开展围栏禁牧对湿地土壤生态化学计量特征影响的研究,为理解围栏禁牧对退化湿地生态系统恢复的影响提供理论基础.本研究选取纳帕海湿地未禁牧、禁牧3年、8年和10年的沼泽化草甸和草甸为对象,比较不同围栏禁牧年限对土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其生态化学计量的影响.结果表明:围栏禁牧提高了沼泽化草甸和草甸土壤总有机碳(TOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、硝态氮(NO3--N)、铵态氮(NH4+-N)、微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP),提高了 C/N、C/P、N/P和MBN/MBP.沼泽化草甸和草甸土壤C/N、C/P、N/P均与TOC、TN、含水率、NO3--N、NH4+-N、MBN呈显著正相关(P＜0.01),与土壤容重显著负相关.沼泽化草甸土壤MBC/MBN、MBC/MBP与TOC、NH4+-N、MBN和含水率显著负相关,MBN/MBP与所有环境因子均没有显著相关性;草甸土壤MBC/MBN、MBC/MBP与TOC、TN、MBN、含水率呈显著负相关(P＜0.01),MBN/MBP与pH、MBN、含水率呈显著正相关(P＜0.01).围栏禁牧条件下,土壤TOC是影响沼泽化草甸和草甸土壤生态化学计量的主导因素.综上所述,围栏禁牧通过影响养分条件改变纳帕海湿地土壤生态化学计量特征.

研究不同放牧强度下人工草地土壤养分以及有机碳含量的变化,为在西南喀斯特地区建植与检测人工草地提供参考.在贵州省独山县贵州省草业研究所试验示范基地,以2012年10月11日建植的多年生黑麦草:高羊茅:鸭茅:白三叶:紫花苜蓿=3.5∶2∶2∶1∶1.5的人工草地0.33 ha,设置禁牧(围栏封育)、中度、重度3个处理,于2015年10月13日开始放牧,61d后测定不同放牧强度下人工草地土壤营养元素与活性有机碳含量.研究结果表明,放牧显著影响pH值、有机质以及氮、磷、钾等营养元素的含量.土壤有机质含量与pH值在中度放牧的0-10 cm土层中最高,土壤总氮和碱解氮含量随着放牧强度增强而上升,磷元素与钾元素的含量随着放牧强度增强而下降.土壤有机碳、微生物碳及易氧化碳的含量都随着放牧强度增加而降低,并且它们两两显著相关.在贵州喀斯特地区建植人工草地与维护人工草地可适当补充磷肥与钾肥,在草场质量检测中微生物碳和易氧化碳的含量可以作为土壤质量监测的早期指标.

草本层和大气间的碳交换及其对环境因子的响应是目前研究的热点.该研究通过静态箱法,采用LI-840 CO2/H2O红外分析仪,对新疆天山北坡草甸草原围封9年的样地和围栏外自然放牧生态系统碳交换进行监测,分析了围栏内外生态系统碳交换的差异性、日变化、季节变化及其与环境因子的关系.结果表明:围栏内生态系统碳交换高于围栏外,围栏内外表现出明显的差异性;围栏内外生态系统碳交换均存在明显的日变化和季节变化规律,呈单峰曲线,且在植物生长季峰形比较明显.在整个监测期间,围栏内外生态系统CO2净交换最小值分别为-7.62和-6.63 μmol·m-2·s-1,生态系统呼吸最大值分别为8.55和7.04 μmol·m-2·s-1,生态系统总初级生产力最大值分别为-14.66和-13.89 μmol·m-2·s-1.因围栏内植被得到保护,草本植物生长茂盛,光合作用强,生态系统CO2净交换较小,同时有机碳的输入增强了生态系统呼吸.分析发现生态系统碳交换与气温和0-10 cm土壤温度显著相关,与气温的相关性高于与0-10 cm土壤温度的相关性,且围栏内禁牧处理相关性高于围栏外自然放牧草地;土壤含水量与生态系统碳交换存在一定的相关性,但其相关性略低于温度与生态系统碳交换的相关性.

