为了查明高寒地区建植一年生禾本科人工草地的土壤节肢动物群落动态,2019年4月在青藏高原东缘红原县境内建植了黑麦草和燕麦两种一年生单播人工草地,并以天然草地为对照.2019-2022年每年9月下旬对土壤节肢动物群落、植物群落和土壤理化性质开展观测.结果表明:1)土壤节肢动物的群落组成结构在3种草地及年际间差异显著;2)土壤节肢动物密度、类群数、Shannon指数和均匀度指数在3种草地间差异不显著;3)随着年限增加,3种草地的土壤节肢动物密度显著波动;黑麦草和燕麦草地土壤节肢动物类群数和Shannon指数显著降低,均匀度指数仅在第4年显著降低;天然草地的Shannon指数呈显著波动,均匀度指数无明显变化;4)草地的地上和地下生物量、土壤全磷、全钾、有效氮含量是影响土壤节肢动物群落的主要因子.研究表明,在高寒地区种植一年生禾本科牧草对土壤节肢动物群落的组成结构有显著影响,对密度及多样性指数影响不显著;种植年限对群落组成结构、密度和多样性指数影响显著.

返青期休牧措施可以有效提高高寒草甸生产力,为了解其对氮矿化及微生物的影响.以玛沁县大武镇高寒草甸为试验样地,设立5个休牧时间,分别为CK(放牧)、休牧20d、30d、40d、50d,在牧草生长季(5-9月)研究了土壤微生物量和有效氮素的动态变化.结果表明:土壤微生物量碳(SMBC)和土壤微生物量氮(SMBN)均随着休牧时间的增加而呈现上升趋势.SMBC在生长初期(5月、6月)休牧50d处理下较CK分别增加了 22.49％、123.33％,生长末期休牧40d处理下含量较高.5月份SMBN在休牧40d下显著高于其他处理,其余月份均在休牧50d处理下含量较高.土壤铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)在生长季呈现先升高后降低的趋势.多数情况下,休牧30d 土壤NH4+-N含量高于CK处理;不同休牧时间对土壤NO3--N含量影响不明显.土壤氮矿化速率在不同月份间差异显著,但总体上呈现休牧30-40d 土壤氮矿化速率较高、CK较低的趋势.因此,在返青期对三江源区高寒草甸进行适当的休牧活动利于其有机氮的转化.

为明确春季休牧对中度退化高寒草甸植被特征、土壤理化性质和土壤真菌群落特征的影响,本研究在祁连山区高寒草地设置春季休牧和自由放牧两个处理,休牧结束后于牧草生长旺季,调查草地植物群落特征并采集土壤样本.结果表明,春季休牧后高寒草地植物群落多样性指数、均匀度指数和丰富度指数显著升高(P＜0.05),与自由放牧相比,分别升高了80.00％、50.94％和21.89％;植被生物量显著增加(P＜0.05),增幅达52.41％;休牧后草地地上/下生物量比值由8.58％增加到25.59％,休牧改变了植被生物量的分配格局;休牧后土壤有机碳和全钾含量显著增加(P＜0.05),增幅分别为10.64％和1.10％;而土壤容重和pH显著降低(P＜0.05),降幅分别为17.83％和4.60％.春季休牧处理下土壤子囊菌门的相对丰度增加,而被孢霉菌门的丰度下降;土壤真菌群落多样性指数在两处理间差异不显著;PCoA分析结果显示,主坐标1(PCo1)、主坐标2(PCo2)和主坐标3(PCo3)对真菌群落结构差异的解释率分别为17.58％、12.07％和11.51％,累计解释率为41.16％;真菌共现网络模块化分析发现,春季休牧处理下土壤真菌网络复杂性更高,土壤真菌群落更稳定.植被和土壤因子的方差分析结果显示,土壤含水量和植被地下生物量是影响真菌群落重构的两个主要调控因子.

