土地利用方式对高寒草甸土壤有机碳及其组分的影响

[目的]探讨土壤碳库的变化规律。[方法]以原生高寒草甸、人工草地和农田（油菜地）作为研究对象,利用土壤有机碳密度分组法,研究3种土地利用方式对高寒草甸土壤有机碳（SOC）及轻组有机碳（LFOC）含量变化的影响。[结果]3种土壤0～40 cm土体内,SOC含量依次为人工草地〉高寒草甸〉油菜地,分别为113.13、111.61和93.54 t/hm~2;LFOC含量依次为人工草地〉高寒草甸〉油菜地,分别为10.36、8.93和5.83 t/hm~2。人工草地与高寒草甸相比,0～40 cm土壤SOC含量间差异不明显,但LFOC高16.01%;耕作20年的农田中,SOC和LFOC分别较高寒草甸低16.19%、34.71%。[结论]人工草地土壤中总SOC和LFOC则略高于高寒草甸,明显高于农田,人工草地和高寒草甸的植物-土壤系统的总固碳量明显高于农田。

三江源区高寒草甸不同退化演替阶段土壤有机碳和微生物量碳的变化

以野外样地调查和室内分析法研究了三江源区高寒小嵩草草甸不同退化演替阶段群落中土壤有机碳和微生物量碳的变化.结果表明,放牧活动明显地影响了土壤有机碳和微生物量碳的含量.不同退化演替阶段期间,高寒小嵩草草甸土壤有机碳、微生物量碳含量在0～10 cm土层明显较高,且随着退化程度的加剧,分布在0～40 cm土层的土壤有机碳、微生物量碳含量明显降低;不同退化演替阶段,高寒小嵩草草甸由于家畜过度的啃食与践踏,不仅使得植物群落发生了逆向演替,而且土壤的肥力水平显著地下降,土壤向退化方向发展;高寒草甸的退化将使土壤有机质大量流失,氮素损失严重.随着退化演替过程的进行,高寒草甸土壤质量和土壤营养的持续供给能力逐渐退化,土壤有机碳和土壤微生物量碳含量也随放牧强度增加而迅速降低;相关分析表明,土壤有机碳和土壤微生物量碳与土壤含水量、土壤有机质、土壤速效氮呈显著正相关关系(P<0.05),说明土壤微生物量碳可作为衡量土壤有机碳变化的敏感指标,而土壤有机碳和微生物量碳含量可作为衡量土壤肥力和土壤质量变化的重要指标.

放牧对高寒草甸地表特征和土壤物理性状的影响

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站地区,选择五种处于不同放牧强度的高寒草甸为研究对象,进行放牧对高寒草甸植被演替规律和土壤对放牧压力的响应过程研究,为合理利用和提高草地生产力提供科学依据.结果表明:随着放牧强度的增加,高寒草甸地上生物量呈急剧下降趋势,由禾草草甸的646.24 g/m~2下降到小嵩草草甸的328.16 g/m~2,容重逐渐减小;在小嵩草草甸阶段地表逐渐出现塌陷和裂缝,0～10 cm土层中根土体积比逐渐变大;土壤的质地类型发生变化,由禾草草甸粘壤土转变为壤质粘土;放牧强度对牧草返青开始时间和生长期都没有影响,但在重牧处理时,非生长季地温降低程度很明显.

植物群落生物量和有机碳对高寒草甸土地利用变化的响应

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站地区,选择高寒矮嵩草草甸及其开垦后形成的农田和一年生人工草地作为研究对象,研究了高寒草甸不同土地利用方式下生物量和植物-土壤系统固定的有机碳量的变化。结果表明：3种土地利用方式相比较,地上生物量由高到低依次为人工草地〉农田〉高寒草甸（P〈0.01）,分别为11.83、9.78和4.36 t/hm~2;3种土地利用方式下地下生物量剖面分布均呈倒金字塔形,0～40 cm地下生物量为高寒草甸〉人工草地〉农田（P〈0.01）,分别为15.74、5.61和1.24 t/hm~2。随着高寒草甸土地利用方式改变,植物群落碳素固定量也随之减小,其序列由高到低依次为：高寒草甸〉人工草地〉农田（P〈0.05）,其值分别为7.63、6.81和4.51 t/hm~2。

