青藏高原高寒湿地退化过程中土壤微生物群落功能多样性特征

为给高寒湿地的退化监测和恢复治理提供科学理论依据，本试验在三江源黄河源区选取退化高寒湿地，采用空间代替时间的方法，选取不同退化阶段并利用常规实验室分析法和Biolog-Eco微平板法研究其土壤微生物群落结构及功能的变化特征。结果表明，高寒湿地、沼泽化草甸和退化草甸样地微生物群系相似性更高。不同退化程度的土壤微生物活性从高到低排序依次为：沼泽化草甸 > 退化草甸 > 湿地 > 重度退化草甸 > 退化草原。整个退化过程土壤微生物对酯类碳源代谢能力均为最强，在退化早期土壤微生物对酸类碳源的利用率较低。土壤微生物平均颜色变化率（Average well color development，AWCD）主要受到土壤全氮含量、土壤有机碳含量、全氮/全磷、植物盖度、土壤含水量和地下生物量的影响。     

土壤微生物群落多样性对高寒草甸退化程度的响应

本研究以祁连山东缘天祝藏族自治县4种不同退化程度的高寒草甸为研究对象，采用Biolog技术探讨土壤微生物群落多样性在不同退化程度高寒草甸下变化特征。结果表明：随土层加深土壤微生物利用碳源能力呈递减趋势；在高寒草甸退化过程中植物覆盖度、地上植物总生物量、土壤pH值、土壤含水量、土壤有机碳含量、土壤全氮含量、土壤全磷含量随退化程度加深呈下降趋势；高寒草甸退化显著影响土壤微生物对31种碳源的利用程度。在环境因子中对碳源代谢多样性影响最大的是碳氮比、全磷含量、全氮含量，在不同退化程度高寒草甸中土壤有机质含量、电导率、pH是土壤微生物利用碳源能力的限制因子，土壤环境因子是影响土壤微生物的重要因素。     

模拟氮沉降对三江平原小叶章湿地土壤微生物功能多样性的影响

采用Biolog-Eco方法分析了模拟氮沉降对三江平原小叶章（Calamagrostis angustifolia）湿地土壤微生物碳源利用的影响。结果表明：不同氮沉降处理间土壤微生物功能多样性差异显著,AWCD值随培养时间延长而增加。土壤微生物对6大类碳源利用强度存在差异,各处理间土壤微生物对氨基酸类碳源利用率最高,为优势碳源;不同处理间土壤微生物在碳源利用上有明显的空间分异,土壤微生物功能多样性的差异主要体现在对羧酸类、酚酸类和胺类碳源的利用上,其中胺类尤为突出;此外,对不同施氮处理土壤微生物群落功能多样性与土壤理化因子相关分析表明,全氮、铵态氮、全磷会对小叶章湿地土壤微生物组成和功能活性产生显著影响。以上结果表明增加氮沉降改变了土壤微生物功能多样性。     

黄河源高寒湿地有机碳组分对不同退化程度的响应

本研究以黄河源区玛沁县大武滩不同退化高寒湿地为研究对象,分层采集冻融丘和丘间土层样品,分析土壤有机碳组分的变化及其与土壤因子的关系。结果表明：冻融丘和丘间各层轻组分有机碳、重组分有机碳、可溶性有机碳、微生物碳含量随着退化程度的加剧下降,且在未退化与轻度退化、重度退化样地冻融丘0~10 cm土层间差异显著（P<0.05）,冻融丘对退化比丘间敏感;土壤重组分有机碳含量占总有机碳含量的94.00%以上,是有机碳的最主要组成部分;随着退化程度的加剧,冻融丘和丘间土壤微生物碳占比显著减少（P<0.05）,对高寒湿地退化的响应敏感;土壤含水量与有机碳、轻组分有机碳、重组分有机碳、可溶性有机碳和微生物碳含量呈正相关关系。综上所述,高寒湿地退化导致有机碳组分减少,重组分有机碳含量和占比可作为反映土壤有机碳库变化的关键指标,微生物碳含量和占比可作为反映高寒湿地退化的关键指标,均可为高寒湿地生态系统碳库和恢复机理的研究提供数据支撑。     

