为明确围栏封育对斑块化退化高寒草甸净生态系统碳交换(NEE)不同组分的影响,本研究选取青藏高原黄河源区斑块化退化高寒草甸进行围封试验,设置4个围封年限(1、2、5、11 a)和1个正常放牧对照,研究NEE及组分对不同围封年限的响应.结果表明,围封5 a退化高寒草甸总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(ER)显著大于正常放牧、围封1 a、2 a和11 a,围封2 a和5 a退化高寒草甸NEE显著小于正常放牧、围封l a和11 a样地(P＜0.01),其他NEE组分对不同围封年限的响应情况不一致.植被自养呼吸(Ra)、根系呼吸(Rr)和土壤异养呼吸(Rh)占ER的比例在不同围封年限间差异显著(P＜0.01).此外,土壤温度与NEE呈二次曲线的关系,与ER以及除Rh以外的其他呼吸组分呈指数关系,土壤含水量与NEE、GPP、ER、土壤呼吸(Rs)、Ra、Rr呈线性关系(P＜0.05).全氮、全磷、生物量和NEE及组分存在显著的相关关系.说明围封5 a能显著提高退化草地的土壤养分和固碳功能,并能维持草地生产力,无需进行长期围封.

黄帚橐吾(Ligularia viraurea)是高寒草甸退化的指示物种,其种群扩张己严重影响了草地生态系统的经济服务功能,但目前仍不明确土壤微生物是否参与了黄帚橐吾的种群扩张.该研究依托兰州大学高寒草甸试验站,选择了4个不同密度的黄帚橐吾斑块,分析了黄帚橐吾种群扩张对该草甸土壤微生物功能多样性的影响.结果显示:黄帚橐吾种群扩张虽然提高了土壤微生物活性,但降低了土壤速效氮浓度.各斑块间土壤微生物Shannon指数、碳源利用种类、均一度指数均无显著差异,但高密度斑块的土壤微生物碳源利用结构与对照斑块有显著差异.表明黄帚橐吾分布地土壤微生物功能多样性的改变所引起的土壤氮素限制是黄帚橐吾种群数量急剧增加的机制之一.

狼毒是青藏高原危害最严重的毒草种类之一,其快速蔓延对高寒草甸生态系统的影响日益严重.选取祁连山中段退化高寒草甸为研究区,综合采用高通量测序技术、地统计学和GIS空间分析方法,分析狼毒发生区土壤真菌多样性的空间变异特征,研究狼毒群落与土壤真菌多样性的空间相关性.结果 表明:与非发生区相比,狼毒发生区土壤真菌群落物种丰富度下降而优势度显著增加,α多样性降低;土壤真菌群落物种构成差异增强,B多样性明显升高.狼毒入侵对土壤真菌多样性的空间格局有一定扰动,发生区各多样性指数的斑块破碎化程度增加,土壤真菌群落物种构成的空间异质性明显增强,α和β多样性的空间稳定性降低.狼毒盖度与土壤真菌α和β多样性指数呈现显著正相关及显著负相关的区域交错镶嵌分布,空间相关性规律不明显,表明狼毒入侵草甸土壤真菌多样性的空间变异可能受地上植被和土壤环境的共同作用.

高原鼠兔(Ochotona curzoniae)的活动会在退化高寒草甸草地上形成退化斑块,退化斑块的连通会导致高寒草甸破碎化,对高寒草甸完整性造成严重影响.本研究使用无人机拍摄不同刈割强度和鼠兔密度处理下高寒草甸图像,解译出退化斑块和高原鼠兔跑道.从地理信息系统中获得退化斑块面积信息,计算跑道连通性指数,识别高原鼠兔跑道在高寒草甸退化过程中的作用,确定高原鼠兔干扰活动对高寒草甸影响的临界条件.结果 表明:高密度高原鼠兔处理的鼠兔跑道数显著增加(P＜0.05);退化斑块面积增量与连通性指数呈显著正相关(P＜0.05);高原鼠兔洞口数对鼠兔密度的处理不敏感(P＞0.05);随着退化斑块面积的增加,高原鼠兔洞口数显著减少(P＜0.05),高原鼠兔跑道连通性指数呈抛物线变化;高原鼠兔跑道是导致高寒草甸退化斑块扩大的原因之一,也会加速高寒草甸退化斑块的连通;当退化斑块面积达到临界值21％时,高寒草甸破碎化程度加剧.

