研究高原泥炭沼泽土壤微生物群落组成特征及空间分布格局对于维护高原湿地生态系统结构及功能稳定性具有重要意义.本研究采集若尔盖核心保护区内沿土壤水平与垂直方向分布的50个土壤样本,利用高通量测序技术,并结合Mantel检验和多元回归模型(MRM)多元回归统计方法,对土壤细菌和真菌群落多样性、局域尺度上的群落结构相似性空间分布特征及驱动因子进行分析.结果表明:若尔盖高原泥炭沼泽土壤中的优势细菌和真菌类群分别为绿弯菌门(在水平和垂直方向上分别占总细菌群落的33.2％和25.1％)和子囊菌门(54.7％和76.4％);水平和垂直方向的微生物群落结构相似性均随采样点空间距离增加而逐渐降低,垂直方向上细菌和真菌群落的周转速率分别为水平方向的8.8和8.6倍.依据群落相对丰度将微生物划分为6个分类群,随着群落中稀有种数量的增加,群落距离衰减斜率降低,且条件性稀有或优势物种(CRAT)与总微生物群落的空间分布特征最相似.Mantel分析表明,土壤有机碳、总氮和活性磷是影响水平方向上细菌和真菌群落分布的关键驱动因子,而土壤有机碳、活性碳、pH值和土壤容重则是决定微生物垂直方向分布的主要因子.MRM分析进一步表明,土壤理化指标和空间距离均对微生物群落构建具有极显著影响,其中土壤因子对微生物群落垂直方向分布的解释度高于水平方向,且土壤因子对微生物群落分布的影响远大于空间因子通过扩散限制产生的影响.综上,高原泥炭沼泽土壤微生物群落具有更明显的垂直方向分布差异及环境响应特征.

养分重吸收是植物重要的营养保存机制和养分循环的重要组成部分,温度变化会影响植物养分吸收.为了探讨若尔盖高原沼泽湿地植物木里薹(Carex muliensis)草养分重吸收特征对气候变暖的响应,本研究通过野外模拟增温实验,测定木里薹草成熟叶片和衰老叶片的氮(N)、磷(P)含量并分析其重吸收效率差异.结果表明:木里薹草叶片N、P含量均值分别为11.44和1.19mg·g-1,N重吸收效率(NRE)、P重吸收效率(PRE)均值分别为61.8％和69.0％,增温显著降低了成熟叶片氮含量,显著提高了衰老叶片磷含量(P＜0.01),对成熟叶片磷含量和衰老叶片氮含量没有显著影响;增温显著降低了成熟叶片和衰老叶片N∶P(P＜0.01)及NRE(P＜0.05)和PRE(P＜0.01);木里薹草叶片氮磷重吸收效率与成熟叶片氮磷含量呈显著正相关,与衰老叶片氮磷含量呈显著负相关;木里薹草生长受P限制,而增温可能导致限制情况发生变化,木里薹草叶片养分重吸收还可能受到化学计量调控.研究结果将有助于了解和预测若尔盖高原养分循环对未来气候变化的响应,并为气候变暖下高寒草本沼泽植物养分重吸收效率变化的预测提供数据支持和实验证据.

为查明高寒草甸退化对表栖跳虫和螨类群落组成及多样性的影响,于2018年7月和10月利用吸虫器法对若尔盖湿地的沼泽草甸、草原草甸及中度退化草甸三种生境的表栖跳虫和螨类进行了调查.捕获表栖跳虫13640只,隶属于4目11科23属,优势类群为小圆跳属和德跳属;捕获表栖螨类5069只,隶属于3亚目76科98属(类),优势类群为真足螨科.主成分分析结果表明,表栖跳虫和螨类群落组成在不同生境间存在明显差异.随高寒草甸退化程度加重,表栖跳虫仅群落密度显著增加(P＜0.05),而表栖螨类的群落密度和类群数均显著增加(P＜0.05).在3个生境中,表栖跳虫群落密度和Simpson优势度指数均表现为7月显著高于10月(P＜0.05),类群数和Shannon指数则是7月显著低于10月(P＜0.05);表栖螨类的群落密度和类群数均表现为7月显著高于10月(P＜0.05),Shannon指数和Simpson优势度指数无显著季节变化(P＞0.05).冗余分析和多元回归分析结果表明,植物种类、生物量、土壤容重等是影响表栖跳虫和螨类群落结构及多样性的主要因子,但对表栖跳虫和螨类的具体影响存在差异.研究表明,高寒草甸的表栖跳虫和螨类群落组成、密度及多样性存在明显的时空变化,其中表栖跳虫群落密度及多样性对季节变化较敏感,表栖螨类群落密度和类群数对高寒草甸的退化较敏感.

