中国温带草地土壤硫的分布特征及其与环境因子的关系

以内蒙古和青藏高原的6种主要草地类型为研究对象,分析了不同类型草地表层土壤硫(S)的分布特征及其与环境因子的关系。结果表明:1)青藏高原草原表层土壤(0—10 cm)的全硫含量(430.8 mg/kg)显著高于内蒙古草原(181.4 mg/kg;P0.01)。土壤硫素一般以有机硫的形式存在,具有植物有效性的土壤无机硫所占比例较少,内蒙古土壤这一比例为14.7%,青藏高原为24.5%。2)土壤硫的含量与土壤C、N的分布格局关系紧密,呈显著正相关关系;与土壤p H呈负相关关系。内蒙古与青藏高原研究区土壤的C/S和N/S值较低,这表明硫可能成为对草原生产力起限制性作用的营养元素。3)内蒙古草原表层土壤全硫、水溶性硫、吸附性硫均与年均温呈显著负相关(P0.05);土壤硫与年均降水呈显著正相关关系(P0.05)。青藏高原草地土壤硫中,除水溶性硫与年均降水呈显著正相关关系外,其余土壤硫含量均未与气候因子呈现显著相关关系。     

施硫肥对内蒙古典型草原放牧生态系统硫循环的影响及硫肥需要量的研究

应用总体平衡(mass-balance)法研究了施硫肥(0, 30及60 kg S/hm2)对内蒙古典型草原放牧生态系统硫循环的影响及在硫肥需要量上的应用.结果表明,施硫肥使牧草硫的吸收量提高了50%,并使放牧系统硫的生物循环速率提高了15%以上.1995和1996年两年内两种硫肥处理30 和 60 kg S/hm2的硫的利用效率分别为74.0% 和 37.6%.当其他硫的来源较低时,土壤中有机硫的矿化是草原有效硫的主要来源,约占整个有效硫输入量的70%.放牧家畜在物质循环中具有重要的生态功能,其硫采食量的90%左右以排泄物的形式返回到土壤,经过排泄物而释放的有效硫量约占硫的生物再循环量的30%.土壤中硫的淋溶损失是放牧系统中硫的主要输出形式;同时,家畜尿和粪中硫的损失(包括转移到非生产区和淋溶损失)也影响着放牧系统硫的平衡状况.因此,应该深入研究粪尿硫的再循环速率及其影响因素.基于总体平衡原则,该地区放牧系统中至少每年应施入10 kg S/hm2才能保持有效硫的平衡状态.     

施硫肥对内蒙古典型草原放牧生态系统硫循环的影响及硫肥需要量的研究

应用总体平衡 (mass_balance)法研究了施硫肥 (0 ,30及 6 0kgS/hm2 )对内蒙古典型草原放牧生态系统硫循环的影响及在硫肥需要量上的应用。结果表明 ,施硫肥使牧草硫的吸收量提高了 5 0 % ,并使放牧系统硫的生物循环速率提高了 15 %以上。 1995和 1996年两年内两种硫肥处理 30和 6 0kgS/hm2 的硫的利用效率分别为 74.0 %和37.6 %。当其他硫的来源较低时 ,土壤中有机硫的矿化是草原有效硫的主要来源 ,约占整个有效硫输入量的 70 %。放牧家畜在物质循环中具有重要的生态功能 ,其硫采食量的 90 %左右以排泄物的形式返回到土壤 ,经过排泄物而释放的有效硫量约占硫的生物再循环量的 30 %。土壤中硫的淋溶损失是放牧系统中硫的主要输出形式 ;同时 ,家畜尿和粪中硫的损失 (包括转移到非生产区和淋溶损失 )也影响着放牧系统硫的平衡状况。因此 ,应该深入研究粪尿硫的再循环速率及其影响因素。基于总体平衡原则 ,该地区放牧系统中至少每年应施入 10kgS/hm2 才能保持有效硫的平衡状态     

