氮磷添加对盐渍化草地土壤微生物特征的影响

盐渍化草地土壤养分含量低,自然条件差,尤其是大量元素氮和磷的含量低于天然非盐渍化草地.盐渍化草地中的土壤微生物由于长期受盐或碱的胁迫,群落组成与结构也区别于非盐渍化天然草地.盐渍化草地土壤微生物受养分限制叠加盐碱胁迫如何响应氮、磷添加的机制尚不清楚.本研究在山西省右玉县境内的盐渍化草地进行,2017年建立了氮磷添加实验平台,包括对照、氮添加、磷添加及氮和磷同时添加的4个处理,于实验处理的第3年(2020年)测定生长季5～9月氨氧化微生物(氨氧化细菌:AOB和氨氧化古菌:AOA)、土壤真菌(fungi,F)和细菌(bacteria,B)的组成以及土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN),结合土壤盐基阳离子及pH值的变化,探讨盐渍化草地土壤微生物特征对氮、磷添加的响应及其机制.结果表明:①2020年5～9月,采样时间显著影响土壤AOA和AOB的丰度、细菌真菌组成及微生物生物量;土壤微生物的季节动态是由土壤含水量,生长季降水分配及植物因素共同调控的.②与对照组相比,AOA/AOB的比值在氮添加处理下显著降低51％;磷添加对土壤微生物特征(氨氧化微生物、细菌真菌组成和微生物生物量)无显著影响;在氮和磷同时添加处理下,AOB的丰度显著提高了 64.1％,AOA的丰度无显著改变,但AOA/AOB显著降低59.6％.③单独氮或磷添加对土壤pH值无显著影响,但氮和磷同时添加显著降低了土壤pH值;尽管氮、磷添加对土壤盐基阳离子无显著影响,结构方程模型结果显示,土壤盐基阳离子对土壤微生物(细菌和真菌组成)具有直接的调控作用.④土壤含水量对土壤微生物的变异具有较高的解释度.因此,本研究表明AOB对养分添加的响应比较敏感,短期氮和磷添加提高AOB的数量,促进氮的周转.     

草原生态补奖政策对农牧民牲畜养殖规模的影响——基于生计分化的调节效应分析

实现对牲畜养殖规模的有效管控是草原生态补奖政策成败的关键。在农牧民生计分化日益加深的背景下,探讨草原生态补奖政策与生计分化对农牧民牲畜养殖规模的影响,对于完善草原生态补奖政策,实现草原生态保护与农牧民生计转换的有机结合具有重要的现实意义。本文阐释了草原生态补奖政策影响农牧民牲畜养殖规模的机理,并引入生计分化变量,基于实地调研获取的317份农牧交错区农牧民微观数据,运用最小二乘回归和分位数回归实证分析了草原生态补奖政策对农牧民牲畜养殖规模的影响以及生计分化在草原生态补奖政策影响农牧民牲畜养殖规模中的调节效应。研究结果表明:①补奖金额与牲畜养殖规模之间存在稳健的“倒U型”关系,表明补奖政策在短期内对牲畜数量的增加具有积极的促进作用,但随着补奖金额的增加,促进作用将逐渐减弱,最终趋于抑制。②根据非农牧收入占比和生计对牧业生产依赖程度的差异可将农牧民分为牧业为主型、农业为主型、均衡型、高兼型和深兼型五种类型农牧民。③农牧民生计分化对牲畜养殖规模的扩大具有抑制作用,且在草原生态补奖政策与牲畜养殖规模二者关系中具有调节作用。即在“倒U型”曲线的左侧,生计分化能够弱化草原生态补奖政策对牲畜养殖规模扩大的促进作用;在“倒U型”曲线的右侧,生计分化能够促使补奖金额对牲畜养殖规模的负向影响趋于放缓,有助于避免因补奖金额的增加引致牲畜养殖数量的锐减。根据以上结论,建议政府应进一步提高补奖标准以增强补奖弥补损失的有效性,重视发挥农牧民生计分化在牲畜养殖规模调控中的作用。     

高原牧区草地变化对牧民粮食安全的影响——以青海省达日县为例

农业区和牧业区的粮食安全在概念上存在着一定的差别,在关注农业区粮食安全的同时,牧业区粮食安全的研究也值得重视。论文从青海省达日县牧区牧民食物能量折算入手,构建了最小人均草地面积和草地压力指数两个计算方法,并以乡为基本单元,对各乡粮食安全进行定量计算。计算结果表明:达日县1987-2007年最小人均草地面积和草地压力指数呈增加趋势,1997年粮食安全区、警戒区、短缺区、危机区4个等级均有分布,至2007年该区域已全部演变为粮食短缺区和危机区,主要原因是草地退化严重,人口数量增加,人均草地面积减少以及技术和物质投入不足,牧业生产条件恶化。     