短穗兔耳草的克隆生长特征

以调查统计的方法研究了高寒草甸匍匐茎植物短穗兔耳草Lagotis brachystachya无性系的生长特征、形态特征以及能量分配规律,研究结果表明:匍匐茎只有1条的短穗兔耳草最多,占60.47%,匍匐茎有4条的短穗兔耳草只占6.98%.在牧草生长盛期,短穗兔耳草无性系的基株高度4.03cm,根长为9.11 cm,叶数为7.98;分株高度0.85 cm,根长2.73 cm,叶数为3.08;匍匐茎的茎生叶数为12.54,长度为15.14 cm,匍匐茎比节间重为2.18 mg/cm,粗度为0.97 mm,不同构件的干质量呈现出基株＞匍匐茎＞分株＞茎生叶的规律.随着匍匐茎数目的增多,短穗兔耳草无性系的基株根长逐渐增加,用于克隆繁殖的能量投资也有增加的趋势,其他参数都没有明显的变化规律.

草毡寒冻雏形土有机质补给、分解及大气CO2通量交换

调查草毡寒冻雏形土生物量及土壤有机质,利用涡度相关技术观测该区域作用层与大气CO2通量.结果表明：地下90%生物量集中于0～10 cm的表土层,年总净初级生产量约935.0 g/m2;土壤有机质含量在6.401～7.060%之间;净CO2通量呈明显的日变化和季节变化规律;5月中旬到9月底为CO2的净吸收（780 g CO2/m2）,其中以7月最高,净吸收量明显高于非生长季的,10月到翌年5月初CO2的净排放量（383 g CO2/m2）;全年固定碳高达397 g/m2.

牦牛放牧率与小嵩草高寒草甸暖季草地地上、地下生物量相关分析

通过对牦牛放牧率与小嵩草Kobrecia parva高寒草甸暖季草地地上、地下生物量相关分析得出,牦牛放牧率对小嵩草高寒草甸地上、地下生物量有显著的影响.随着放牧率的增加, 总地上生物量和优良牧草地上生物量及其比例减小,杂类草比例增加;总地上生物量和优良牧草地上生物量与放牧率呈线性回归关系, 杂类草地上生物量与放牧率呈二次回归关系,且当放牧率为2.30头/hm2时, 1998年杂类草的地上生物量达到最大;放牧率为2.04头/hm2时, 1999年杂类草的地上生物量达到最大.各土壤层地下生物量与放牧率呈线性回归关系;1998和1999年对照组0～30 cm地下生物量分别是轻度、中度和重度放牧的1.1,1.4,1.5倍和1.1,1.6,1.7倍;1998年各放牧处理不同土壤层地下生物量占0～30 cm地下生物量的比例为:0～10 cm占87.18%～88.38%,10～20 cm占8.19%～9.55%,20～30 cm占2.87%～3.44%;1999年各放牧处理0～10 cm地下生物量占0～30 cm总地下生物量的88.04%～89.37%,10～20 cm占7.14%～9.34%,20～30 cm占2.25%～3.5%;另外,1999年各处理组0～10 cm地下生物量的比例均高于1998年,而10～20和20～30 cm地下生物量的比例均低于1998年.不同土壤层地下生物量与地上生物量呈线性回归关系.

小嵩草高寒草甸的土壤养分因子及水分含量对牦牛放牧率的响应Ⅱ冬季草场土壤营养因子及水分含量的变化

牦牛放牧试验结果表明:随着放牧率的增加, 冬季草场不同土层有机质、有机碳、全氮的含量和C/N值下降,它们的含量与放牧率呈显著的线性回归关系, 全磷和速效氮的含量与放牧率呈显著的二次回归关系, 各土壤营养因子平均含量与放牧率也有类似的关系;当放牧率分别达到0.81头 hm-2 和1.00 头 hm-2,1.03 头 hm-2 和1.03头 hm-2, 1.36头 hm-2和1.30头 hm-2时, 0～5cm, 5～10cm, 10～20cm土层全磷和速效氮的含量分别依此达到最大,若放牧率继续增强,它们的含量依此开始减小;而且0～20 cm土层全磷和速效氮平均含量达到最大的放牧率分别是1.03头 hm-2和1.06头 hm-2.放牧率和土壤深度的交互作用对土壤各养分因子含量的影响极显著(P<0.01);放牧率对各土壤层含水量有极显著的影响(P<0.01),不同年度间同一土壤层含水量的差异极显著(P<0.01).

