放牧干扰下生物土壤结皮演化与系统稳定性的协同过程及影响机制

Biological soil crusts are an important component of alpine meadow ecosystems,because it exist during the whole system succession.It occupies large area of meadow surface in Kobresia meadow.With increasing grazing intensity, the expansion、thickening and aging of biological soil crusts lead the formation of vast area of continuous black patch,which could delay the precipitation penetrate and,accelate the drying trend of soil.Therefore,the growth of plants is depressed.This could be the main cause for the alpine meadow degradation. In this project we set up four different grazing intensity experiments in the Kobresia meadow, We investigate the different grazing disturbance,the ecological and functional change of species diversity,distribution characteristic,hydro-ecology,material recycling and vegetation ecological effect.Probing into the coevolution of biological soil crusts and the system in the course of alpine meadow succession caused by grazing;the influence process and intensity of occurance,development and succession of biological soil crusts in the soil-water-vegetation system change in the system stability.Understand the ecological processand functional change of biological soil crusts in the pressure of grazing;the influence mechanism of biological soil crusts on the system stability.Enrich the degradation theory of alpine meadow and provide the theory basis and technology support for the sustainable utilization of alpine meadow and zonal ecological safety.

高寒草地退化演替进程中，在小嵩草阶段生物土壤结皮（BSCs）大面积发生，植被生长衰退。随放牧强度加重，其扩张、加厚、老化，地表形成大面积连续黑斑，阻滞降水入渗，加速土壤干旱化进程，是导致高寒草甸退化的主要原因之一。本研究拟选青藏高原主要放牧草场小嵩草草甸，设置4个不同放牧梯度实验，研究放牧干扰下小嵩草群落的逆向和正向演替过程中，BSCs的物种组成、分布特征、水文效应、物质循环、植被生态效应等生态过程及功能变化。探究放牧压力下其与高寒草甸生态系统协同演化关系；BSCs在土壤-水分-植被系统演变过程中其发生、发展、演替对系统稳定性的影响过程及强度。明晰放牧驱动下BSCs生态过程及功能变化；BSCs对系统稳定性的影响机制。丰富高寒草甸退化理论，为高寒草地可持续利用和区域生态安全的保障提供理论依据和技术支撑。

生物土壤结皮（BSCs）是高寒草甸地被层的重要组成部分，高寒草地退化演替进程中， BSCs大面积发生和演替，其在小嵩草阶段藻结皮大面积分布，阻滞降水入渗，加速土壤干旱化进程，是导致草甸退化的主要原因之一，但其在高寒草甸的演替理论中一直被忽视，生态地位不明。本项目以青藏高原的BSCs为研究对象，选择主要放牧草场小嵩草草甸，设置4个不同放牧梯度实验，研究放牧干扰下小嵩草群落的逆向和正向演替过程中，BSCs的物种组成、分布特征、水文效应，物质循环、植被生态效应等生态过程及功能变化。研究表明：（1）BSCs的分布及状态受草甸植被生长状况的影响。苔藓类结皮在禾草嵩草草甸出现频度最高，随植被退化频度降低“黑土滩”阶段最低；藻结皮和地衣在矮嵩草阶段出现，在小嵩草草甸裂缝期和剥蚀期出现频度最高。苔藓类结皮出现频率与植被盖度呈极显著相关（P<0.01），而与藻结皮和地衣结皮出现频率负相关。植被生长和表土稳定性状况导致了BSCs的异质性分布格局。（2）BSCs类型（藓结皮和藻结皮）、利用方式（放牧、减牧和封育）、斑块形成（斑和坑）及结皮去除都对水分入渗造成了极显著的影响（P<0.001），藻结皮和地衣的形成极显著抑制了水分入渗（F=–0.599，P=0.002和F=–0.471, P=0.02），藓结皮的形成影响不大（F=0.286，P=0.175），草毡表层根的大量累积也极显著抑制了土壤入渗速度（F=–0.727，P<0.001）（3）通过模拟野外环境的室外实验，研究了BSCs类型、种子位置和表土结构对植物种子（草地早熟禾、高山豆和鹅绒委陵菜）萌发的影响，结果表明BSCs类型和种子位置影响到种子萌发，结皮对种子萌发的抑制效果取决于BSCs类型和被检测的物种。影响种子萌发的主要因素是BSCs类型，种子位置和土壤结构以及BSCs类型×种子位置，物种×种子位置，物种×土壤结构，和物种×结皮类型×土壤结构的交互作用。藻结皮显著抑制所有种子的萌发，只有高山豆在土壤表面的萌发与其在高寒草甸群落中的萌发显著相关。我们的结果表明BSCs能够在种子萌发时成为生物栅栏，对物种生长具有选择作用，取决于结皮演替的阶段。通过对种子萌发的影响，BSCs强烈影响到群落组成。（4）BSCs类型随着草甸的演替而发生相应的演替，植被盖度极显著抑制藻结皮发展（F=–0.868，P<0.01），但显著促进了藓结皮发展。