库布齐沙地两种植被恢复类型根际土壤微生物群落功能多样性研究

为研究库布齐沙地生态恢复过程中不同植被恢复类型对土壤微生物群落功能多样性的影响,采用Biolog-ECO微平板检测法,对库布齐沙地自然恢复19年的油蒿群落、人工种植19年的中间锦鸡儿群落土壤微生物群落功能多样性进行研究。结果表明:1)土壤微生物群落利用全部碳源的代谢活性和土壤微生物功能多样性指数均表现为两种植被恢复类型显著高于流沙对照,其中,自然恢复的油蒿群落根际、非根际土壤分别高于人工种植的中间锦鸡儿群落根际和非根际土壤;2)随着植被恢复,从流沙对照土壤微生物以氨基酸类、胺类和芳香类为主要碳源,转为主要利用糖类、羧酸类、多聚物类碳源。不同植被恢复类型对碳源的利用不同,油蒿群落以糖类、羧酸类、多聚物类为主要利用碳源,中间锦鸡儿群落以羧酸类、氨基酸类和胺类为主要利用碳源;3)主成分分析表明,不同植被恢复类型土壤微生物碳源利用特征出现分异,在主成分分离中主要贡献者是糖类碳源;4)土壤氮素含量与土壤微生物群落功能多样性密切相关。冗余分析表明,土壤有机质、全氮、速效钾、速效氮、pH和全磷是土壤微生物群落利用碳源的主要控制因子。综合分析认为,植被恢复改变了沙地土壤微生物群落结构和功能多样性,自然恢复的油蒿群落更有利于增加利用多类碳源的微生物种群,在提高微生物利用碳源的整体代谢活性方面具有显著优势。     

人工干预对黄河源区沙化草地土壤微生物群落的影响

土壤微生物作为生态系统的重要组成部分,其群落变化可以反映土壤变化并有效指示退化土地的恢复成效。本研究以黄河源区沙化草地为对象,应用Illumina MiSeq测序技术对无任何人工干预措施的对照样地(CK)、播草种样地(P_1)、4年砾石方格沙障+播草种样地(P_2)和12年砾石方格沙障+播草种样地(P3)的土壤细菌和真菌群落进行了高通量测序,分析了不同干预措施(沙障+播草种/播草种)和干预时间(4年/12年)对沙化草地土壤细菌和真菌群落组成的影响。结果发现:1)细菌群落在CK和P_1样地聚为一组,P2和P3样地聚为另一组,真菌群落在CK、P_1和P_2样地聚为一组,P_3单独为一组;2)表层土壤有机碳和硝态氮含量在P_3样地中显著高于CK和P_2样地(P 0.05),而土壤铵态氮在各样地间无显著差异(P 0.05);3)植被盖度在P3样地中显著高于CK和P_2样地(P 0.05),杂类草地上生物量在P_3样地中显著高于CK样地(P 0.05)。研究认为,砾石方格沙障+播草种的干预措施促进了黄河源区沙化草地表层养分的积累,改变了土壤微生物群落结构,有利于植被的定殖和生长,且随措施实施年限的延长,改善成效愈加明显,是高寒地区严重沙化土地治理的一种有效措施。     

三江源区不同退化演替阶段高寒草甸土壤酶活性和微生物群落结构的变化

 对三江源区不同退化演替阶段的高寒草甸土壤酶活性和微生物群落结构进行分析,结果表明：１）土壤微生物种类和数量并不随着高寒草甸的退化而降低,而是在中度退化阶段达到最高;２）不同退化演替过程,中度退化阶段土壤微生物的结构更加复杂;３）不同土层中,０～１０ｃｍ 土壤微生物的多样性更加丰富,其群落结构能更好地适应外界环境的变化;４）５种土壤酶的酶活性均随土层深度的增加而显著降低（P＜０．０５）。在不同退化演替阶段,碱性磷酸酶的活性随演替的进行而显著降低（P＜０．０５）;蛋白酶和多酚氧化酶的酶活性最大值出现在中度退化演替阶段,最小值则在未退化阶段（原生植被）出现;蔗糖酶和脲酶活性在４个演替阶段中均无显著变化（P＞０．０５）。不同酶活性对外界环境变化敏感性不同,蛋白酶、碱性磷酸酶和多酚氧化酶具有较高的敏感性,而脲酶和蔗糖酶活性的敏感性较低;５）土壤酶活性与土壤微生物在高寒草甸不同退化演替阶段具有显著相关性（P＜０．０５）。土壤酶活性、土壤微生物群落结构可以作为一个综合指标,来指示三江源区高寒草甸的演替阶段和退化程度。     

