若尔盖高寒沙化草地恢复过程中植被和土壤性质的变化

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若尔盖高原地处青藏高原东缘,是我国的重要牧区,对长江及黄河流域水源涵养与生物多样性保护有着极为重要的战略意义,具有重要的生态系统服务功能。近几十年来,受到全球气候变化,以及过度放牧和人工排水等影响,若尔盖高原湿地面积日趋萎缩,草地退化日趋严重,出现大面积沙化草地。在近年的退牧还草和湿地保护工程实施后,草地的沙化趋势得到遏制,部分沙化草地得到恢复。本研究以若尔盖高寒沙化草地为研究对象,通过建立沙化草地恢复时间序列样地(分别是恢复1年、2年、4年、6年、8年、未恢复及未退化),研究沙化草地恢复过程中,植被及土壤性质的变化与相互关系,探究沙化草地恢复机制。研究结果表明:(1)随着恢复年限的增加,沙化草地由单一的恢复物种群落,逐渐向自然多物种群落变化,植被盖度、植被生物量、物种数量、根长度、根表面积、根投影面积等均显著上升。(2)随着恢复年限的增加,土壤理化性质得到明显的改善。恢复8年后土壤容重、土壤含水量、土壤最大持水量、团聚体平均质量直径(MWD)、平均几何直径(GWD)等均得到显著改良,显著高于未恢复处理。土壤p H未显著改变,土壤硝态氮、全磷及速效钾随恢复年限增加而显著上升,在恢复8年后达到最大值,分别为30.42±3.16mg/kg、0.59±0.01g/kg、144.17±3.63mg/kg。(3)恢复过程加速草地凋落物和腐殖质含量积聚,土壤酶活性和土壤微生物生物量碳氮显著提高,表现出随着恢复年限的增加而增加的趋势。5种土壤酶活性均在恢复至8年(≥8年)后与未退化处理间无显著性差异。与未恢复处理相比较,β-1,4-葡萄糖苷酶活性、β-1,4-N-乙酰葡萄糖苷酶恢复8年后分别增加了151.67μmol kg-1h-1、39.55μmol kg-1h-1增长幅度分别为98.05%、93.31%,酸性磷酸酶活性由5.17μmol kg-1h-1增加到了79.61μmol kg-1h-1,增幅度为93.5%,多酚氧化酶活性增长了67.46%,过氧化物酶活性增长了75.68%。(4)相关性研究表明,恢复过程中草地植被与土壤存在显著的相关性,在变化周期及先后顺序上存在一定关联。在时间梯度下,率先发生显著性改变的是与植被相关的生物量、盖度等指标及土壤容重孔隙度等土壤物理指标,土壤MWD、GWD和中间粒级团聚体这一类的土壤结构性指标改变往往发生在此之后。有机质、微生物碳氮等化学生物养分指标与植物地下根系特征,这些指标出现显著变化的时间往往是在恢复4年(≥4年)或6年(≥6年)以上时间梯度。(5)恢复时间达到8年(≥8年)以上时,围栏草地将恢复到健康草地状态,此时可进行适度放牧活动。放牧过程中,要注重对于植被物种丰富度、植被生物量、土壤容重及团聚体稳定性的定期监测,避免由于过度放牧导致草地退化,这将更有助于对若尔盖高寒草地沙漠化进行有效防治与恢复。
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