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.

为探讨禁牧封育对黄河源高寒草甸生态系统的影响,研究选取玛沁高寒草甸作为对象,通过野外调查和室内试验,分析了禁牧封育对黄河源高寒草甸植被结构和土壤水分特征在不同禁牧封育条件下的变化情况.结果表明:(1)随着禁牧封育年限的延长,植被盖度和高度均呈增加趋势,物种多样性指数、丰富度指数和物种数呈先增加后稳定趋势,优势度指数先下降后稳定,均匀度指数变化不显著.就功能群而言,随封育年限增加,禾本科、豆科植物重要值占比呈逐步增加趋势,莎草类植物重要值占比呈先快速增加后趋于稳定的趋势,杂类草重要值占比明显下降.(2)随禁牧封育年限增加,地上生物量逐步增加,地下生物量和地上地下总生物量呈先增加后稳定趋势,禁牧封育对地下生物量的影响主要集中在0-20 cm.(3)禁牧封育对黄河源高寒草甸土壤容重、持水量及孔隙度的影响主要集中在表层(0-5 cm),随封育年限的增加,表层土壤容重呈先下降后稳定趋势,土壤饱和持水量、毛管持水量和田间持水量呈增加趋势,土壤毛管孔隙度和总孔隙度先增加后稳定,非毛管孔隙度无显著变化.与重度退化相比,封育5年样地0-5 cm 土壤容重显著下降30.25％(P＜0.05),饱和持水量、毛管持水量、田间持水量、毛管孔隙度和总孔隙度分别显著增加14.44％、18.36％、28.19％、18.36％、12.09％(P＜0.05).表明短期禁牧封育不仅有利于改善黄河源高寒草甸植被群落结构,而且能够增强该地区土壤水源涵养功能.

研究云雾山天然草地、灌草地、禁牧地、撂荒地4种恢复方式下草地各植物组分(植物地上部分、枯落物、根系)与土壤C、N、P化学计量特征及其相互关系.结果表明:土壤与植物地上部分和根系的化学计量学特征显著相关,并且植物地上部分与根系之间P的联系比N紧密,土壤与植物地上部分和根系之间N的联系比P紧密,而土壤与枯落物、根系与枯落物的化学计量学特征相关性不显著.不同恢复方式间植物地上部分和根系总体的C、N储量无显著差异,P储量差异显著且以撂荒地最大(0.49 g·m-2),禁牧地最小(0.29 g·m-2).禁牧年限对植物和土壤的化学计量学特征影响较小;耕地撂荒恢复12年后土壤C、N(分别为9.98和1.07g·kg-1)仍显著低于天然草地(分别为14.27和1.55 g·kg-1),两者植物化学计量特征的差异由撂荒地各植物组分P浓度高引起;由于根系生物量的稀释作用,天然草地根系N、P浓度最低(分别为6.25和0.57 g·kg-1);灌草地地上部分N、P浓度偏低(分别为12.77和0.98g·kg-1),但根系N、P浓度偏高(分别为9.30和0.77 g·kg-1).物种组成是影响植物生态化学计量学特征变化的主要因素,不同恢复方式间群落相似度高则整体化学计量特征差异小.