土壤呼吸会影响全球碳循环,而湿地水位与土壤呼吸息息相关.然而,由于原位观测有限,目前尚不清楚高寒沼泽土壤呼吸及其组分如何响应水位下降.在若尔盖高原纳勒乔沼泽建立了水位下降控制实验平台,定位监测土壤呼吸及其组分的变化,并初步探讨土壤呼吸及其组分与生物和非生物因素的潜在联系.结果发现,水位下降对高寒草本沼泽土壤呼吸(Rs)没有显著影响,但自养呼吸(Ra)和异氧呼吸(Rh)对水位下降表现出明显不同反应.其中,自养呼吸速率下降了 67.2%,异养呼吸速率上升了 67.3%.异养呼吸和自养呼吸在土壤呼吸中的占比发生显著变化,水位下降后,Rh/Rs较对照增加了 88%,Ra/Rs减少了61%.水位下降引起的自养呼吸和异养呼吸变化的驱动因素不同,植株高度、地上及地下生物量解释了自养呼吸的变化,土壤温度、C:N则是异氧呼吸变化的关键影响因素.综上,在高寒草本沼泽生态系统中,水位下降对土壤呼吸组分的影响强度及其驱动因素存在明显差异,这需要在陆地表层碳循环模型中加以考虑,以便更好评估高寒草本沼泽碳循环对气候变化的反馈作用.

养分重吸收是植物适应环境的重要策略.该研究以若尔盖高寒草本沼泽中的木里薹草作为研究对象,通过模拟实验,于8月、10月对绿叶和枯叶及土壤采样并测定养分含量,研究其在水位下降和自然水位下叶片养分含量、土壤养分含量和养分重吸收效率的变化规律,以及相互间的关系.使用单因素方差分析比较不同组间叶片氮(N)含量、叶片磷(P)含量、土壤速效N含量、土壤速效P含量、叶片N∶P和养分重吸收效率的差异,使用一元线性回归拟合土壤速效N、P含量和养分重吸收效率之间的关系,木里薹草叶片N含量、P含量、N∶P和养分重吸收效率的关系均采用Pearson相关分析.结果表明:水位下降后,木里薹草土壤速效N含量升高,速效P含量降低,进一步导致木里薹草绿叶N含量增加,P含量降低,枯叶N、P含量均降低,木里薹草叶片N、P重吸收效率升高,说明水位下降通过改变土壤速效养分含量影响木里薹草绿叶养分含量,改变植物养分获取能力(如根数、根长)影响枯叶养分含量,进而影响养分重吸收效率.

高寒草毡层是高原寒区自然植被下形成的松软而坚韧且耐搬运的表土层,认识其生态功能是促进草牧业生产休养保护和工程施工主动利用的前提.通过对青藏高原东部若尔盖高原植被的广泛调查,在布设沼泽、退化沼泽、沼泽化草甸、湿草甸、干草甸和退化草甸水分梯度群落样地,以及亚高山草甸、亚高山灌丛草甸、高山灌丛草甸和高山草甸海拔梯度群落样地的基础上,通过对不同类型群落样地草毡层容重、土壤颗粒组成和土壤有机碳(S0C)含量的测定分析,比较了水分和海拔梯度下草毡层固碳能力.结果表明,草毡层厚度平均为30cm,沼泽湿地草毡层容重最小,SOC含量在300g/kg以上;退化草甸容重最高,SOC含量显著下降.不同群落草毡层SOC密度在10---24kg C/m2之间,随着土壤水分有效性的降低而降低;高山灌丛草甸草毡层SOC密度比草甸高15％.研究得出,保持草毡层稳定的质量含水量阈值为30％,SOC含量阈值为30g/kg;高寒植被草毡层在沼泽到草甸的退化演替中,容重、紧实度变大,有机碳含量减少,碳密度和碳储量下降;灌丛草甸的固碳能力大于草甸,但灌丛草甸的生产功能降低;保持可持续发展的草地生产能力,维护固碳生态功能,需要防止草毡层退化,抑制草甸向灌丛草甸演替.

誊为了解若尔盖高原湿地甲烷(CH4)排放年际变化并准确估算高原湿地CH4排放通量,在若尔盖高原湿地国家级自然保护区建立1 hm2季节性淹水沼泽湿地标准样地;于2013和2014年通过静态箱和快速温室气体分析仪测量两个生长季沼泽湿地微地貌区草丘(Hummock)和洼地(Hollow) CH 4排放通量.结果表明:2013年生长季(6-10月),若尔盖高原湿地微地貌区草丘和洼地CH4排放通量平均值为7.59和10.12 mg m2 h-1,2014年生长季(5-10月)则分别为0.62和2.74mg m-2 h-1 2013年生长季湿地微地貌区草丘和洼地CH4排放通量平均值分别是2014年的12倍和4倍,2014年生长季湿地CH4排放通量下降的原因可能是夏季(6-8月)水位下降,降低了产CH4菌群落数量而减少CH4产生,同时增加了CH4氧化菌氧化层厚度而加强CH4氧化,降低CH4排放通量.另外,发现湿地水位下降,降低了湿地CH4排放通量对土壤温度的敏感性,表现为Q10值变小.综上,夏季期间的水位在调控若尔盖高原季节性淹水湿地CH4排放过程中起着关键作用.

