的影响也不相同.细菌受水分影响较大,真菌与地温的变化趋势相近,放线菌与水热条件的共同作用有关.土壤养分(有机碳和全氮)与微生物数量呈显著的正相关.