适度放牧增加内蒙古典型草原甲烷氧化菌丰度和甲烷吸收

微生物氧化是大气甲烷唯一的生物汇.认识草原甲烷(CH₄)通量对不同利用方式的响应是制定低碳高效草原管理体系的基础.本研究通过测定内蒙古中部典型草原在放牧、割草和围封管理下生态系统的CH₄通量和土壤甲烷氧化菌丰度,旨在确定不同利用方式对内蒙古典型草原生态系统CH₄吸收的影响,验证甲烷氧化菌功能基因(pmoA)丰度调控CH₄通量.测定草原是连续5年实施4种不同利用处理的试验草原,4个处理为全植物生长季(5—9月)放牧(T₁)、春夏5月和7月放牧(T₂)、秋季割草(T₃)和围封禁牧(T₀).在测定植物生物量和土壤理化特征的基础上,采用静态箱置法测定草原植物生长季CH₄通量,采用分子技术测定草原表层土壤甲烷氧化菌pmoA功能基因的丰度.结果表明: 放牧显著促进CH₄吸收,增加甲烷氧化菌丰度(即每克干土pmoA功能基因拷贝数),其在生长季的变化范围是6.9×10⁴~3.9×10⁵.T₁处理下植物生长季的CH₄平均吸收量为(68.21±3.01) μg·m^-2·h^-1,显著高于T₂、T₃和T₀处理22.1%、37.5%和30.9%.草原CH₄吸收与甲烷氧化菌丰度呈极显著正相关,与土壤砂粒占比呈显著正相关,而与土壤粉粒占比、土壤水分含量、土壤铵态氮和硝态氮含量,以及植物地上生物量呈显著负相关.表明不同利用方式下内蒙古典型草原都是CH₄的汇,而适度放牧可增加草原土壤砂粒占比,降低土壤无机氮含量和植被生物量,提高土壤甲烷氧化菌丰度和CH₄吸收.本结果对制定低排放草原管理体系具有重要意义.     

不同放牧强度下短花针茅荒漠草原植被-土壤系统有机碳组分储量特征

草地生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分,在全球碳循环中发挥着重要作用。以内蒙古短花针茅荒漠草原不同放牧强度样地为研究对象,通过分析地上植物、凋落物、根系、土壤中有机碳和土壤轻组有机碳,研究草原植被-土壤系统有机碳组分储量的变化特征,从碳储量角度为合理利用草原提供指导。研究结果表明:(1)不同放牧强度荒漠草原地上植物碳储量为11.98—44.51 g/m~2,凋落物碳储量10.43—36.12 g/m~2,根系(0—40cm)碳储量502.30—804.31 g/m~2,且对照区(CK)均显著高于中度放牧区(MG)、重度放牧区(HG);(2)0—40cm土壤碳储量为7817.43—9694.16 g/m~2,其中轻度放牧区(LG)碳储量为9694.16 g/m~2,显著高于CK、HG(P0.05);(3)植被—土壤系统的碳储量为8342.14—10494.80 g/m~2,LGMGCKHG,有机碳主要储存于土壤当中,占比约90.54%—93.71%,适度放牧利用有利于发挥草地生态系统的碳汇功能;(4)土壤轻组有机碳储量为484.20—654.62 g/m~2,LG储量最高,表明适度放牧有助于草原土壤营养物质的循环和积累。     

人类活动对锡林郭勒地区主要草原土壤有机碳分布的影响

 内蒙古锡林郭勒地区3类主要草原土壤有机碳含量呈现规律性变化,其顺序为：黑钙土>栗钙土>棕钙土。同时,有机碳沿土壤剖面自上而下逐渐降低,且主要分布在0～15cm处。草甸草原植被下的黑钙土不同层次有机碳含量因农垦分别损失34％～38％,损失主要发生在0～35cm处。分析结果表明,放牧强度在短时期内对典型草原植被下的栗钙土有机碳含量没有显著影响。     

植物功能群去除对内蒙古典型草原羊草群落土壤碳、氮库的影响

2005—2007年,通过野外植物功能群去除试验,研究了内蒙古典型草原羊草群落植物多样性变化对土壤表层碳、氮库的影响.结果表明：典型草原生态系统表层土壤全碳、全氮含量年际变化较小(＜15%),2005年的土壤全碳、全氮含量与2006、2007年无显著差异(P>0.05),但2006年的土壤全碳、全氮含量显著高于2007年(P<0.05);无机氮含量年际变化较大,2006年铵态氮含量比2007年高80%,差异显著(P<0.05),而硝态氮含量年变化不显著(P>0.05).去除植物功能群的数量和土壤硝态氮含量存在显著的线性正相关(P<0.05).说明植物物种多样性降低使土壤硝态氮含量增加,可能导致土壤氮的淋溶损失.     