[背景]青海高原特殊生境孕育着特殊适生性的微生物资源.[目的]探究适生于高原生境的芽孢杆菌对高寒牧草的促生防病效应.[方法]以分离自青海海西州大格勒干旱沙地白刺(Nitraria tangutorum)根围的Bacillus halotolerans DGL6 为研究材料,测定其对"青麦 7 号"的促生防病效应.分别以浸种、灌根的方法测定其对"青麦 7 号"种子萌发及幼苗生长的效应,并测定 12 d内幼苗生理指标的变化;测定菌株 DGL6 抑制"青麦 7 号"幼苗离体叶片感染病原真菌活性;以平板对峙法测定其对病原真菌的抑制率;以透明圈法检测其产抑菌相关水解酶活性.[结果]菌株DGL6 对"青麦 7 号"种子萌发及幼苗生长具有显著的促生效果,种子萌发的芽长、根长及鲜重分别提高 27.26%、23.03%和 45.42%,12 d内幼苗的株高、根长、鲜重分别显著提高 33.42%、107.85%和 95.24%,叶绿素、可溶性糖及可溶性蛋白含量显著增加,丙二醛含量下降;喷施DGL6 菌悬液可明显抑制小麦赤霉菌在"青麦 7 号"离体叶片上的生长;菌株 DGL6 对小麦赤霉菌(Fusarium graminearum)表现出显著拮抗活性(抑菌圈平均直径为 18 mm);菌株DGL6 在 4 种水解酶检测培养基上均形成明显透明圈,表明其具有分泌纤维素酶、果胶酶、蛋白酶和β-1,3-葡聚糖酶的能力.[结论]本研究为促进高原作物"青麦 7 号"的生长、提高其抗病性提供了优异菌株及理论依据.

磷素是高寒草地生态系统的重要支持元素,高寒草甸退化导致较为严重的生态和生产问题,同时也引起了生态系统物质循环的变化.为揭示高寒草甸退化中土壤磷素特征及其对植被特征的效应,以东祁连山轻度(LD)、中度(MD)、重度退化(SD)高寒草甸退化阶段为研究对象,以多年围封高寒草甸(FG)为对照,在春季和夏季分别对不同高寒草甸阶段样地不同土层深度土壤全磷、有效磷、微生物量磷含量及碱性磷酸酶活性等磷素特征进行了研究,并对夏季植被地上生物量和磷素含量等植被特征进行了调查.结果表明:东祁连山高寒草甸退化导致植被地上生物量和磷含量急剧下降,重度退化高寒草甸地上生物量干重仅是围封草地的35.93％,退化高寒草甸地上部磷含量仅为围封草地的60％,且不同退化阶段地上部磷含量没有明显差异.退化导致高寒草甸表层土壤的全磷、有效磷含量升高,相比FG,土壤有效磷含量春季LD、MD和SD分别升高了 16.67％、36.67％和3.33％,夏季分别升高了 4.35％、26.09％和4.35％,且有效磷含量具有夏季低于春季的季节差异性.退化导致土壤微生物量磷含量明显降低,而对碱性磷酸酶活性影响没有明显的规律性,但围封草地夏季碱性磷酸酶活性高于春季.牧草干重与土壤全磷含量呈极显著正相关,与土壤碱性磷酸酶活性呈显著负相关,但牧草磷含量与土壤磷素特征指标未表现出显著相关性,表明土壤磷素特征并不是退化高寒草甸植被磷含量降低的原因.

草地生物量是高寒草甸生态系统功能状态与生产效益的基础指标.然而,青藏高原冬半年非生育期,包括生物量在内的牧草要素观测全面中止,使得冬季成为牧草观测的一个空白期.通过2020年8月—2021年4月在青海海北高寒草地逐月牧草参数与高光谱野外同步观测试验,进行了牧草不同月份、不同衰减状态下生物量、表观状态、光谱特征的观测及其动态变化过程分析.结果表明,高寒冬季牧草生物量总体呈迅速下降和相对稳定两个阶段.8—10月牧草生物量处于迅速衰减下降阶段,牧草生物量由8月的9225kg/hm2急剧下降至10月的3536kg/hm2,降幅近160％,11月—次年4月则进入总体稳定阶段.利用衰减过程牧草生物量与反射光谱间关系,提出了一种修订的归一化枯草植被指数(R-DGVI),该指数在低覆盖与高覆盖植被区均表现出较好的枯草识别能力,具有相比NDVI更强的枯草识别能力与更宽的阈值范围.在此基础上,建立的中分辨率成像光谱仪(MODIS)卫星冬季枯草生物量遥感估算模型R2达到0.5627(P<0.01),进一步,通过给出5个等级枯草生物量遥感估算的R-DGVI阈值指标,实现了枯草生物量的卫星遥感的较好估算.研究工作为揭示冬季枯草衰减规律以及构建冬季枯草遥感监测业务提供了关键参数与可行的技术方法.