Stable Carbon Isotopic Composition in Soil Organic Carbon and C3/C4 Source Variations at the Haibei Alpine Meadow

Stable carbon isotopes of organic matter originated from different soil layers (0～5 cm, 5～15 cm, 15～25 cm, 25～35 cm, 35～50 cm, 50～65 cm) were investigated in the Haibei Alpine Meadow Ecosystem Research Station of the Chinese Academy of Sciences. The preliminary results indicated that δ13C values of soil organic matter increased with increased soil depth. δ13C of soil organic carbon in 0～5 cm layer showed the lowest value, -25.09‰; while 50～65 cm soil layer possessed the lowerδ13C value, -13.87‰. Based on mass balance model of stable isotopes, it was proposed that the percentage of C4 carbon source tend to increase with increased soil depth. The preliminary study indicated that alpine meadow might have undergone a successive process from C4-dominated community to C3-dominated one. However, changing δ13C values in atmospheric CO2 overtime and different processes of soil organic carbon formation (or eluviation) might somewhat contribute to increasing δ13C values. In this case, mass balance model would underestimate C3 community and overestimate C4 community.

高寒草甸群落植物多样性和初级生产力沿海拔梯度变化的研究

对不同海拔梯度高寒草甸群落植物多样性和初级生产力关系的研究结果表明:1)不同海拔梯度上,中间海拔梯度群落植物多样性最高,即物种丰富度、均匀度和多样性最大;2)不同海拔梯度上,群落生产力水平和物种丰富度中等时,物种多样性最高;3)随着海拔的逐渐升高,地上生物量逐渐减少;4)地下生物量具有"V"字形季节变化规律,在牧草返青期和枯黄期地下生物量最大,7月最小,且地下生物量主要分布在0～10 cm的土层中.地下生物量垂直分布呈明显的倒金字塔特征.

黄蘑菇的生长对草地植被及土壤的影响

研究了黄蘑菇的生长对草地植被及土壤的影响,其结果表明:1)着生黄蘑菇的区域植被具有明显的圈带状分布特点,圈上植物群落各类群分盖度总和明显高出圈外,且圈上禾本科植物增长特别明显.2)蘑菇圈上共由27种植物组成,对照组由19种植物组成.圈上植物群落物种多样性指数,均匀度指数均高于圈外,但黄蘑菇的生长对群落均匀度的影响不大.3)蘑菇圈0～10 cm土壤土层中水分、速效磷、硝态氮和氨态氮的含量明显高于圈外,但交换性Ca~(2+)、Mg~(2+) 和pH值的变化不明显,10～20 cm土层中,圈上、圈外各土壤成分均无明显差异.

高寒矮蒿草草甸群落植物多样性和初级生产力对模拟降水的响应

通过野外控制实验,研究了高寒矮嵩草草甸群落植物多样性、初级生产力对模拟降雨条件的响应.结果表明:(1)在植物生长期(6月),增加降雨20%、增加降雨40%,植物群落物种多样性指数(H)和均匀度指数(J)分别比对照提高了0.188和0.011、0.735和0.076,生长期(7月)增加降雨20%物种H和J提高了0.409和0.07;(2)禾草类:增加降雨20%处理的地上生物量与对照相比没有明显的显著性差异(P＞0.05),增加降雨40%处理的地上生物量与对照相比差异显著(P＜0.05),说明过多增加降雨会抑制禾草的生长发育.杂类草:减少降雨50%处理的地上生物量与对照相比差异显著(P＜0.05),其地上生物量对减少降雨的反映比较敏感.莎草类:其地上生物量对增加和减少降雨都没有显著变化;(3)0～10 cm和0～30 cm土层地下生物量均在增加降雨20%时最高,地下生物量的总量也在增加降雨20%时最高;(4)矮嵩草草甸地下生物量与地上生物量、总生物量的比值接近于生长季末时最大,且在模拟增加降雨20%的水平时,7、8、9月份地下和地上生物量较其它处理组高.

