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认为扰动对高寒草地土壤有机碳及微生物学特征的影响; The Influence of Artificial Disturbance on the Soil Organic Carbon and Microbiological Properties in Alpine Meadow
Feng RZ(冯瑞章)
2009-05-24
摘要黄河源区高寒草地退化与恢复是当今草地生态学研究的热点之一。目前,对于高寒草地退化生态系统的研究,主要集中在人为干扰下草地群落结构稳定性、物种多样性及土壤理化特征方面,同时,对草地退化后鼠类活动,鼠丘、洞的分布和杂类草蔓延也有一些研究,但对人为扰动后(包括退化和人工恢复)土壤不同组分的有机碳和微生物学特征缺乏系统研究。因此,本文以青藏高原黄河源区高寒草地退化和人工恢复过程中的土壤作为研究对象,采用野外调查、室内培养和相关数学分析相结合的方法,分别对未退化(UD)、轻度(LD)、中度(MD)、重度(HD)退化草地及3龄 (3-year)和7龄 (7-year) 垂穗披碱草(E. nutans) 人工建植草地不同深度土壤有机碳特征(包括总有机碳、密度分组有机碳、颗粒分组有机碳和易氧化态有机碳)、土壤养分特征(包括全氮、全磷、土壤不同颗粒组分氮、磷)及不同草地5月、7月、8月、10 月四个月份土壤微生物学特征(包括微生物生物量、微生物数量及土壤酶活性)进行研究。探讨了高寒草地退化过程中土壤质量演变的有机碳、养分和微生物机制及人工恢复中土壤—植物系统中的土壤质量恢复机制,为我国青藏高原植被恢复和重建提供土壤学方面的科学依据。主要结果如下: 1. 高寒草地退化后,草地植被盖度、物种丰富度、多样性指数、均匀度指数降低,优良牧草比例减少,毒杂草的优势度逐步增加,地下生物量急剧降低,草地利用价值丧失;在严重退化的“黑土滩”草地上建植单播垂穗披碱草(E. nutans)人工草地后,通过人为调控管理措施,多年利用后其群落组成仍然以E. nutans为优势种,同时一些优良乡土草种大量侵入。 2. 退化后的高寒草地,0-30cm土层的土壤容重和pH值增加,土壤含水量、>0.25mm水稳性团聚体百分数和团聚体平均几何直径显著降低;而人工建植E. nutans于严重退化草地上以后,以上指标呈现相反的变化趋势,土壤物理结构有一定程度的改善。 3. 草地退化导致土壤总有机碳(TOC)含量急剧降低,与未退化草地相比,轻度退化草地各土层TOC含量降低14-36%,中度和重度退化草地TOC含量分别降低38-67%和30-77%。土壤轻组(LFOC)、重组(HFOC)和易氧化态有机碳(EOC)含量及轻组有机碳占总有机碳百分比亦随草地退化逐步降低,包裹态有机碳( IFOC )的含量及占总有机碳的比例变化不明显,而重组有机碳占总有机碳的比例却逐步的增加。建植人工草地以后,土壤总有机碳含量明显升高,利用3年以后,只有表土层的TOC含量较HD增加30%;利用7年以后,土壤总有机碳较建植前的“黑土滩”草地增加17-46%;此时,表土层土壤有机碳水平与中度退化草地接近,且LFOC、HFOC、EOC含量均较建植前的“黑土滩”明显增加。 4. 当高寒草地遭受严重退化时,0-30cm深度土壤有机碳流失量大约为53 Mg ha-1,其中流失的轻组有机碳占总流失有机碳的64%;建植人工草地3年后,TOC储量没有增加,而LFOC储量有一定程度升高,利用7年以后,总有机碳、轻组和重组有机碳储量均有增加,但以LFOC储量增加为主。各草地间粗有机碳(COC)、年轻有机碳(YOC)和稳定有机碳(SOC)的含量及储量分别表现出与LFOC、IFOC和HFOC相对应的变化趋势。 5. 草地由未退化状态演替为严重退化草地后,土壤全氮(TN)、中粗沙组分氮(SCN)、极细沙粒组分氮(SFN)、粘粉粒组分氮(SCSN)含量明显降低;建植人工草地后,它们的含量均有一定程度的增加,利用7年后土壤SSN含量大于中度和重度退化草地。草地退化后氨态氮(NH4+-N)含量明显降低,而硝态氮(NO3--N)的含量有轻微增加;建植人工草地后它们的变化则正好相反。 6. 与未退化草地相比,中度和重度退化草地表层(0-10cm)土壤全磷(TP)含量降低了0.4-15.4%,而轻度退化草地与未退化草地间无差异(P >0.05);在10-20 cm和20-30cm 土层,LD、MD 和HD全磷含量较未退化草地增加了2.9-27.8 %;建植垂穗披碱草(E. nutans)草地后,7龄草地土壤全磷含量在所有草地中最高。草地退化后,中粗沙组分磷(SCP)含量随草地退化程度加剧而降低,极细沙粒组分磷(SFP)表现与全磷相似的变化趋势,粘粉粒组分磷(SCSP)含量却逐渐升高;建植人工草地后,中粗沙组分磷 (SCP)的含量仅与中度退化草地接近,而SSP含量在所有草地中最高。 7. 从5月份到10月份,微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)和磷(MBP)随月份呈 “降低-升高-降低”趋势,在8份出现微生物生物量C、N和P的最大峰值。草地退化导致土壤MBC、MBN和MBP的明显下降,而人工建植E. nutans草地,是恢复草地微生物生物量的有效途径,人工建植的草地利用7年以后,MBC含量略高于中度退化草地,MBN含量则与轻度退化草接近。不同退化程度的草地中,各土层MBP的大小顺序为: LD>UD>MD>HD,经过人工种植垂穗披碱草7年以后,MBP含量达到所有样地中的最大值。MBC、MBN和MBP均表现随土层深度增加而降低的剖面分布结构。 8. 各草地微生物中,细菌数量占总微生物数量的90%以上。随季节变化,各草地细菌数量的大小顺序为: 5月份>7月份>8月份>10月份,真菌和放线菌则在7月份或者8月份达到最大值,5月份和10月份的数量较少。微生物总数、细菌和真菌随着草地退化程度的加剧而降低,建植人工草地后它们有不同程度的增加,7龄草地土壤表土层总微生物数量和细菌数量明显高于未建植的退化草地,有些土层的微生物数量与中度退化草地之间无显著差异。草地退化后放线菌的数量亦有一定降低,但建植人工草地对它的影响不大。 9. 土壤脲酶、中性磷酸酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性均在7月份和8月份较高,5月份和10月份较低。高寒草地由未退化阶段演替为严重退化草地时,各种土壤酶活性均降低,建植E. nutans人工草地7年以后,脲酶和过氧化氢酶活性能恢复到与未退化草地相近的水平,中性磷酸酶活性能达到与轻度退化草地相近的水平,脱氢酶能恢复到与中度退化接近的水平。 10. 土壤各种物理性质、有机碳特征、养分及微生物学间的相关性分析表明,大多数指标之间显著相关,说明高寒草地土壤物理、化学性质的变化对土壤生物学性质具有重要的调控作用,而土壤生物学性质对土壤肥力的演变则具有关键影响。
文献类型学位论文
条目标识符http://210.75.249.4/handle/363003/31442
专题中国科学院西北高原生物研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
冯瑞章. 认为扰动对高寒草地土壤有机碳及微生物学特征的影响, The Influence of Artificial Disturbance on the Soil Organic Carbon and Microbiological Properties in Alpine Meadow[D],2009.
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