以高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸7个主要植物种为研究对象,利用15N同位素标记技术,通过分析不同器官对氮素的吸收及分配特征,揭示主要植物种在群落中的生态适应性、竞争力和地位.结果显示:(1)矮嵩草的叶和茎、垂穗披碱草(El ymus nutans)的叶,以及双柱头蔗草(Scirpus distigmaticus)和鹅绒委陵菜(Potentilla anserina)的叶、茎、根均偏好累积硝态氮,早熟禾(Poa annua)的穗和叶以及甘肃马先蒿(Pedicularis kansuensis)和短穗兔耳草(Lagotis brach ystach ya)的根均偏好积累铵态氮.(2)矮嵩草对吸收的甘氨酸和硝态氮主要分配于叶中,铵态氮分配于茎中;双柱头藨草对吸收的甘氨酸和硝态氮主要分配于茎中,铵态氮分配于叶中;垂穗披碱草和早熟禾对吸收的硝态氮和铵态氮主要分配于叶中;垂穗披碱草对吸收的甘氨酸主要分配于根中,而早熟禾将较多的甘氨酸分配到穗中;甘肃马先蒿对吸收的硝态氮主要分配于叶中,铵态氮分配于根中;鹅绒委陵菜对吸收的甘氨酸、硝态氮和铵态氮主要分配于叶中;短穗兔耳草对吸收的甘氨酸主要分配于叶中,硝态氮和铵态氮主要分配于根中.(3)在牧草生长盛期,矮嵩草草甸土壤的有机氮和无机氮主要贡献于甘肃马先蒿的花、早熟禾的穗、垂穗披碱草的根和鹅绒委陵菜的茎叶.研究表明,高寒矮嵩草草甸主要植物不同器官对氮素的吸收及分配呈现多元化特征,因不同植物种的生物学特性和生态适应习性而异.

通过野外原位试验, 采用 15N 标记技术和密闭室间歇通气法, 在青海省同德牧场高寒燕麦人工草地研究不施肥对照、单施尿素、尿素+脲酶抑制剂(NBPT)、尿素+硝化抑制剂(DMPP)、尿素+NBPT+DMPP处理下高寒人工草地氨挥发、草地初级生产力及 15N 标记肥料在牧草茎叶、根系和土壤中的回收率, 为高寒草地生态系统管理和可持续利用模式提供科学依据.结果表明: (1)不同处理下高寒人工草地土壤氨挥发速率表现为: 不施尿素对照处理总体上处于较低且稳定的水平(4.13—7.11g N·hm-2·d-1);单施尿素处理氨挥发速率第2天达到最大值343.43 g N·hm-2·d-1, 随后逐渐下降;尿素+DMPP处理氨挥发速率第2天达到最大值216.53 g N·hm-2·d-1;尿素+NBPT和尿素+NBPT +DMPP处理氨挥发速率均在第7天达到最大值, 分别为43.19 g N·hm-2·d-1、34.55 g N·hm-2·d-1.(2)不同处理下高寒人工草地土壤累计氨挥发量表现为: 尿素(727.77 g N·hm-2)＞尿素+DMPP(439.30 g N·hm-2)＞尿素+NBPT(94.85 g N·hm-2)＞尿素+NBPT+DMPP(80.01 g N·hm-2).统计结果表明, 除尿素+NBPT+DMPP和尿素+NBPT之间差异不显著外, 其余处理间累计氨挥发量差异显著(P＜0.05).(3)不同处理下高寒人工草地总初级生产力表现为: 不施肥对照处理总初级生产力为565.57 g·m-2·y-1,施尿素处理总初级生产力为652.36 g·m-2·y-1, 尿素+DMPP、尿素+NBPT、尿素+NBPT+DMPP处理总初级生产力为678.33—704.41 g·m-2·y-1.(4)不同处理下高寒人工草地 15N肥料在牧草茎叶、根系和土壤中的回收率看: 单施尿素处理 15N 总回收率(茎叶+土壤+根系)为 57.67%, 尿素+DMPP 处理 15N 总回收率为 58.08%, 尿素+NBPT、尿素+NBPT+DMPP处理 15N总回收率分别为68.74%和79.82%.统计结果显示尿素+NBPT+DMPP和尿素+NBPT处理显著提高高寒人工草地氮肥回收率.另外, 15N 标记肥料在牧草茎叶的回收率为 28.45%—37.62%, 在牧草根系中的回收率为 2.33%—2.68%, 土壤层(0—0 cm)中回收率为 25.90%—41.64%.可以看出, 尿素+NBPT+DMPP与尿素+NBPT是同德高寒人工草地降低氨挥发和提高氮肥利用率的最佳施肥措施.