围封对内蒙古中东部草原植物群落和土壤线虫群落的影响

2007年8月在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站的退化样地（对照）、围封5 a样地和围封24 a样地,调查地上部植物群落、土壤性质和地下部土壤线虫群落。结果表明,围封处理能显著提高土壤水分质量分数,土壤深度和围封处理对土壤pH的交互作用显著。随着围封年限的增加,地上植物的多度、生物量和单株生物量都显著增加,而3个样地的多样性和均匀度均为围封24 a样地〉退化样地〉围封5 a年样地;随着围封年限的增加,大针茅（Stipa grandis）、苔草（Carex duriuscula）、羊草（Leymus chinensis）、锦鸡儿（Cleistogenes squarrosa）、双齿葱（Allium bidentatum）的生物量都呈现递增的趋势;围封5 a样地上冰草（Agropyron cristatum）和野韭（Allium ramosum）的生物量最大,围封24 a样地上苔草、羊草、双齿葱的生物量最大。调查样地线虫的密度平均为9.79 g-1（以干土计）,分别隶属于线虫动物门的90个属。植物寄生类线虫和食细菌类线虫分别占到总数的35%和40%,优势类群是丽突属（Acrobeles）和矮化属（Tylenchorhynchus）,二者共占总捕获个体数量的31.4%。围封24 a样地的结构指数显著高于退化样地,其它指标差异不显著。由此可知,围封有助于改善土壤理化性质;从围封角度来看,植物群落比线虫群落的反应明显得多,二者并未出现同步反应。     

放牧,草原生态系统存在的基本方式——兼论放牧的转型

放牧是国内外普遍运用的土地管理的基本手段,至今全球陆地大约半数以上处于放牧管理之下。但受传统农耕文化的影响,我国当前对放牧管理系统存在很多误解,尤其是把草原的生态恶化、牧区贫困、文化落后都归罪于草原放牧,导致禁牧盛行。从放牧的基本内涵看,当前我国草原所面临的问题,不在放牧本身,而是对放牧认识的不足和放牧管理的缺陷,割裂了人居-草地-畜群之间的联系。从历史角度看,放牧做出了巨大贡献。而随着社会和科技的进步,放牧历经原始游牧期、放牧转型期与放牧现代化时期三阶段。西方发达国家在20世纪30年代就实现了放牧的现代化转型。畜牧业现代化的核心是以人居-草地-畜群放牧系统单元为内核的划区轮牧。划区轮牧是一种开放的农业技术体系,具有多种方式,适应于不同的农业系统,可兼顾生态与生产的需求,是草地放牧管理的重大进步。为了实现草原生态系统的生态和经济双重效应,我国畜牧业应该尽快实现草原管理和放牧的现代化转型。这是我国草地畜牧业现代化的必经之路,也是现代农业的必要内涵。     

内蒙古草地生长季植被变化对气候因子的响应

基于MODIS NDVI数据,研究分析了2000-2010年内蒙古典型草原、草甸草原和荒漠草原生长季NDVI时空变化趋势,探讨不同类型草地生长季NDVI对温度、降水的响应。结果表明,内蒙古草地生长季NDVI整体年增长速率为0.735%,典型草原最为明显,年增长率达到1.063%;但是仍有31.807%的草地NDVI呈现下降趋势,其中典型草原、草甸草原和荒漠草原分别有8.664×10⁴、6.814×10⁴、2.841×10⁴ km²。除东北部草甸草原外,大部分草地生长季NDVI与降水量的相关性高于温度;草地生长季NDVI与温度和降水的相关系数均呈现出草甸草原>典型草原>荒漠草原的变化规律。内蒙古草地植被变化对温度和降水的响应具有滞后作用,且具有明显的经度地带性和纬度地带性特征,其滞后时间随着经度和纬度的增加逐渐减少。     

Modelling global-scale potential grassland changes in spatio-temporal patterns to global climate change

Grassland is one of the most widespread vegetation types worldwide and plays a significant role in global carbon cycling. Understanding the sensitivity of grassland to climate change and the effect of climate changes on the grassland ecosystems is a key issue in global carbon cycling. One of the goals of this study was to evaluate the three net primary productivity (NPP)–climate models, i.e. the Miami model, the Schuur model and the classification indices-based model. Results indicated that the classification indices-based model was the most effective model at estimating large-scale grassland NPP. In this research, changes in the spatial pattern of global potential grassland from recent past (1950–2000) to future (2001–2050) A2a scenario were analysed with the integrated orderly classification system of grassland (IOCSG) approach in a Geographic Information System (GIS) environment. NPP was evaluated with the classification indices-based model. Results indicate that under recent past climatic conditions, the main parts of global grassland are the savanna and tundra and alpine grassland and will be converted into the savanna, steppe and semi-desert grassland in A2a scenario. As a whole, areas of grassland will increase by 31.76 million hectares. The classification indices-based model estimated a 12.40% increase of total NPP in grassland from recent past to A2a scenario. It will impose a new issue for future grassland researches to support sustainable development and to provide action relevant knowledge to meet the challenge of climate change.     