草毡寒冻雏形土土壤CO_2释放量估测方法初探

应用1998年5月～ 1999年4月草毡寒冻雏形土土壤CO_2释放通量的实测资料，通过对常用的三种土壤CO_2释放量估测方法的比较分析，提出了适合草毡寒冻雏形土土壤CO_2日及年释放量的估测方法。土壤CO_2释放量的估测是以土壤CO_2释放通量为因变量，时间为驱动变量，建立时间与土壤CO_2释放通量的一元四次多项式，通过对时间的求导积分，得出土壤CO_2日释放量。土壤CO_2年释放量的估测是以测定日的土壤CO_2日释放量为因变量，以气候、土壤环境因子（降水、蒸发、日照、气温、土壤0 ～ 30 cm地温等）为驱动变量，建立土壤CO_2的日释放量与气候、土壤环境因子之间的多元非线性经验公式，应用气象站气候、土壤环境因子的有关资料，逐日计算出其土壤CO_2的日释放量，最后应用累积法，可估测土壤CO_2的年释放量。

环境因子对暗沃寒冻雏形土土壤CO_2释放速率的影响

暗沃寒冻雏形土土壤CO2 释放的日变化与气温及地表温度的日变化过程同步, 只是气温日变化峰值推迟了2 h。地表温度与土壤CO2 释放速率呈极显著正相关。暗沃寒冻雏形土土壤CO2 释入的季节动态受土壤温度(0～ 30cm , 特别是10 cm )、真菌菌丝生物量(0～ 20 cm )、土壤有机碳现存量(0～ 20 cm ) 和生物量的影响。它们均与土壤CO2 的释放速率呈显著或极显著的正相关关系。过度放牧使土壤容重增大, 孔隙度和土壤有机碳贮量减小, 从而降低土壤CO2 释放速率, 方差分析结果表明, 差异显著。而土壤湿度及降雨对土壤CO2 释放速率影响较小。

Changes in plant biomass and species composition of alpine Kobresia meadows along altitudinal gradient on the Qinghai-Tibetan Plateau

Alpine Kobresia meadows are major vegetation types on the Qinghai-Tibetan Plateau. There is growing concern over their relationships among biodiversity, productivity and environments. Despite the importance of species composition, species richness, the type of different growth forms, and plant biomass structure for Kobresia meadow ecosystems, few studies have been focused on the relationship between biomass and environmental gradient in the Kobresia meadow plant communities, particularly in relation to soil moisture and edaphic gradients. We measured the plant species composition, herbaceous litter, aboveground and belowground biomass in three Kobresia meadow plant communities in Haibei Alpine Meadow Ecosystem Research Station from 2001 to 2004. Community differences in plant species composition were reflected in biomass distribution. The total biomass showed a decrease from 13196.96 +/- 719.69 g/m(2) in the sedge-dominated K. tibetica swamp to 2869.58 +/- 147.52 g/m(2) in the forb and sedge dominated K. pygmaea meadow, and to 2153.08 +/- 141.95 g/m(2) in the forbs and grasses dominated K. humilis along with the increase of altitude. The vertical distribution of belowground biomass is distinct in the three meadow communities, and the belowground biomass at the depth of 0-10 cm in K. tibetica swamp meadow was significantly higher than that in K. humilis and K. pygmaea meadows (P < 0.01). The herbaceous litter in K. tibetica swamp was significantly higher than those in K. pygnaeca and K. humilis meadows. The effects of plant litter are enhanced when ground water and soil moisture levels are raised. The relative importance of litter and vegetation may vary with soil water availability. In the K. tibetica swamp, total biomass was negatively correlated to species richness (P < 0.05); aboveground biomass was positively correlated to soil organic matter, soil moisture, and plant cover (P < 0.05); belowground biomass was positively correlated with soil moisture (P < 0.05). However, in the K. pygnaeca and K. humilis meadow communities, aboveground biomass was positively correlated to soil organic matter and soil total nitrogen (P < 0.05). This suggests that the distribution of biomass coincided with soil moisture and edaphic gradient in alpine meadows.