在全球中波紫外辐射(UVB)增加的背景下,土壤有机碳(SOC)矿化速率增强是多数陆地生态系统正在经历的重要生态学过程.铁氧化物可以通过吸附或共沉淀作用,影响土壤有机碳的稳定性,在调节碳循环过程起到重要作用.以历山舜王坪亚高山草甸东南坡与西北坡表层土壤为对象,通过为期50 d的室内培养实验,研究铁添加对土壤有机碳光降解的影响机制.结果表明:不同坡向亚高山草甸表层SOC矿化特征不相同,西北坡的SOC累积矿化量和矿化速率均显著高于东南坡,主要是因为西北坡土壤中非晶形铁(Feo-p)含量显著低于东南坡,对SOC保护力较弱;在UVB辐射下,表层土壤有机碳发生了光降解作用,促进了 土壤有机碳的矿化.UVB辐射下西北坡的矿化量以及矿化速率增加幅度(即光引发作用)显著高于东南坡;外源添加铁抑制了土壤有机碳矿化,显著降低了土壤碳的累积矿化量和矿化效率,也显著了降低土壤碳的光降解;在未来UVB辐射持续增强下,西北坡向土壤有机碳有较强的光降解潜力,外源添加铁可以在一定程度上缓解表层土壤有机碳光降解作用.本文可为气候变化背景下深入理解亚高山草甸表层土壤有机碳固持机制提供理论依据.

解析群落中生物多样性维持的决定因素是生态学研究的一个重要目标.为了获得普达措国家公园碧塔海-属都湖片区鸟类物种多样性,2021年8月至2022年7月,设置8条总长17 km的鸟类调查样线,并于2021年11月至2022年10月在片区24个位点布设红外相机进行辅助调查.为了重点研究越冬期鸟类群落功能多样性格局及其驱动机制,2021年11月至2022年3月,对碧塔海-属都湖片区内高原湖泊、高山草甸、针阔混交林和针叶林4种生境共30个样点进行了越冬期鸟类群落的调查.利用15个鸟类功能性状计算群落功能丰富度(FRic)和平均最近邻接功能距离(MNND),并构建零模型,探讨环境过滤和极限相似性作用对越冬期鸟类群落构建的相对重要性.结果表明,本研究在普达措国家公园碧塔海-属都湖片区共记录13目42科114种鸟类,与该区域前期野外记录相比新增了74个野外记录鸟种.该片区不同生境类型的鸟类物种组成差异明显,针阔混交林和针叶林物种组成相似,但未完全重合.在该区域高原湖泊和高山草甸越冬的16种鸟类显著扩大了越冬期鸟类群落的功能空间,但同时显著减小了功能空间中物种的平均最近邻接功能距离.4种生境鸟类群落功能空间随物种丰富度增加而增大,但零模型分析发现功能空间的观察值总体上小于期望值;功能空间中物种间平均最近邻接功能距离随物种丰富度增加变得更近,限制性零模型分析结果显示,其观察值整体趋势上大于期望值.综上,本研究更新了对普达措国家公园鸟类物种多样性的认知,可为该区域鸟类保护和管理提供最新数据支持.越冬鸟的迁入使片区越冬期鸟类群落在功能结构上更紧凑、更稳定;群落功能多样性研究结果表明,环境过滤限制了该区域越冬期鸟类群落功能空间随物种丰富度的增大,同时极限相似性对物种在功能空间中的分布起着重要作用,即环境过滤和极限相似性对片区越冬期鸟类群落的构建过程具有双重重要性.

土壤微生物群落在草地生态系统功能中发挥着至关重要的作用,但目前尚不清楚微生物群落的分子生态网络如何响应亚高山草甸退化.以五台山4个不同退化阶段(未退化、轻度退化、中度退化和重度退化)亚高山草甸为研究对象,利用高通量测序和随机矩阵网络构建理论构建土壤微生物群落分子生态网络.探讨草地退化对亚高山草甸土壤微生物群落结构及网络的影响,不同退化程度下微生物网络结构中的关键微生物变化规律以及该过程中微生物之间的互作关系.研究结果表明,不同退化程度亚高山草甸土壤微生物(细菌、真菌和细菌-真菌)网络拓扑属性存在差异.总体上,退化增加了土壤细菌内部、真菌内部以及细菌-真菌群落间的相互作用,导致其网络结构更为复杂.未退化草甸土壤微生物网络具有较长的平均路径距离和较高的模块性,使其比退化草甸更能抵抗外界环境的变化,在应对人为干扰或者气候变化时可能具有更高的稳定性.退化草甸中的网络关键物种(模块枢纽和连接器)与未退化草甸明显不同.土壤含水量和pH与亚高山草甸土壤细菌、真菌以及整个微生物网络连通度均显著相关(P＜0.05),总氮和硝氨态氮含量与土壤真菌和微生物网络连通度呈显著相关(P＜0.05).亚高山草甸退化导致土壤微生物种间关系改变,进而改变土壤微生物整体生态网络.