植被退化对尕海湿地土壤有机碳库及碳库管理指数的影响

以青藏高原东缘尕海湿地不同植被退化程度样地（未退化healthy vegetation（CK）、轻度退化slightly degraded vegetation（SD）、中度退化moderately degraded vegetation（MD）和重度退化heavily degraded vegetation（HD））为研究对象,分析了植被退化对湿地土壤不同层次总碳、活性碳、微生物量碳的影响,并计算了各退化程度的碳库管理指数。结果表明：除HD的活性炭外,土壤总有机碳和活性碳均随土层的增加而减少,0~40 cm平均总有机碳含量为CK > SD > MD > HD,CK显著高于其他退化阶段;土壤活性有机碳含量为CK > MD > SD > HD,植被退化显著降低土壤活性有机碳,尤其0~10 cm,10~20 cm土层的土壤活性碳比CK分别下降了72.31%和53.31%;CK和SD的微生物量碳随土层加深显著降低,HD恰好相反,0~40 cm平均土壤微生物量碳含量为MD > CK > SD > HD,MD显著增加土壤微生物量碳,而HD显著降低土壤微生物量碳;尕海湿地0~40 cm土层的碳库各项指数受表层的影响比较大,植被退化能显著降低表层土壤的总有机碳、稳态碳和碳库指数,而显著增加湿地碳库活度指数。     

高寒草原退化对植物群落及土壤理化性质的影响

以空间分布代替时间演替的方法,调查黄河源区玛多县高寒草原退化过程中植物群落特征和土壤理化特性的变化,探讨植物群落与土壤理化特性对退化的响应。结果表明:(1)不同退化梯度下植物优势种变化明显,从轻度退化到重度退化,草地优势种由紫花针茅和矮嵩草逐渐向杂类草转变,极度退化下变为沙生植物为主;(2)随着草地退化加剧,植物物种重要值、丰富度、多样性、均匀度以及地上生物量均呈先增加后降低的趋势,但轻度退化草地地上生物量比未退化草地高21.5%,其与不同物种在退化演替过程中的消长变化密切相关;(3)土壤有机质、全氮、全磷以及pH表现出随退化程度加剧呈显著降低(P<0.05)的趋势。土壤容重随退化程度加剧而显著增加,土壤通气孔隙度随退化程度加剧而显著降低。通过分析,草地退化首先影响土壤物理属性,进而影响草地群落物种组成,导致草地生产力明显降低。     

黑河源区退化草地恢复过程中土壤磷养分及其调控因子

为探究不同恢复方式对退化草地土壤磷养分含量变化的影响,本研究以黑河源区的单播和混播栽培草地为研究对象,以未退化草地和极重度退化草地为对照,对草地植被特征、土壤物理性质及土壤磷养分变化规律进行分析。结果表明：栽培草地的建植显著提高了极重度退化草地植被的地上、地下生物量,且混播草地的植被多样性优于单播草地;而单播草地的土壤磷养分(全磷、有机磷、速效磷、微生物生物量磷)含量均优于混播草地。约束排序偏分析结果表明,土壤物理性质是影响土壤磷养分含量的主要因子。相关性分析结果显示,草地土壤含水量、土壤黏粒、土壤毛管孔隙度均与土壤速效磷含量显著相关。采用单播恢复的栽培草地土壤含水量、土壤黏粒、土壤毛管孔隙度均优于混播草地。综上,人工恢复是快速治理极重度退化草地的有效措施,且采用单播恢复的栽培草地在土壤磷养分恢复方面相对稳定,但尚未恢复到未退化草地的状态,后期应持续加强对栽培草地的管理。     

