温度和氮素输入对青藏高原三种高寒草地土壤碳矿化的影响

选取了海北高寒草甸、那曲高寒草原和当雄高寒湿地3种典型高寒草地生态系统类型为研究对象,采集了表层0~10 cm土壤,在实验室内进行可控温度下的碳矿化培养实验。结果表明,青藏高原土壤碳矿化在不同高寒草地类型间存在显著差异（P≤0.05）。在较低的温度下,高寒湿地土壤的碳矿化速率显著低于高寒草甸土壤,而温度在15℃左右时,高寒湿地土的碳矿化速率略高于高寒草甸土壤,当温度处于较高的水平时（〉20℃）,高寒湿地土壤碳矿化速率远高于高寒草甸土壤,高寒湿地土壤碳矿化的Q10显著大于高寒草甸。无论是低温还是较高的温度,高寒草原土壤碳矿化速率最低,数值范围也最窄。高寒草甸和高寒湿地土壤碳矿化均受温度的显著影响（P≤0.05）,其速率均跟温度呈现一级指数函数方程关系,而高寒草原土壤碳矿化速率与温度间未呈现明显的函数关系,但不同温度间的土壤碳矿化速率存在显著差异。氮素输入对高寒草甸和高寒湿地土壤碳矿化的影响不明显,但显著促进了高寒草原土壤碳矿化作用。     

模拟放牧改变了氮添加作用下高寒草甸生物量的分配模式

高寒草甸是氮素匮乏的生态系统,氮添加和放牧都会显著改变土壤养分的有效性及高寒植物对养分的利用方式,从而影响群落生产力。为了认识氮沉降和放牧干扰对青藏高原高寒草甸的影响,在西藏当雄县高山嵩草草甸开展了氮添加及模拟放牧实验。在模拟放牧样地(G+N)和不放牧样地(NG+N)分别设置4个氮添加处理:0、 10、 20和40 kg N·hm^-2·a^-1,在生长季采用原位封顶埋管法测定净氮矿化速率,同时分析群落生物量分配与植物氮利用的相互关系。研究表明:氮添加与模拟放牧对植物的分配模式有不同的影响。在无放牧压力下,氮添加主要刺激植物地上部分的生长;在放牧压力下,氮添加更倾向于促进植物地下部分的生长。虽然剪草移走了15%~20%的地上生物量,但由于氮添加促进了植物的补偿生长,模拟放牧与不放牧处理的总生物量无显著差异,甚至前者高于后者。高寒草甸植物生物量分配对氮添加和模拟放牧的响应也体现在土壤供氮潜力的作用模式上,土壤净氮矿化速率在NG+N样地与植物地上生物量呈显著负相关,而在G+N样地与植物地下生物量呈显著负相关。这表明高寒草甸植物可以通过改变自身光合产物的分配模式来响应土壤养分状况和放牧干扰,在有效养分匮乏的高寒草甸添加氮素能够促进植物的补偿性生长。     

东北北部温带森林和干草地土壤养分分布及影响因素

土壤是陆地生态系统碳储存的重要场所,其养分变化与全球陆地碳循环密切相关。土壤养分是植物生长的重要保证,而土壤各养分之间是紧密联系的。理解土壤养分变化与环境因素的关系有助于更好地了解陆地生态系统碳、氮、磷循环。本研究以东北北部自东向西沿降水量梯度变化纬度带上的温带森林与干草地生态系统为研究对象,利用气象数据和野外土壤实测数据,分析了纬度带上不同植被类型土壤的有机碳、全氮、碳氮比、速效磷的空间分布格局及其与环境因子（年降水量、年均温、土壤pH值）的关系。研究纬度带上降水量自东向西逐渐减少,植被类型从温带森林过渡到干草原,与降水量和植被类型对应,植被生物量也自东向西呈现从高到低的分布梯度。研究结果表明：从整个研究带上来说,降水量与土壤pH值是土壤养分空间分布的决定因素,沿纬度带从东到西,随着降水量逐渐减少,土壤pH值逐渐增加,而土壤有机碳、全氮、碳氮比、速效磷含量逐渐减少。但如果将森林和草地分别讨论则发现,森林和草地生态系统的土壤养分环境控制因素有较大差别。对于草地生态系统而言,降水量和土壤pH值仍然是其土壤养分含量的控制因子,但森林生态系统由于所处区域降水量充足,降水量不再是其土壤养分的控制因子,降水量只与森林土壤碳氮比呈显著正相关。研究还发现森林土壤的速效磷含量与温度呈正相关,与土壤pH值呈负相关,说明温度对东北北部温带森林的土壤养分含量具有一定的控制作用。     

草地生态系统生物和功能多样性及其优化管理

草地生态系统作为陆地生态系统的主要类型之一,能够为人类提供丰富多样的生产和服务功能,在维持和保护生物多样性、提供生产力、土壤碳库、养分循环、防风固沙、保持水土、涵养水源、调节气候等方面发挥着重要功能。然而,随着城市化和工业化进程的加快,人类对自然界进行了高强度掠夺式开发利用,为谋求经济发展而不惜以牺牲环境与自然资源为代价,致使社会经济的发展同资源与环境保护之间的矛盾日益突出,如越来越多的生物面临灭绝、生态系统服务功能下降、全球气候变化等,而这些问题反过来又影响了社会经济的可持续发展。在人类活动附加于自然草地生态系统后,草地的利用与经营管理方式以依赖实践和经验为主导,而关于草地生态系统结构和功能的理论研究一直处于探索积累阶段而不能很好地指导实践,致使草地利用与发展经历了缺乏科学指导和合理调控的盲目发展模式。随着数学方法和信息技术等在生态学中的广泛应用,对生态系统结构、组分之间机理联系的深入认识,生态学家正试图利用信息科学、系统科学和网络分析技术,准确模拟生物多样性、多元生态功能网络,分析多功能之间的权衡关系,优化生态系统服务,实现对草地发展趋势的科学预警,加强草地良性发展的人为调控,以最终实现生物多样性保护、优化生态功能和可持续发展的科学管理系统。文章综述了生物多样性和草地生态系统功能与管理的重要研究进展,提出了促进草地生态系统可持续发展的建议与研究展望。