若尔盖泥炭湿地是世界少有的低纬度永久冻土湿地,具有高海拔、高紫外辐射、高有机质的特点.该区域N2O的排放量对全球气候变暖有重要影响.对若尔盖高原湿地泥炭沼泽土中的亚硝酸盐还原酶(nirK)反硝化细菌群落结构多样性进行分析,以期揭示该区域N,O释放的微生物调控机制.基于若尔盖高原湿地泥炭沼泽土的理化性质和反硝化活性(PDA),结合限制性酶切片段长度多态性(Restriction fragment length polymorphism,RFLP)技术、克隆文库及分子测序对该生态系统中的nirK反硝化细菌群落结构及多样性进行分析.反硝化活性测定结果显示:阿西地区＞麦溪地区＞分区地区,反硝化活性与土壤有机碳、总氮和丰富度呈显著正相关(P＜0.05).Shannon-wiener多样性指数以阿西最高、分区最低.3个样品中共测序15条nirK基因代表序列,系统发育表明若尔盖高原湿地优势nirK反硝化菌群为变形门菌群.其中,阿西地区主要为α-变形菌门,麦溪地区主要为β-变形菌门,分区地区无法确定优势种群.冗余分析(Redundancy analysis,RDA)显示:有效钾和有效磷是影响nirK反硝化细菌群落结构的关键环境因子.本论文显示,若尔盖高原湿地存在着明显的反硝化作用,调控这些反硝化作用的nirK反硝化细菌多样性较高,且与土壤有效钾和有效磷密切相关.

为了解不同退化阶段高寒草甸土壤碳、氮和碳稳定同位素的差异,对若尔盖湿地内沼泽草甸、草原化草甸、退化草甸3个阶段土壤的碳、氮和碳稳定同位素进行了分析.结果表明:若尔盖湿地草甸土壤δ13C值介于-26.21‰～-24.72‰之间,土壤δ13C值随土层加深而增大.土壤δ13C值与有机碳含量对数值呈线性负相关.表层土壤(0～10 cm) δ13C值大小顺序为草原化草甸＞退化草甸＞沼泽草甸,β值大小顺序为草原化草甸＞沼泽草甸＞退化草甸.沼泽草甸、草原化草甸、退化草甸0～ 30 cm土壤碳含量分别为105.32、42.11和31.12 g·kg-1,氮含量分别为8.74、3.41和2.81 g·kg-1,C/N分别为11.26、11.23和10.89.随着草甸的退化,土壤碳、氮呈降低趋势,退化草甸C/N值低于沼泽草甸和草原化草甸.随着土层深度加深,碳、氮含量呈现降低趋势.草甸退化导致的土壤δ13C值差异主要发生在表层0～ 10 cm.3个退化阶段中,退化草甸土壤的β值和C/N最低,表明退化草甸土壤矿化作用较强.

鹅绒委陵菜(Potentilla anserina)是高寒草甸的广布种和典型的杂类草,随生境变化其无性繁殖能力、空间拓展性、形态可塑性等差异显著.为探明该种在不同高寒生境下的光合特性及其与环境因子的关系,同时寻找影响其繁殖拓展能力的主要环境诱因,在若尔盖高原选择沼泽湿地、湿草甸和干草甸三类样地对鹅绒委陵菜的光合日变化进行比较.结果表明:7月下旬,由于光辐射强、大气温度高,各生境中鹅绒委陵菜的叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、瞬时水分利用效率(IWUE)和光能利用效率(LUE)均显著高于8月下旬(P＜0.05);同一月份,干草甸环境下的Pn显著高于湿草甸和沼泽湿地(P＜0.05);相关性分析显示,各环境中光合有效辐射(PAR)与Pn均呈显著正相关(P＜0.05),干草甸环境下空气相对湿度(RH)、土壤质量含水量(SWC)与Pn亦呈显著正相关关系(P＜0.05);从沼泽湿地、湿草甸到干草甸,鹅绒委陵菜的净光合速率和水分利用效率增大;光补偿点(LCP)降低,光饱和点(LSP)升高,光合作用时间延长;表观量子效率(AQY)和羧化效率(CE)提高.这表明,在相对干旱的生境下,鹅绒委陵菜的光合能力得到增强,各光合生理参数朝着有利于其生长的方向发展.水分条件可能是影响鹅绒委陵菜繁殖能力和盖度的重要环境因子.