江河源区草地退化状况及成因

近年来 ,江河源区存在草场严重退化、土地荒漠化过程加剧、水土流失加重以及湿地生态衰退等以草地生态系统为主的生态环境退化问题。分析研究结果表明 ,在青藏高原特殊的地理气候背景下 ,经过长期自然演化形成的江河源区脆弱的草地生态系统 ,对外界环境条件反应极其敏感 ,季节性过牧等人类活动是造成该区近期草地迅速退化的突破口和主导因素 ,从而促使气候、鼠害等自然因子作用加剧。江河源区的草地退化 ,是人为因素和自然因素共同作用下人为加速加剧的结果。     

青藏高原退化高寒湿地植被群落结构和土壤养分变化特征

为了给青藏高原地区湿地恢复提供科学依据,在三江源黄河源区选取退化高寒河流湿地,采取空间代替时间的方法,选取不同湿地退化阶段,分析了高寒湿地退化过程中植物群落和土壤理化特征的变化,探究湿地退化的过程。结果表明:土壤呈碱性,土壤pH在各土层中变化趋势不明显,但在0~20 cm土层,退化严重的湿地土壤pH(8.5~9.0)显著高于未退化湿地的土壤pH(8.0)。随着退化程度的加剧,植被高度、盖度、生物量逐渐减少,群落结构趋向复杂;土壤盐分富集层逐渐下移,土壤含水量、全碳含量明显降低,碱解氮含量呈下降趋势,而全磷含量趋于升高,速效磷含量无显著变化。以上研究结果表明土壤含水量的变化是玛多河流湿地退化的首要原因,而退化主要影响群落的高度,随着退化程度的加剧,土壤含水量和全碳含量明显降低,土壤含水量的变化与植被群落结构的变化紧密相关。     

高寒草甸土壤团聚体碳氮磷对退化的响应及其影响因素

植物和土壤微生物是土壤团聚体黏合物和养分的重要来源,因此土壤团聚体组成及其养分库的变化可指示生态系统退化过程。本文在长江源区根据植被群落特征选取未退化、中度和严重退化高寒草甸,研究其土壤中大团聚体(>250μm)、微团聚体(55～250μm)和游离态粉粒黏粒(<55μm)含量、不同粒级团聚体碳氮磷含量及储量随草地退化的变化特征,并分析了植物和微生物活动与这些变化特征的关系。结果表明：未退化和中度退化高寒草甸土壤以微团聚体为主。退化使高寒草甸大团聚体和微团聚体碳氮含量及储量显著下降,但磷含量及储量未发生显著变化。游离态粉粒黏粒氮磷储量在严重退化高寒草甸显著增加。各团聚体碳氮含量与地上生物量和微生物量碳正相关,磷含量与微生物量碳负相关。本研究表明植物及受其影响的土壤微生物变化是造成高寒草甸退化后不同团聚体碳氮磷库变化的主要原因。     

黄河三角洲新生湿地不同植被类型土壤的微生物分布特征

为探明黄河三角洲新生湿地土壤微生物分布特征,选取盐地碱蓬(Suaedasalsa)、柽柳(Tamarix chinensis)、芦苇(Phragmites communis)和拂子茅(Calamagrostis epigeios)4种湿地植被土壤,分春、夏、秋3个季节对其中细菌、真菌和放线菌数量组成和分布特征进行了研究。结果表明:不同植被类型湿地土壤中各类微生物数量差别明显,但总体上均偏少,而且优势种类非常明显,以细菌为主,放线菌居中,真菌最少;不同微生物数量上具有明显的季节分布特征,除拂子茅湿地细菌群落外,其他各群落数量均为夏季高,春、秋低;湿地土壤中微生物总量分布存在明显的根际效应,其中细菌的根际效应最为明显;土壤中氮和磷(总氮、总磷、速效氮、速效磷)含量对细菌的数量影响最明显;真菌分布与氮的含量关系密切,但与磷素关系不大;放线菌分布与氮含量相关性小,与磷素呈负相关;微生物数量与土壤pH值和电导率呈一定程度的负相关。本区土壤微生物分布与植被类型、土壤盐分和养分关系密切,且具有明显的季节动态。     