南方草地NPP的水热估算模型及其应用

草地NPP对气候变化的响应是全球变化研究的重要内容之一。为了明确草地NPP与水热的关系及实现南方草地NPP的大面积估算,本文以气候数据为基础,以南方草山草坡为研究对象,结合野外实测数据,分析南方草地NPP与月平均温度及平均降水量之间的关系,结果表明:南方草地NPP与月平均温度之间呈对数相关,相关系数r=0.462 9**(n=66);与月平均降水量之间呈线性正相关,相关系数r=0.783 6**(n=66),结果均达到了极显著水平(P<0.01)。在此基础上构建以温度和降水为自变量的南方草地NPP估算模型:NPP=Ln(T/16.7+2.5)×Sqrt(W/84.5+0.5)×(T+W),其中T为全年月平均温度(℃),W为全年月平均降水量(mm)。通过不同年份的实测数据对模型进行验证,草地NPP的模拟值和实测值之间有很好的相关性,R2为0.787,也达到极显著水平,RMSE和RRMSE均较小,分别为60.272和0.387,表明模型的模拟结果比较可靠。利用上述模型对2011年的南方草地NPP进行估算,模拟结果呈现一定的地带性,总体分布由西北向东南逐渐增加,其中四川西北部及其与云南交界等地区草地NPP值较小,基本在200 g·m-2以下,而海南、广西、江西以及广东等地草地NPP值较高,相当一部分地区达到700 g·m-2以上。通过分析可知,整个南方草地NPP平均值约为321.8 g·m-2左右,和实测结果比较接近。结果为南方草山草坡NPP估算提供了新的方法。     

Species, functional groups, and thresholds in ecological resilience

The cross-scale resilience model states that ecological resilience is generated in part from the distribution of functions within and across scales in a system. Resilience is a measure of a system's ability to remain organized around a particular set of mutually reinforcing processes and structures, known as a regime. We define scale as the geographic extent over which a process operates and the frequency with which a process occurs. Species can be categorized into functional groups that are a link between ecosystem processes and structures and ecological resilience. We applied the cross-scale resilience model to avian species in a grassland ecosystem. A species' morphology is shaped in part by its interaction with ecological structure and pattern, so animal body mass reflects the spatial and temporal distribution of resources. We used the log-transformed rank-ordered body masses of breeding birds associated with grasslands to identify aggregations and discontinuities in the distribution of those body masses. We assessed cross-scale resilience on the basis of 3 metrics: overall number of functional groups, number of functional groups within an aggregation, and the redundancy of functional groups across aggregations. We assessed how the loss of threatened species would affect cross-scale resilience by removing threatened species from the data set and recalculating values of the 3 metrics. We also determined whether more function was retained than expected after the loss of threatened species by comparing observed loss with simulated random loss in a Monte Carlo process. The observed distribution of function compared with the random simulated loss of function indicated that more functionality in the observed data set was retained than expected. On the basis of our results, we believe an ecosystem with a full complement of species can sustain considerable species losses without affecting the distribution of functions within and across aggregations, although ecological resilience is reduced. We propose that the mechanisms responsible for shaping discontinuous distributions of body mass and the nonrandom distribution of functions may also shape species losses such that local extinctions will be nonrandom with respect to the retention and distribution of functions and that the distribution of function within and across aggregations will be conserved despite extinctions.     

冻融对长白山森林土壤碳氮矿化的影响

长白山地区秋末春初常常存在冻融过程,冻融过程影响土壤水分分布而改变土壤理化性质。通过室内模拟实验,研究了冻融过程（-20~15℃）对长白山阔叶红松（Pinus koraiensis）林和白桦（Betula platyphylla）林土壤有机碳和氮矿化过程的影响。结果表明,经过3次冻融循环,冻融处理土壤矿化速率显著高于对照处理,但经过多次冻融循环过程,冻融处理抑制土壤有机碳矿化过程,对照处理土壤有机碳矿化速率高于冻融处理（P=0.019）。在培养结束后,冻融处理的阔叶红松林和白桦林土壤无机氮质量分数,分别是对照处理的1.88倍和1.96倍;冻融次数也是影响土壤有机氮矿化的一个重要因素,35次冻融循环后,阔叶红松林和白桦林土壤中无机氮分别提高了2.10倍和2.81倍。冻融循环促进了土壤有机氮的矿化,有利于土壤中有效氮的累积,为春季植物生长提供足够的氮素,但也潜在增加了土壤中无机氮流失的风险。