放牧对短花针茅荒漠草原土壤团聚体组成及稳定性的影响

放牧作为草地的主要利用方式,对草地生态系统的结构和功能具有显著影响。目前长期放牧对草地土壤团聚体组成及其稳定性的影响还知之甚少。本研究依托2004年建立的内蒙古短花针茅荒漠草原长期放牧试验平台,设置围封禁牧(对照)、轻度、中度和重度放牧强度,研究不同放牧强度下土壤团聚体组成和稳定性的变化,并结合相关土壤理化指标探究影响土壤团聚体稳定性的主要因素。结果表明: 放牧显著改变了不同粒径土壤团聚体的组成。与对照相比,大团聚体(0.25～2 mm)含量在轻度放牧下保持不变,而在中度和重度放牧下显著下降;重度放牧显著降低了小团聚体(0.053～0.25 mm)含量,而中度和重度放牧显著增加了微团聚体(<0.053 mm)含量。土壤团聚体稳定性在轻度放牧下维持较高水平,但在中度和重度放牧下显著降低。土壤团聚体稳定性与大团聚体含量呈显著正相关,与微团聚体含量呈显著负相关。土壤pH值、容重、有机碳及其他理化性质共同作用于土壤团聚体组成进而对其稳定性产生影响。综上,对于荒漠草原而言,适度放牧可以维持较高的土壤团聚体稳定性。     

阿拉善主要草地类型土壤有机碳特征及其影响因素

以阿拉善左旗境内贺兰山中段 (西坡 )及其山前地带主要草地类型为研究对象 ,分析了不同草地类型土壤有机碳 (SOC)的分布特征及其与气候因子、植被特征和土壤特性的关系。结果表明 :土壤有机碳含量随海拔高度的降低而逐渐降低 ,其垂直分异规律是 :山地荒漠草原沿土壤剖面依次降低 ,高山草甸、草原化荒漠和沙砾质草原化荒漠 0～ 2 0 cm与 2 0～ 40 cm土层差异不显著 ,但高于 40～ 60 cm土层。 0～ 2 0 cm和 2 0～ 40 cm土层土壤有机碳含量与年降水量、植被盖度、草地生产力、土壤含水量和<0 .0 5mm颗粒含量呈极显著正相关 ,与年均温、土壤 p H值呈极显著负相关 (P<0 .0 0 1)。偏相关分析显示 ,影响 0～ 2 0 cm土层有机碳含量最主要的因素是植被盖度、草地生产力和年降水量 ,而影响 2 0～ 40 cm土层有机碳含量的最主要因素是草地生产力和植被盖度。放牧与围封对荒漠草地土壤有机碳含量有显著影响 ,在重度放牧下 0～ 2 0 cm土壤有机碳含量明显低于轻、中度放牧处理 (P<0 .0 5) ;重度退化草地围封 3 a后土壤有机碳含量比自由放牧草地显著增加。研究区沙砾质草原化荒漠区 0～ 2 0 cm土层土壤有机碳含量在 15a持续过度放牧后下降了 2 5.2 %。     

放牧和刈割对内蒙古典型草原土壤可提取碳和氮的影响

依托内蒙古典型草原的长期野外放牧控制试验,探讨了放牧和刈割对土壤有机碳、全氮、可提取碳和氮、微生物生物量碳和氮的影响.结果表明: 放牧使可提取有机碳降低11.4%～37.1%,而刈割使可提取有机碳升高5.8%.放牧和刈割分别使可提取氮升高10%～340%和10%～240%.放牧强度不高于6.0 sheep·hm^-2的条件下有利于维持甚至增加微生物生物量碳,而重度放牧(7.5和9.0 sheep·hm^-2)则减少微生物生物量碳.刈割处理下微生物生物量碳和氮分别升高31.0%和9.8%.通径分析表明,放牧处理下微生物生物量碳的主要影响因素是有机碳、可提取全氮和全氮,其中直接影响因素是有机碳和可提取全氮;微生物生物量氮的主要影响因素是土壤pH、可提取有机碳、有机碳和可提取全氮,其中直接影响因素是有机碳和可提取全氮.刈割及轻度和中度放牧有利于维持或改善土壤功能,重度放牧将引起土壤退化.     

