Effects of long-term nitrogen addition and precipitation changes on CH4 flux in an alpine steppe北大核心CSCD

土壤是甲烷(CH4)重要的源和汇.氮沉降和降水格局变化正在急剧改变土壤碳循环,进而可能对土壤CH4通量造成深刻影响.高寒生态系统是巨大的碳库,对氮沉降和降水变化十分敏感.然而,目前多数研究集中在短期实验上,缺乏对长期氮沉降和降水变化背景下CH4通量的响应及其调控因素的认识.以青藏高原高寒草原为研究对象,在2013年搭建模拟氮沉降和降水格局改变实验平台.基于静态箱–气相色谱法测定2020年生长季(5-10月)土壤CH4通量.结果显示,高寒草原土壤呈CH4的汇.氮添加没有显著改变生长季和植物生长高峰CH4通量.然而,降水变化显著改变了生长季和植物生长高峰CH4通量,其中降水增加(+50%降水)降低了CH4的吸收(分别为–16%和–45%),降水减少(–50%降水)增强了CH4的吸收(分别为+73%和+33%).进一步研究发现,与植物属性和功能基因丰度相比,土壤环境因子主导了CH4通量变化(解释率>90%).其中CH4通量与土壤含水量和温度显著正相关,与土壤pH显著负相关.综上所述,在未来全球变化情景下,降水格局改变更能调节青藏高原高寒草原CH4通量的变化.(图6表1参37)     

Quantity and activity of ammonia-oxidizing archaea and bacteria and their contribution to ammonia oxidation in farmland soil of Qinghai-Tibet Plateau北大核心CSCD

Ammonia oxidation, the first and rate-limiting step of nitrification, is mainly performed by ammonia-oxidizing archaea (AOA) and ammonia-oxidizing bacteria (AOB). However, the activities of AOA and AOB in soil and their relative contribution to ammonia oxidation are unclear, and whether there is a significant correlation between the quantity of AOA and AOB and the ammonia oxidation rate is also controversial. In this study, quantitative PCR combined with acetylene (C2H2) and 1-octyne inhibition methods were used to determine the quantity and activity of AOA and AOB in wheat, highland barley, and oilseed rape soils in Nyingchi, Lhatse, Sangzhuzi, and Sangri counties on the Qinghai-Tibet Plateau. The results showed that the quantity of AOB ((2.34 ± 0.84) ×105 - (2.65 ± 1.07) ×106 copies g-1 dry soil) was significantly higher than that of AOA ((0.20 ± 0.10) ×104 - (4.02 ± 0.39) ×104 copies g-1 dry soil) in all the soil samples. Soil pH was the key factor affecting the quantity of AOB, and the total phosphorus and ammonium nitrogen in soil were the key factors affecting the quantity of AOA. The rates of ammonia oxidation in the farmland soils of Lhatse (2.42 ± 0.73 mg kg-1 d-1) and Sangzhuzi (3.24 ± 1.15 mg kg-1 d-1) were significantly higher than those in the soils of Nyingchi (1.17 ± 0.43 mg kg-1 d-1) and Sangri counties (0.88 ± 0.57 mg kg-1 d-1). The rates of ammonia oxidation in the farmland soils of Lhatse and Sangzhuzi were dominated by AOB, while those in the farmland soils of Nyingchi and Sangri counties were dominated by AOA. For crops, the ammonia oxidation rates of wheat and oilseed rape soils in all four regions were significantly higher than those of highland barley soil, whereas the activity of AOA and AOB was not influenced by crops. The ratio of nitrogen to phosphorus was the key factor influencing AOA activity, whereas soil pH and total carbon were the main factors influencing AOB activity. Additionally, the quantities of AOA and AOB were not significantly correlated with the total ammonia oxidation rates and AOA and AOB activity. Overall, our study suggests that both AOA and AOB play important roles in ammonia oxidation in farmland soils of the Qinghai-Tibet Plateau. Moreover, it is unreliable to predict the activity of AOA and AOB and their relative contribution to ammonia oxidation directly based on their number of amoA genes, and the activity of AOA and AOB should be directly and accurately measured. These results are important for understanding ammonia nitrogen removal processes, slowing nitrate loss, and reducing the emission of the greenhouse gas nitrous oxide in the farmland ecosystem of the Qinghai-Tibet Plateau. © 2022 Science Press. All rights reserved.     