该试验采用不同浓度(0, 100, 200, 400, 600 mmol·L-1)NaCl溶液处理萌发的星星草、草地早熟禾、老芒麦和披碱草幼苗在 6—15 ℃和 20—25 ℃两种温度条件下生理生化的变化.结果表明: ①在不同盐浓度的胁迫下, 披碱草、草地早熟禾和星星草随着盐浓度的提高, 可溶性糖含量呈现增高的趋势;而老芒麦呈现先升后降的趋势.且不同温度处理对牧草幼苗可溶性糖含量影响较大, 但在高盐浓度处理下, 温度对幼苗可溶性糖含量影响极显著, 6—15 ℃处理显著提高幼苗的可溶性糖含量.②随着盐浓度增加, 四种牧草游离脯氨酸含量均迅速积累, 且20—25℃处理下脯氨酸含量显著高于 6—15 ℃处理.③盐胁迫导致四种牧草根尖过氧化氢含量和细胞死亡率的增加, 而 6—15 ℃温度处理可以降低根尖过氧化氢的积累.④四种牧草随盐浓度增加根尖细胞死亡率均有增加的趋势, 6—15 ℃低温可以有效减轻盐胁迫对根细胞的损伤.⑤四种牧草在两种温度处理下随盐浓度增加株高都有所降低, 且在不同温度处理下牧草的株高没有显著性差异.

为了阐释青藏高原高寒草甸退化的关键生态过程,该研究依托藏北高原草地生态系统研究站(那曲站),设置不同退化梯度实验,即对照、轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化5个梯度,探究群落生产力和物种多样性对不同退化强度的响应机制.结果表明:1)随着退化程度不断加剧,地上生物量呈现线性或非线性增加趋势,在重度退化处理下,地上生物量显著高于对照32.3％,其中高山嵩草(Kobresia pygmaea)地上生物量呈非线性下降趋势,而矮火绒草(Leontopodium nanum)地上生物量呈非线性增加趋势;2)与地上生物量的响应模式相反,随着退化程度加剧,地下生物量与总生物量均呈现非线性降低趋势;3)高寒草甸退化过程中,物种辛普森指数、丰富度指数、香农多样性指数和均匀度指数均呈现非线性上升趋势.结构等式方程结果表明,土壤碳含量和体积含水量与地下生物量均呈现显著的正相关关系.土壤碳含量、体积含水量和砾石质量比对地上生物量无显著影响,土壤碳、氮含量与物种多样性指数呈现显著的负相关关系.研究认为地上生产力的变化不能很好地指示草地的退化程度,建议今后研究应以可食性牧草和毒杂草等植物功能群的变化来衡量草地退化.