甘南草原不同退化草地植被和土壤微生物特性

为研究草地退化对植被和土壤微生物的影响,本试验以甘南州碌曲县高寒草地为研究对象,调查研究不同退化程度草地植被特征,并测定土壤微生物呼吸、土壤微生物量碳、土壤微生物代谢熵及土壤微生物群落结构变化。结果表明：随着草地退化程度的加重,高寒草地植物种类减少,优势植物种类发生变化,植被高度、盖度、植株数、鲜草产量下降;土壤基础呼吸和诱导呼吸、土壤微生物量碳及土壤代谢熵等指标均有不同程度的下降;土壤总磷脂脂肪酸（Phospholipid fatty acid,PLFA）、土壤细菌、放线菌含量减少,真菌含量增多,土壤微生物群落结构发生变化,压力指数增高;植被与土壤微生物各指数呈一定的相关性。本研究说明高寒草地退化过程中植被演替与土壤微生物变化密切相关。     

高寒草甸土壤微生物群落功能多样性对广布弓背蚁蚁丘扰动的响应

为了解蚂蚁在高寒草甸生态系统中的功能和作用,评估和认识高寒草甸生态系统的健康状况和稳定性,利用Biolog-ECO生态板法对蚁丘干扰后高寒草甸土壤理化性质以及土壤微生物功能多样性进行研究分析,结果表明,1)蚁丘扰动后0~10 cm土层土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷、速效钾含量均显著高于蚁丘10~20 cm土层(P<0.05),而蚁丘扰动与土层深度的交互作用对理化性质均无显著影响(P>0.05);2)蚁丘干扰后高寒草甸土壤微生物多样性指数(Shannon-Weiner指数、Pielou指数、McIntosh指数和底物碳源利用数)有所增加;3)主成分分析表明蚁丘干扰对土壤微生物功能多样性产生了影响,改变了微生物代谢功能特征,土壤微生物利用的主要碳源是碳水化合物、氨基酸类和羧酸类;4)冗余分析表明土壤养分影响土壤微生物碳源代谢特征和功能。因此,由于蚂蚁的挖掘活动、有机质的累积等改变了蚁丘土壤微环境,进而改变了土壤微生物的碳源利用类型和代谢功能。     

高寒沼泽湿地退化过程中土壤腐殖质变化特征的研究

本试验选择黄河源区果洛州玛沁县大武滩不同退化高寒沼泽湿地为研究对象,分层采集冻融丘和丘间土壤样品,分析退化过程中土壤腐殖质变化以及相关的环境因子。结果表明:冻融丘和丘间土壤腐殖质随着退化程度的加剧而下降,冻融丘腐殖质碳、胡敏素和胡敏酸未退化与轻度退化、重度退化差异显著(P<0.05),对退化较丘间敏感;冻融丘和丘间的腐殖质碳、胡敏酸、富里酸和胡敏素含量与土壤含水量、总氮呈显著正相关(P<0.05),冻融丘土壤腐殖质组分与容重呈显著负相关(P＜0.01);冻融丘中纤维二糖水解酶(CBH)、β-1,4-木糖苷酶(BXYL)、α-1,4-葡萄糖苷酶(αG)、β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、亮氨酸肽酶(LAP)、β-1,4-N-乙酰基氨基葡萄糖苷酶(NAG)和脲酶(UR)对胡敏素形成具有显著的促进作用,丘间酶活性对土壤腐殖质的形成具有显著的促进作用。综上所述,高寒沼泽湿地退化导致土壤腐殖质减少,致使碳功能的下降,土壤水分、全氮和土壤酶有利于湿地土壤腐殖质的形成,建议在高寒沼泽湿地修复中加强土壤水分和有机肥的补充。