青藏高原东端甘肃舟曲牙豁口滑坡复活机理研究

为深入研究青藏高原古滑坡复活机理,以甘肃舟曲县东山镇牙豁口滑坡为对象,通过对INSAR监测数据和现场地表监测数据的深入分析,探讨了舟曲县东山镇牙豁口滑坡的滑动变形阶段,并揭示其复活驱动机理。鉴于牙豁口滑坡最先启动块体高陡的后壁和侧壁失稳下滑形态可知,降雨可能只是一个诱发因子,真正触发牙豁口滑坡复活的根本原因是滑坡后缘岩土体的崩落和坪定-化马断裂带错动的影响。根据现场调查显示,目前牙豁口滑坡HI1后壁的稳定性依然较差,存在多个潜在变形区,一旦这些潜在变形体发生崩塌破坏,必然造成牙豁口滑坡的再次复活,并形成堰塞湖。通过对牙豁口滑坡复活的现场勘查与触发因子分析,为今后该区滑坡灾害的防治减灾提供必要的借鉴和依据,也对古滑坡复活机理研究提供了新的参考。     

坡面尺度上地貌对α生物多样性的影响

为了解地貌在坡面尺度上对α生物多样性的影响,采用主观采样法在陕北吴起县合家沟流域不同地貌部位进行了样地调查.利用SPSS16.0统计软件先后对各地貌部位物种组成及各物种的重要值、地形因子要素间、地形因子和群落α多样性之间分别做了聚类分析、相关分析和多元回归分析.结果表明:(1)地貌部位相似的群落聚类在一起,说明地形因子是影响物种组成、群落结构、生态系统等的重要因素.(2)海拔和坡位,坡向和坡度,地形指数和海拔、坡位、坡形之间的Pearson 相关系数均大于0.8,双尾显著性检验概率小于0.05.(3)影响α生物多样性指标香农-维纳指数的地形因子按重要性从大到小依次是:坡位、坡向、海拔、坡形、坡度、地形指数,进一步分析得出在黄土高原丘陵沟壑区,沟沿线、光照、土壤水分和养分在影响α生物多样性指标上依次递减.(4)通过多元线形回归检验,得出坡位、坡向、坡形、海拔这四个地形因子与群落α生物多样性关系密切,建立的回归模型显著性检验可信度大,与样本数据的拟合度高.各地形因子数据归一处理后的回归方程为:香农-维纳指数=2.417-0.581×坡形-1.333×坡位+1.449×海拔+0.631×坡向.地形地貌特征在黄土丘陵区表现明显,研究它对生物多样性的影响可为该区植被恢复提供参考,但由于调查样地尺度较小,在应用推广上尚待进一步研究.     

植被类型对黄土丘陵区流域土壤有机碳氮的影响

恢复植被是遏止水土流失和提高土壤有机碳氮(SOC,TSN)积累的重要措施。以黄土丘陵沟壑区燕沟流域为基础,分析了主要植被类型的SOC,TSN变化及其分布特征。结果表明,自然恢复的辽东栎群落SOC含量为29.5g/kg,其次为黄刺玫,狼牙刺群落11.6～21.3g/kg,铁杆蒿(+长芒草)群落为8.4～10.6g/kg。人工建造的刺槐林5.53～11.9g/kg,小叶杨12.8～18.4g/kg,沙棘群落为8.7g/kg,仁用杏为4.7g/kg,苹果园SOC含量3.4～3.9g/kg,退耕苜蓿为4.2g/kg,耕地3.3～4.8g/kg。自然恢复的灌丛群落和人工乔木群落可有效地改变坡面SOC含量与分布。土壤有机碳氮具有显著线性关系,而C/N比例和作用区间随着农田到林地的演变而变大。     