水热因子对退化草原羊草恢复演替群落土壤呼吸的影响

 对内蒙古锡林郭勒白音锡勒牧场退化恢复羊草（Leymus chinensis）草原生态系统土壤呼吸作用的主要影响因子分析表明,环境因子对土壤呼吸作用的影响程度依次表现为：土壤水分>温度;水分对土壤呼吸作用的影响可分成3段,即<7.5%、7.5%～18.4%和>18.4%。当0～10cm土壤含水量＜7.5%时,土壤温度是土壤呼吸作用的主导控制因子,土壤呼吸作用与5cm土壤温度呈幂函数关系;而当0～10cm土壤含水量＞7.5%时,土壤呼吸作用受土壤水分和土壤温度的共同作用。研究还表明：在植物生长季内,当土壤水分接近羊草草原土壤萎蔫系数6.0%时所测得土壤呼吸作用为植被在干旱胁迫下的土壤呼吸作用,而当土壤水分大于羊草草原土壤萎蔫系数6.0%时,土壤呼吸作用的增加主要是由于植物生长及其引起的根系活动和微生物数量、组成及其活性共同影响的,进而可以解释不同水分条件下土壤及植物根系在土壤呼吸作用中的不同贡献,为建立土壤呼吸作用模型及正确地理解陆地碳收支及其固碳潜力提供依据。     

内蒙古荒漠草原37种植物氮与灰分含量的特征

本文报告了内蒙古荒漠草原地区37种植物氮、硅与灰分含量的组成特征,结果表明,荒漠草原区植物的平均含硅量(1.019%),灰分含量(12.85%)都高于草甸草原与典型草原,而其含氮量(2.16%)都低于草甸草原与典型草原。在内蒙古草原区,植物化学元素组成呈现了地带性分异的特征。     

短花针茅荒漠草原土壤微生物群落组成及结构

为详细了解内蒙古短花针茅荒漠草原生态系统中土壤微生物群落组成与结构。对其土壤中微生物的总DNA提取后,采用高通量测序技术对土壤中细菌的16Sr DNA和真菌的ITS基因进行了序列测定,分析了短花针茅荒漠草原土壤中微生物群落结构特征。结果表明,共获得细菌OTUs13711个,真菌OTUs 5929个。物种分类显示,细菌种类隶属于29门57纲111目191科485属,其中优势类群为Gammaproteobacteria和Thermoleophilia,它们的相对丰度分别为32.68%和26.83%。真菌隶属于4门16纲45目78科105属,优势类群为Ascomycota和Basidiomycota,它们的相对丰度分别为35.76%和25.90%。土壤中细菌群落的多样性和丰富度均高于真菌。     

放牧对内蒙古锡林河流域草地群落植物茎叶生物量资源分配的影响

以内蒙古锡林河流域沿水分梯度分布的灰脉苔草(Carex appendiculata)、贝加尔针茅(Stipa baicalensis)、羊草(Leymus chinensis)、大针茅(Stipa grandis)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和冷蒿(Artemisia frigida) 6个草地群落为对象, 研究了围封禁牧与放牧样地中144个共有植物种的高度、丛幅面积、茎、叶和株(丛)生物量、茎叶比等性状。结果表明: 1)在个体水平上, 放牧样地中植物的生殖枝高度、营养枝高度、丛幅面积、单株(丛)生物量、茎、叶生物量和茎叶比均显著低于围封禁牧样地, 植物在放牧干扰下表现出明显的小型化现象; 2)在群落水平上, 放牧亦显著降低了群落总生物量和茎、叶生物量; 3)过度放牧显著改变了物种的资源分配策略, 使生物量向叶的分配比例增加, 向茎的分配比例减少。资源优先向同化器官分配可能是植物对长期放牧干扰的一种重要适应对策; 4)轻度放牧对物种的资源分配没有显著影响, 单株(丛)生物量和群落茎、叶及总生物量均表现出增加趋势, 这与过度放牧的影响正好相反。过度放牧引起的植物个体小型化改变了生态系统中物种的资源分配策略, 进而对生态系统功能产生重要的影响。     

羊草草原分解者亚系统的特性及作用

在内蒙古羊草（Ｌｅｙｍｕｓｃｈｉｎｅｎｓｉｓ）草原,对其分解者亚系统的特性及作用开展研究,采用网袋法对不同物候期羊草植株和凋落物的分解作用进行了测定。结果如下：１．植株分解的最初２－３ａ中,其残体表面的微生物生物量及转化酶、蛋白酶的活性均呈现返青期植株＞结实期植株＞果后营养期植株＞凋落物。植株分解的速度亦为上述规律。２．羊草植株被分解后,可提高临近土壤的微生物活性。各植株分解均引起土壤的Ｃ／Ｎ值下降,老熟植株分解使土壤的ＨＡ／ＦＡ值升高。３．幼嫩植株分解时,其体内营养元素会较快释放;凋落物分解则导致氮和磷元素的积累,但钾不会。４．通过指数衰减模型估算,羊草凋落物的分解常数为０．１５３ｇ／ｇ·ａ,９５％被分解掉约需１９ａ时间。５．羊草草原凋落物的最大积累量为年输入量的６．５４倍,即１１７５．６ｇ／ｍ￣２。６．分用凋落物的微生物其生物量平均为４．４×１０￣（－３）ｇ／ｇ·ＤＷ,微生物所含能量仅占凋落物贮存能量的０．５％左右。     