高原鼠兔(Ochotona curzoniae)活动在高寒草甸上会形成各种类型扰动斑块,扰动斑块类型的转变是导致草地退化的原因之一.目前,斑块类型发生转变的关键影响因子尚不清楚,因此,对高寒草甸活动斑块、非活动斑块和恢复斑块三个扰动斑块类型植物功能类群结构、根土复合体特征和斑块分布特征进行研究,旨在探讨斑块类型发生转变的主要因子,说明高寒草甸退化机理.研究结果表明,高寒草甸中活动斑块土壤表层由于放牧和高原鼠兔活动扰动强度大,无法形成稳定的植物群落,非活动斑块的植物群落处于次生演替早期阶段,但是恢复斑块已具备高寒草甸优势种莎草科植物生长的基本条件.退化高寒草甸中活动斑块与非活动斑块呈现镶嵌性分布,而恢复斑块相对独立没有镶嵌性分布现象.造成高寒草甸干扰斑块类型转变的主要原因是高原鼠兔活动强度由间歇性干扰转变为持续干扰的结果.

高原鼠兔(Ochotona curzoniae)和高原鼢鼠(Myospalax baileyi)是两种在高寒草甸广泛分布的小型哺乳动物,其暴发活动可能造成高寒草甸的严重退化.使用无人机分别拍摄典型的高原鼠兔和高原鼢鼠种群暴发区图像,解译高原鼠兔洞口、高原鼢鼠土丘和它们的干扰斑块,获得干扰斑块的周长和面积信息,计算干扰斑块形状指标,确定高原鼠兔与高原鼢鼠暴发活动对高寒草甸的影响.研究表明:(1)高原鼠兔与高原鼢鼠暴发活动形成的干扰斑块周长与面积比(PARA)、形状指数(SHAPE)和分形维数(FRAC)差异显著(P＜0.05),其中高原鼢鼠斑块的FRAC是1.0124±0.0091,属于普通的规则几何圆形分布格局,高原鼠兔斑块的FRAC是1.1203±0.0546,属于分形几何不规则的分布格局.(2)高原鼠兔洞口数量与其斑块面积没有线性相关关系(P=0.9677),高原鼢鼠土丘数量与其斑块面积呈显著正相关(P＜0.05).(3)高原鼢鼠斑块面积统计学上呈长尾分布,不符合正态分布(P＜0.01).根据高原鼠兔斑块面积分布格局可将斑块演替分为三个阶段:土丘形成阶段、斑块连通阶段和斑块扩散阶段.高原鼠兔土丘形成阶段斑块的形状和分布,与高原鼢鼠干扰斑块相似;在演替初期阶段融合连通阶段斑块的面积分布呈指数分布,形状趋于分形几何(FRAC=1.1161);在跨尺度扩散阶段斑块面积较大且形状复杂(SHAPE=4.4202),呈现不规则分布格局.三个阶段斑块的周长与面积比、形状指数和分形维数差异显著(P＜0.05).高原鼠兔在退化高寒草甸的觅食活动促进了融合连通阶段斑块的形成,呈现分形几何斑块演替规律.由此得出结论,引起高寒草甸退化的主要原因是过度放牧下高原鼠兔暴发活动,造成跨尺度扩散斑块演替阶段出现的结果,并非高原鼢鼠的暴发活动形成的.因此,控制高原鼠兔数量并恢复高原鼠兔干扰斑块植被相比高原鼢鼠更重要.