黄土丘陵沟壑区苜蓿地土壤水分环境效应

根据田间试验资料,分析研究了黄土丘陵沟壑区苜蓿地土壤水分的周年变化规律,并以休闲地和几种一年生作物地作为对照进行对比研究,得出以下主要结论:①雨季降水对苜蓿地土壤水分的补给起着重要的作用,其土壤贮水量动态与年内的降雨周期相吻合,但总体上朝着土壤不断干化的方向发展;②经过一个雨季,苜蓿地的土壤贮水量与平均含水量分别呈不同程度的下降,而休闲地与4月份持平;③相同的降水对不同作物地的补给效果不同,以3m土层计算,苜蓿地的农田蒸散量与谷子、玉米相当,比豆子地高,但要低于高粱地;④长期种植苜蓿引起的深层土壤干化问题必须引起足够的重视,干化土地的水分恢复不是一朝一夕的事情。     

黄土高原土壤景观格局特征分析

在地理信息系统支持下,选择多种景观格局指数,从斑块面积、斑块数、斑块周长和多样性的角度对黄土高原地区土壤景观进行了格局特征分析。结果表明,黄土高原地区土壤景观斑块数、面积和周长分布均极不均衡,土壤景观多样性指数较低,反映出黄土高原地区土壤景观破碎化程度较高。     

黄土丘陵沟壑区狼牙刺灌木林地的土壤水分动态

在陕北黄土区安塞县纸坊沟小流域,选择不同林龄的狼牙刺地块,对其土壤水分作了动态观测,并以柠条地和撂荒地为对照。分析研究得出如下结论:①在土层足够深的地块上,天然灌木狼牙刺年蒸散量约为590mm,单株平均耗水量约85mm。强烈耗水期是5月中旬至7月底,8月底土壤水分达到最低值,9月份以后开始恢复;②狼牙刺地土壤水分活跃层在0-2.5m之间,土壤水分的消耗强度随深度的增加而下降;③狼牙刺地干层超过10m,比同龄的柠条土壤干层(8m)深,在两个生长季中,干层没有进一步发展。     

黄土高原植被重建对小流域水循环的影响

在黄土高原,植被重建是减少水土流失改善区域生态环境的有效措施,因而植被重建对水分循环的影响成为黄土高原地区生态环境问题研究的核心。论文利用流域对比分析法,以位于甘肃省西峰市南小河沟流域的一条森林小流域和一条荒坡草地小流域为对象,通过对1956～2000年水文要素的监测和分析,得出:44年内森林植被累积减少地表径流37％;前15-20年内植被减流作用随树龄的增长而增加,后24～30年植被的减流作用几乎保持不变;月径流量的减少主要集中在6-9月份;森林小流域相对于对比小流域,44年内土壤含水量累积减少约222mm,平均每年减少5mm;而蒸散量相对荒坡草地流域累积增加了620mm,平均每年多蒸散14mm。     

青藏高原东部针叶林下8种藓类植物的持水和保水能力比较研究

青藏高原东部针叶林下8种藓类植物5个生境的自然含水率以及2种室内环境下持水变化的实验表明,供试藓类植物在原始林下的自然含水率最高,5种生境中金发藓自然含水率最低,提灯藓自然含水率最高;藓类持水能力与保水能力呈负相关关系;持水能力随时间变化逐渐降低,在相同的环境条件下失水过程和失水速率变化趋势相似,但种间差异明显,与藓类本身对水分的适应能力、环境条件变化,以及藓类失水过程中生理生态适应与环境变化的协同进化机制相关;经过失水-饱和-再失水过程的藓类持水能力均明显降低,可能与第一次失水过程中植物细胞受到伤害后未能恢复有关。塔藓、山羽藓和金发藓的持水与保水特征暗示,它们可能是森林采伐破坏后迹地地表微环境变化的潜在指示者。