由人类活动所导致的锡林郭勒草原草场退化、土地沙化等问题日趋严重,区域土壤水资源评价及其科学管理显得尤为重要.为确定锡林郭勒典型草原不同放牧条件对深层土壤剖面水分动态及降水入渗补给的影响,选取1979年以来禁牧(UG79)、1999年以来禁牧(UG99)和持续放牧(CG)3个小区6个土壤剖面,基于不同深度土层的质量含水量、C1浓度等数据,分析了放牧对深层土壤水分特征的影响,且利用氯质量平衡法估算了降水入渗补给量.结果 表明:1)禁牧可以提高土壤含水量,且禁牧时间越长,效果越显著,尤以表层最为明显.整个土壤剖面(0-5 m)土壤质量含水量的平均值表现为UG79＞UG99＞CG,但各处理间差异不显著;0-2 m UG79处理土壤剖面质量含水量分别比UG99和CG处理高26.6％和33.7％,储水量分别高87.19 mm和82.52 mm,且UG79处理与UG99、CG差异显著,但UG99与CG之间差异不显著;除局部地区受土壤颗粒组成影响含水量不同外,各处理2-5 m土层含水量和储水量差异较小;2)不同处理土壤含水量影响因素不同,0-2 m土层含水量主要受地表植被状况和土壤性质的综合影响,而2-5 m土层则主要受土壤颗粒组成的影响,但随着禁牧年限的增加,土壤有机质(SOM)含量对土壤水分的影响越来越大.UG79整个土壤剖面含水量与土壤颗粒含量和SOM含量呈极显著相关关系,UG99与CG处理0-2 rn含水量与SOM含量呈极显著相关关系,2-5 m土壤含水量与土壤颗粒含量呈极显著相关关系,而与SOM含量相关性不显著;3)氯质量平衡法估算得出年降水入渗补给率为UG79＞ UG99＞ CG,35年和15年禁牧分别将降水入渗补给率提高了130.2％和44.5％;考虑干沉降的不确定性,研究区年降水入渗补给率为1.95-7.61 mm·a-1,仅占年降水量的0.55％-2.13％.总之,禁牧能够增加土壤含水量和储水量,增加降水对土壤水分的补给,但降水不是该区地下水的主要补给源.

以黄土高原云雾山不同禁牧(0、7、18、27和35年)草地为对象,研究禁牧对不同土层(0～10、10～20、20 ～40和40～ 60 cm)土壤氮循环微生物功能基因(nifH、amoA-AOA、amoA-AOB、narG、nirK、nirS和nosZ)丰度的影响,并分析了土壤氮循环微生物功能基因与土壤氮储量之间的关系.结果表明:与放牧相比,禁牧35年提高了nifH和amoA-AOB的基因丰度,分别增加了67.8％和17.6％;禁牧降低了nirK基因丰度.表层土壤(0～10 cm) nifH、narG和nirS基因丰度显著高于深层土壤(20～40和40～60 cm),表明nif、narG和nirS基因具有表聚效应.禁牧提高了土壤氮储量,在27年时O～60 cm土层土壤氮储量最高(20.96 mg·hm-2),说明27年可能为最适禁牧年限.nifH、amoA-AOA和amoA-AOB基因丰度与氮储量具有显著线性关系,表明含有这些基因的微生物对于提高土壤氮储量具有重要作用.土壤全氮、容重以及速效磷含量是影响土壤氮循环基因的主要因素.本研究结果为深入理解土壤氮循环过程及退化草地的恢复提供了科学参考.

高寒草甸放牧利用下高原鼢鼠(Eospalax baileyi)等危害的发生是草地管理的关键难题,分析放牧管理模式对鼢鼠鼠丘植被群落演替的影响能为草地管理提供重要依据.研究选择划区轮牧(RG)、生长季休牧(GSG)、连续放牧(CG)和禁牧(PG)4种放牧管理模式,以及各模式下不同年限鼠丘(一年(ZM1)、两年(ZM2)、三年(ZM3)和多年鼠丘(ZMM))与对照(CM)草地.分析不同放牧管理模式对鼠丘植被群落特征和生物量等的影响,结果发现:PG和GSG下所有年限鼠丘的植被高度、地上生物量均高于RG和CG;RG和GSG下ZM1和ZM2物种Shannon-wiener指数均高于对照样地物种Shannon-wiener指数.主成分分析表明:RG下地上生物量和物种丰富度指数是影响鼠丘植被群落演替的重要因子,PG下地上生物量、盖度、Shannon-wiener指数和均匀度指数是鼠丘植被群落演替的重要因子,CG下物种丰富度和重要值是影响鼠丘植被群落演替的重要指标,GSG下Shannon-wiener指数、盖度和高度是影响鼠丘植被群落演替的重要指标.可见,不同放牧制度对鼠丘植被群落演替的影响不同,禁牧和生长季休牧管理模式能够较好地恢复鼠丘植被群落演替.

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.