阿尔泰山是个完整的自然地域综合体,自然地理要素垂直地带性分异显著,对花粉搬运、沉积、保存有较大影响.根据对中国阿尔泰山西部53个表土样品花粉谱特征分析,基于植物群落样方物种调查结果,运用聚类分析和主成分分析方法,探讨了该区域表土花粉与现代植被分布的对应关系.研究表明(1)阿尔泰山西部表土花粉组合与现代植被分布基本一致,各植被带均存在特有的花粉组合,荒漠草原带蒿属—藜科—禾本科—麻黄属组合优势明显,草原灌丛带以禾本科—蒿属—蔷薇科—藜科组合为主,山地森林带表现为云杉属(或云杉属+冷杉属)—桦木属—蔷薇科—禾本科—莎草科组合,亚高山灌丛带以桦木属—禾本科—柳属—莎草科组合为主,高山草甸带表现为唇形科—禾本科—桦木属—蔷薇科—莎草科组合.聚类分析可将各植被带准确鉴别开,主成分分析表明湿度是影响其分布的主导因素.(2)云杉属、冷杉属、蔷薇科、桦木属、柳属、豆科、麻黄属、禾本科、蒿属、藜科、菊科、唇形科、莎草科、唐松草属含量高、变化幅度大,为该区域主要的表土花粉类型.其中,云杉属、桦木属代表性较好,禾本科、冷杉属、莎草科代表性较低,藜科、蒿属具超代表性.花粉含量高低除自身因素外,某些科(属)还可能与保存条件有关.

原生生物在草地生态系统养分循环、微生物群落稳定和土壤肥力维持方面发挥着重要作用.为了揭示亚高山草甸退化过程中土壤原生生物群落组成和多样性变化格局及环境驱动机制,本文利用18S rDNA高通量测序技术研究了五台山不同退化阶段(未退化(nondegraded,ND)、轻度(lightly degraded,LD)、中度(moderately degraded,MD)和重度退化(heavily degraded,HD))亚高山草甸土壤原生生物群落组成和多样性的变化特征.结果表明:丝足门、褐藻门、纤毛门、叶足亚门、锥足亚门、绿藻门和顶复门是亚高山草甸土壤原生生物的优势门(相对丰度＞1％).纤毛门、叶足亚门、绿藻门、Choanoflagellida和Perkinsea的相对丰度在4种不同退化程度草甸中存在显著差异(P＜0.05).LEfSe分析显示未退化草甸中主要富集了Perkinsea类群,轻度退化草甸中富集了盾纤目类群,中度退化草甸中富集了变形虫纲和卵菌纲类群,中度退化草甸中主要富集了绿藻纲和硅藻纲类群等光合自养原生生物.随着亚高山草甸退化加剧,土壤原生生物群落α多样性呈下降的趋势(P＜0.05).总氮、植物Shannon-Wiener指数、地上生物量、土壤含水量和铵态氮是土壤原生生物群落结构变化的主要预测因子.方差分解分析(variance partitioning analysis,VPA)结果表明土壤理化因子和植被参数共同解释了原生生物群落结构变异的38.44％,且土壤理化因子(20.69％)解释度大于植被参数(7.85％).五台山亚高山草甸退化过程中土壤原生生物群落α多样性和结构均发生了明显的变化,土壤环境因子是影响原生生物群落结构变化的重要因素.本研究结果加强了原生生物群落作为指示草地退化指标的潜力,可为科学全面地评价亚高山草甸土壤生态系统健康状况提供数据支撑与参考.