围封对植被处于近自然恢复状态的退化草地有一定的修复作用,开展轻度退化草地围封过程中生物与非生物因素的协同互作研究是完整地认识草地生态系统结构和功能的基础.本试验对围栏封育10年的轻度退化草地的土壤化学计量特征进行了研究,同时采用高通量基因测序技术并结合Biolog-Eco方法,调查了土壤微生物多样性和功能的变化.结果表明:轻度退化草地实施围封后,土壤铵态氮含量显著升高,全钾含量显著降低,土壤有机碳、全氮、全磷、硝态氮、速效磷和速效钾则无明显变化.高寒草甸土壤微生物碳和氮在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著;围栏封育后草地土壤微生物碳氮比显著高于轻度退化草地.随培养时间的延长,高寒草甸不同土层土壤微生物碳代谢强度均显著升高,土壤微生物碳代谢指数在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著*高寒草甸土壤细菌OTUs显著高于真菌,轻度退化与围栏封育草地土壤微生物相似度为27.0％～32.7％.围封后,土壤真菌子囊菌门、接合菌门和球壶菌门相对丰富度显著升高,担子菌门显著降低,土壤细菌酸杆菌门显著低于轻度退化草地.土壤真菌和细菌群落组成在不同土层间差异较大,在轻度退化和围栏封育草地间仅有表层土壤真菌群落组成表现出较大差异.土壤细菌多样性受土壤全氮和速效钾影响较大,真菌多样性受地上生物量影响较大.土壤微生物对碳源利用能力主要受土壤速效钾影响.综上,长期围封禁牧对轻度退化草地土壤养分和土壤微生物无明显影响,且会造成牧草资源浪费,适度放牧可以保持草地资源的可持续利用.

生态工程的实施对区域居民生产生活产生了重要影响.以锡林郭勒草地样带为例,利用2017年8月-2018年7月农牧户食物跟踪调查数据、农牧户问卷调查数据、生态恢复措施数据,结合土地利用数据和社会经济数据等,重点分析了不同生态恢复措施对锡林郭勒草地样带农牧户食物消费的影响.研究结果显示:(1)锡林郭勒草地样带生态恢复措施沿样带自北向南实施力度逐渐变弱,草地恢复措施由以草畜平衡、休牧和禁牧为主向休牧和围栏封育为主转变,草地恢复措施中对人类活动的限制也随之由弱变强;(2)沿草地样带自北向南居民食物消费形成了三种模式,在食物消费数量和消费结构上呈显出由牧区特征向农区特征的转变,即人均食物消费量沿样带递减,食物消费由肉蛋奶和蔬菜水果为主向粮食和蔬菜水果为主转变;(3)食物消费模式受到草地供给、收入及其结构、文化习俗和职业分布等生态、经济和社会多方面因素的影响.研究为实现区域生态、经济和社会的协调发展相关政策的制定提供参考.

为解析围栏禁牧与高寒草原土壤微生物碳源利用的关系,以藏北高寒草原为对象,对比研究了5年围栏禁牧和连续自由放牧条件下高寒草原土壤碳氮和微生物碳源利用情况.结果表明:1)围栏禁牧后,土壤溶解性有机碳、氮含量分别增加了26.60％和28.13％,但有机碳和全氮无明显变化;2)围栏禁牧提高了土壤微生物生物量、土壤酶活性和微生物群落的丰富度指数,但对微生物群落均匀度和优势度指数无明显影响;3)围栏禁牧增加了土壤微生物对碳水化合物、氨基酸类、多聚物类和胺类碳源的利用.由此可见,围栏禁牧最初是通过改变土壤溶解性有机碳氮、微生物活性和群落结构来重塑土壤生态功能,进而促进受损或退化高寒草原土壤生态系统的恢复.

围栏封育是三江源生态保护与修复主要措施之一,目前缺少基于多样地长时间序列监测数据和从植物群落结构变化角度来评估草地生态保护与修复成效的相关研究.基于多样地各经济类型群2005-2017年的地上生物量及其占总生物量比例数据,对比分析三江源草原围栏封育与放牧区植物群落结构变化差异,评价围栏封育对草地恢复的影响.研究结果表明围栏封育显著提高了地上生物量,在围栏封育期间地上生物量稳定,但群落结构出现恶化趋势,研究时段内禾本科和莎草科优良牧草生物量占比分别减少48.2％和23.9％,毒草增加了230.2％.同期放牧区禾莎草生物量占比先减少后增加,毒草杂草生物量占比先增加后减少,群落的种群结构改善可能与草畜平衡措施的实施有关.现有的持续围栏封育措施不可能但降低了草地的经济价值,也带来了一定的生态风险.因此基于草地实际产草量以及生态保护要求,确定更为合理的载畜量,实施更为精准的草畜平衡管理,应该比切断牲畜与草地关系的长期禁牧封育更为有效.

