武功山山地草甸退化土壤生态特征时空变异与土壤碳汇响应机制研究

The widely-distributed and low-altitude (1600m above seal level) mountain meadows in Wugong Mountain of Jiangxi province is typical and unique along the vertical vegetation spectrum of East China, and is an important indicative vegetation type for climate change. However, human disturbances and excessive tourism development have made the mountain meadows being serious degradation and fragmentation. As one of the most widely distributed type of terrestrial ecosystems, mountain meadows play an important role in the global carbon cycle. Because of extreme sensitivity of the Wugong Moutain meadows to human disturbance and climate change, the objectives of this research are: 1) to assess soil ecological system features (nutrient, microbial population, enzyme activity and so on) and spatial-temporal variations of different interferences and degradation degree; 2) to explore the effects of soil degradation degree and altitude of meadows on feature, quantity, function and response of mountain meadows carbon (soil organic carbon, soil carbon dioxide flux and so on); 3) and to reveal the relationships between key processes of mountain meadows carbon cycle and human disturbance, and the relationships between meadows soil property changes and aboveground vegetation productivities. The research can reveal the mechanism of degraded ecosystems for restoration and recovery of soil functions as well as for developing adaptive strategies to deal with global climate change.

江西武功山山地草甸以其面积广和分布基准海拔低（1600m）的特点在华东植被垂直带谱中具有典型性和特殊性，是气候变化的重要指示植被类型。但人为干扰和过度旅游开发已经使武功山脆弱的山地草甸出现严重退化和破碎化态势。作为陆地生态系统中分布最广的生态系统类型之一，山地草甸在全球碳循环中起着重要作用。本研究拟利用武功山山地草甸特殊生态系统对人为干扰和气候变化具有极端敏感性的特性，开展不同干扰和退化程度的草甸土壤生态系统特征（土壤养分，土壤微生物种群、土壤酶活性等）时空变异规律研究，探讨草甸土壤退化程度和海拔温度变化对山地草甸生态系统碳库（土壤有机碳、土壤CO2通量等）特征、数量、功能的影响机制，剖析人为干扰和温度升高对草甸土壤生态过程及草甸土壤碳转化过程的关键影响因素。研究将既有助于揭示退化生态系统恢复中的作用机理以及土壤功能恢复的的生态学机理，又可指导山地草甸退化生态系统植被恢复及制定应对气候变化

江西武功山山地草甸以其面积广和分布基准海拔低（1600m）的特点在华东植被垂直带谱中具有典型性和特殊性，是气候变化的重要指示植被类型。但人为干扰和过度旅游开发已经使武功山脆弱的山地草甸出现严重退化和破碎化态势。作为陆地生态系统中分布最广的生态系统类型之一，山地草甸在全球碳循环中起着重要作用。本研究利用武功山山地草甸特殊生态系统对人为干扰和气候变化具有极端敏感性的特性，开展不同干扰和退化程度的草甸土壤生态系统特征时空变异规律研究，探讨草甸土壤退化程度和海拔温度变化对山地草甸生态系统碳库特征、数量、功能的影响机制，剖析人为干扰和温度升高对草甸土壤生态过程及草甸土壤碳转化过程的关键影响因素。结果表明：武功山草甸和土壤的退化改变了土壤理化性质间的相关关系，土壤养分含量丰富，在未退化、轻、中、重度退化阶段对土壤氮素影响最大的因素分别是土壤质量含水率、交换性酸、有机碳、水解性总酸度。随着海拔升高，土壤渗透性呈降低趋势，随着干扰程度增强，草甸土壤渗透性呈降低趋势。土壤中的细菌有42个门，110个纲，165个目，189个科，200个属；真菌有123个门，238个纲，259个目，302个科，359个属。研究区优势细菌门为酸杆菌门(Acidobacteria)、变形菌门（Proteobacteria）和泉古菌门(Crenarchaeota)；优势真菌门为担子菌门（Basidiomycota）、子囊菌门（Ascomycota）、球囊菌门（Glomeromycota）。在相同温度培养下，随着退化程度的加剧，其净氮矿化速率会逐渐增加，预测武功山草甸土壤净氮矿化量的峰值可能会在25℃~30℃之间出现。温度和土壤有机碳对土壤呼吸有显著影响，其中优势种芒草温度敏感性最强，飘拂草最低。在对原植被环境不产生显著破坏的情况下，推荐使用草皮移植的措施对退化草甸区进行修复；推荐芒作为主要修复草种，狗牙根作为辅助草种，并搭配覆盖无纺布开展植被恢复工作。研究成果揭示了退化生态系统恢复中的作用机理以及土壤功能恢复的生态学机理，为武功山山地草甸退化生态系统植被恢复经营和管理及制定应对气候变化策略提供了指导和重要参考。