入侵植物加拿大一枝黄花对环境的生理适应性研究

 外来杂草已对我国的作物、果园、草坪、自然环境和生物多样性产生了严重危害。因此,对新传入的外来杂草开展生理生态学研究,对于预测它们在我国分布的潜在范围和生境特点有实践意义,了解新外来杂草对逆境条件的生理适应方面的知识,对它们的综合管理也是有益的。加拿大一枝黄花 (Solidago canadensis) 原产于北美,20世纪70年代作为花卉植物引入我国,现在是我国东南地区的一种常见外来杂草。本项工作测定了不同酸碱度、不同NaCl含量、不同质地的土壤、不同温度处理对加拿大一枝黄花植物体内游离脯氨酸、丙二醛、可溶性糖含量、过氧化物酶活性和过氧化物酶同工酶谱等生理指标的影响。结果表明：1）加拿大一枝黄花适生于偏酸、低NaCl浓度的土壤中;2）砂壤土、壤土比粘土更适于加拿大一枝黄花的生长;3）38 ℃的高温比5 ℃的低温对加拿大一枝黄花具有更大的损伤作用;4）加拿大一枝黄花地下根具有很强的无性繁殖能力。     

内蒙古典型草原羊草群落氮素去向的示踪研究

 在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站的羊草样地,采用15N同位素示踪技术研究了羊草（Leymus chinensis）群落标记氮素的去向。结果表明：在我国典型草原羊草群落,植物对标记氮素的回收率为31.61%,氮素添加显著影响植物对标记氮素的回收,随着氮素添加量的增加,地上和地下植物器官对标记氮素的回收量均显著提高。标记氮素被凋落物的回收率为2.92%,地下凋落物的回收率显著高于地上凋落物。标记氮素的土壤存留率为36.16%,主要分布在地表0～40 cm的土层范围内;各土层存留的标记氮素量均随着氮素添加量的增加而显著提高。标记氮素的当季损失率为21.77%～43.38%。风险/收益比分析表明,在该试验条件下,添加5.25 g N•m-2与28 g N•m-2的处理风险大于收益,添加17.5 g N•m-2的处理风险最低,收益最高,在草原生态系统的管理中可供参考。     

气候变化和放牧活动对糙隐子草种群的影响

 糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)是一种多年生丛生小禾草,属C4植物,在研究气候变化和放牧活动对草原C4植物的影响方面是一种很好的指示植物。本文探讨了在气候变化及放牧干扰条件下糙隐子草种群地上生物量、种群特征和资源利用方式等方面的变化,分析了C4植物对气候变化的响应和在放牧干扰下的生态对策。结果表明：在气候温暖化的情况下,糙隐子草种群生物量及其在群落中的比例都有所上升,放牧大大加快了这一过程。通过逐步回归分析得出糙隐子草种群最大地上生物量与生长季（4～8月）总降雨量(r)和平均温度(t)的关系为：y=-12.451 1+0.018 7r+0.060 1t2 (p=0.003)。总体上,放牧明显降低了其种群高度和每丛生物量,但显著提高了其密度、盖度和地上生物量;密度的变化受气候和放牧互作的影响。如果以植物光合所固定的100 g的碳（C）所需要的其它大量营养元素来衡量植物的养分利用效率,则可以发现,与其它主要植物如羊草（Leymus chinensis）相比,糙隐子草对氮(N)和硫（S）的需求量最少,利用3.17 g的N和0.31 g的S就能生产100 g的C,而羊草则需要4.24 g的N和0.41 g的S才能生产100 g的C。 说明在放牧使土壤比较贫瘠的条件下,糙隐子草的养分利用效率较高,这可能是其在土壤比较贫瘠的退化植物群落竞争中处于优势地位的又一重要原因。     

内蒙古荒漠草原37种植物氮与灰分含量的特征

本文报告了内蒙古荒漠草原地区37种植物氮、硅与灰分含量的组成特征。结果表明,荒漠草原区植物的平均含硅量(1.019%),灰分含量(12.85%)都高于草甸草原与典型草原,而其含氮量(2.16%)都低于草甸草原与典型草原。在内蒙古草原区,植物化学元素组成呈现了地带性分异的特征。