长白山是由火山喷发形成的山地生态系统,是研究生态系统重建和演替过程的天然实验室.以长白山西坡垂直带中的亚高山针叶林带、亚高山岳桦林带、高山草甸带、高山苔原带土壤为研究对象,采用磷脂脂肪酸法(PLFA)和微孔板法分别测定土壤微生物群落结构及酶活性,探讨(1)长白山西坡微生物群落结构及酶活性沿海拔的分布特征;(2)垂直带植被因子、土壤因子对微生物群落结构及酶活性的影响.结果表明:土壤有机碳、全氮、全磷含量均随海拔升高先增加再减少,有机碳和全氮最高值出现在岳桦林带;随海拔升高,土壤微生物总PLFA和各类群微生物PLFA呈现出先增加后减少的变化特征,表现为亚高山岳桦林带＞亚高山针叶林带＞高山草甸带＞高山苔原带;在对土壤微生物总PLFA的贡献率上,表现为细菌＞真菌＞放线菌,G-＞ G+;微生物PLFA相关性方面,细菌、放线菌、G+、G-之间的关联性较大,真菌与这四者之间的关联性较小;土壤全氮含量与各微生物类群均表现为显著正相关,而C/N则与各微生物类群均表现为负相关,二者是调控土壤微生物沿海拔变化的主要因子;土壤水解酶3G和AP活性随海拔升高而逐渐增加,其中AP活性对高山苔原带生态系统表现出很好的响应;土壤含水量、C/N和土壤温度是调控土壤酶活性垂直变化的主要因子;高山苔原带草甸化过程对土壤含水量、全磷含量、水解酶AP活性产生重要影响,而对土壤微生物PLFA含量和其他酶活性影响不大.长白山垂直带土壤微生物群落结构和酶活性除了受到土壤环境因子和水热条件的影响,还与植被群落组成及凋落物性质具有紧密联系.

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.

以芦芽山荷叶坪亚高山草甸为研究对象,共设置150个5 mX5 m草本样方,进行群落生物学调查,对研究区36种草本植物重要值、α多样性指数、谱系多样性指数及其相关性进行研究.结果表明:荷叶坪亚高山草甸物种多样性总体分布较均匀,边缘地区物种更丰富,呈现“边缘效应”;4个样地的群落谱系结构呈聚集模式,12个样地的群落谱系结构呈分散模式;谱系多样性指数(PD)与Petrick指数、Simpson指数和Shannon指数呈正相关,净亲缘关系指数(NRI)和最近种间亲缘关系指数(NTI)与α物种多样性指数无明显相关性.

树线变动会对生物多样性分布以及生态系统功能的维持造成深远影响,研究树线处土壤微生物群落及其功能,对预测高海拔生态系统响应气候变化具有重要价值.采用MiSeq高通量测序技术及PICRUSt基因预测分析方法,对北京东灵山辽东栎林及树线之上亚高山草甸的土壤细菌群落及功能进行对比研究,结果表明:土壤细菌物种多样性在树线处没有发生显著的变化,沿海拔也没有呈现出明显趋势,但细菌群落结构以及预测功能基因均发生了变化.在39个二级预测功能分类中有10个子功能的相对多度在森林和草甸中具有明显差异.其中,其他次生产物代谢的生物合成、转录、多糖生物合成和代谢、酶家族、信号分子及交互作用、环境适应、细胞生长和死亡等的功能基因在森林中明显高于草甸中;而维他命及辅因子代谢、膜运输、内分泌系统等的功能基因在草甸中偏高.

以西南横断山区高山草甸优势植物种珠芽拳参(Polygonum viviparum)和银叶委陵菜(Potentilla leuconota)为研究对象,将其物候分为花芽期、开花期、凋谢期和种子成熟期4个阶段,每个阶段又分为开始、峰值和结束3个状态.采用开顶式增温箱进行模拟增温,连续增温4年后,于增温第5年的2016年生长季跟踪调查了模拟增温对珠芽拳参和银叶委陵菜的繁殖物候序列的影响,以探讨高山植物群落对气候变化的响应过程.结果显示,模拟增温后:1)珠芽拳参各物候阶段的持续时间缩短;除凋谢阶段起始、结束期延迟外,其他状态均有不同程度的提前;各阶段的过渡期有不同程度的缩短,繁殖周期缩短;2)银叶委陵菜各物候阶段的持续时间延长;凋谢期结束前各状态(除开花峰值外)表现为不同程度的提前;各阶段过渡期对增温的响应不一致,繁殖周期延长.结果表明:完整的繁殖物候序列能更准确地反映植物物候对气候变暖的响应;植物对环 境变化的响应和应对策略存在种间差异,这种差异可能会进一步改变植物群落组成和结构.