研究青藏高原草地土壤粒径结构分形特征,为该地区土壤质量评价和生态恢复提供科学依据.以青藏高原4种高寒草地(放牧、围栏禁牧、围栏禁牧+补植、未干扰)为对象,采用分形理论,研究不同利用方式对高寒草地土壤颗粒组成及分形特征的影响,明确土壤粒径分形特征的影响因素.结果表明:与放牧和围栏禁牧+补植相比,围栏禁牧草地中黏粒和粉粒体积分数分别增加了 60％—91.1％、43.5％—80.1％,禁牧能够促进土壤砂粒向黏粒和粉粒转变.不同草地利用方式对分形维数有显著影响,单重分形维数D值依次为放牧草地＜围栏禁牧+补植草地＜未干扰草地=围栏禁牧草地,多重分形维数,包括信息维数D1、信息维数/容量维数比值D1/D0和关联维数D2依次为放牧草地＜围栏禁牧+补植草地＜围栏禁牧草地＜未干扰草地.单重分形维数D与土壤黏粒、粉粒呈极显著正相关(P＜0.01);砂粒、黏粒、粉粒、有机碳和全氮是多重分形维数的限制因素.信息维数D1、信息维数/容量维数比值D1/D0与关联维数D2和土壤有机碳、全氮、全磷和硝态氮呈显著正相关.综上,多重分形维数可以作为衡量土壤质量特征的指标,青藏高原禁牧封育能够改良土壤质地.

过度放牧导致滇西北高寒湿地碳汇功能逐渐丧失,围栏禁牧作为一种有效的湿地恢复方式,其对滇西北高寒湿地土壤碳库的影响尚缺乏研究.为探明围栏禁牧对滇西北高寒湿地土壤活性有机碳的影响,以纳帕海湿地不同禁牧年限(未禁牧、禁牧3年、禁牧8年、禁牧10年)的草甸和沼泽化草甸作为研究对象,对比分析不同禁牧年限草甸和沼泽化草甸土壤总有机碳(TOC)、颗粒有机碳(POC)、溶解性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(EOC)和微生物生物量碳(MBC)含量特征.研究结果表明,随着禁牧年限的增加(<10 a),草甸和沼泽化草甸土壤TOC、DOC、EOC、MBC含量显著增加(P<0.05);随着土壤深度的增加,草甸和沼泽化草甸土壤TOC、EOC和MBC含量逐渐下降,而POC和DOC含量逐渐增加.土壤理化性质显著影响土壤活性有机碳各组分含量,其中总氮(TN)是影响草甸和沼泽化草甸土壤活性有机碳各组分含量的主导因素.围栏禁牧有利于滇西北高寒湿地土壤质量和固碳能力的恢复,且随着禁牧年限的增加,恢复效果越明显.相同恢复年限,纳帕海沼泽化草甸土壤恢复效果比草甸土壤显著.研究可以为放牧湿地恢复研究提供理论基础.

围封对草地生物多样性和初级生产力的影响是草地生态学研究的热点问题之一.基于2013—2021年在青藏高原东北部紫花针茅(Stipa purpurea)高寒草原围栏内外植物群落长期调查数据,从物种多样性、功能性状的角度解析了高寒草原地上生物量对长期围封的生态响应过程.结果表明:(1)围封处理对高寒草原物种多样性的负效应具有强烈的时间依赖性.围封处理显著提高地上生物量,但也显著降低了生物量稳定性和异步性,意味着高寒草原稳定的、可持续的生态系统服务功能被长期围封处理削弱.(2)植物功能性状对长期围封处理表现出差异性响应模式;与叶绿素性状相比,叶形态性状对长期围封处理表现出更强的敏感性.(3)物种多样性和功能性状与地上生物量之间均存在显著相关关系,并且物种多样性的影响被功能性状调控进而对地上生物量发挥间接效应,群落加权性状和功能分异度共同对草地生物量发挥直接的主导效应.研究结果证明了植物功能性状通过介导物种多样性与其共同驱动高寒草原地上生物量对长期围封的响应.因此,在未来草地管理过程中,同步研究植物物种和功能属性对于全面揭示生态系统的响应机制至关重要.