放牧高寒嵩草草甸植物根系累积过程及对土壤养分循环的影响

Long-term overgrazing in alpine meadows has switched dominant plant communities from graminoids to forbs. Degraded alpine meadows are typically characterized by the accumulation of root, the extremely-developed mattic epipedon, the decreased soil bulk density and the restricted litter decomposition. With degrading process, the mattic epipedon and soil biological crusts are extremely expanding and gradually maturing and finally perishing. Focused on the typical plant community of alpine meadow on the Qinghai-Tibet plateau, we attempt to study the quantity characteristics of root system by minirhizotron technique and soil auger method. We study the decay rate and release dynamic of root system and leaf litter, and the effect of root and litter accumulation on soil mineralization with the method of nylon-bag. Moreover, we will explore the synergistic effect between the changes of microbial population and decomposition of root system and litter by grazing in alpine meadow. This study would provide a new insight into the alpine meadow degradation theory, and would provide a theoretical basis for sustainable development of alpine meadows ecosystem.

高寒草地在长期超载放牧的情况下，草地优势种群会由禾草变为小嵩草群落，根系大量累积，表层土壤容重减小，土壤全量养分增加而速效养分减少，造成土壤养分的生物固定引起营养供求失衡。本项目以青藏高原高寒草甸的典型植物群落为研究对象，用微根管法和土钻法相结合的手段研究放牧胁迫下高寒嵩草草甸植物根系及凋落物累积特征；采用野外尼龙网袋法探寻不同放牧草地植物根系、凋落物各自的分解速率和养分释放动态规律，并分析其对养分矿化的影响；探索放牧草地演替过程中微生物类群的变化与根系、凋落物分解的协同作用；丰富高寒草甸生态系统退化理论，为青藏高原高寒草地生态系统的可持续发展提供对策及理论依据。

放牧引起高寒嵩草甸由禾草-矮嵩草群落向小嵩草群落再到黑土滩-杂类草次生裸地发生演替。小嵩草草甸根系大量累积，草毡化程度加剧，植物残体分解受到阻滞。对高寒草甸演替过程植物残体累积、分解及养分循环的研究有助于高寒草地合理利用与退化修复工作的开展。本项目以青海海北高寒草甸5个演替状态（禾草-矮嵩草群落、矮嵩草群落、小嵩草加厚群落、小嵩草开裂群落和黑土滩次生裸地）优势植物为对象，研究了植物根系及凋落物累积特征、分解速率及养分释放动态、微生物与植物残体分解的协同作用。结果表明：（1）高寒草甸地上生物量、盖度、土壤有机碳及养分、水分、微生物量碳氮均随演替进程的加剧而递减。小嵩草加厚期根系达到极高，为6.05kg/m2，这一小嵩草草毡化现象不利于有机物的分解及养分的释放。小嵩草草毡化阶段是高寒草甸退化的中间过程，是转折点，也是退化修复的关键阶段。（2）不同演替阶段植物凋落物和根系在24个月的分解过程中质量残留率逐渐降低，亏损率逐渐升高，但根系较凋落物分解缓慢。分解较快的细叶亚菊和鹅绒委陵菜分解率分别为根系51.3%和30.5%，凋落物37.4%和35.5%，而分解最缓慢的是处于加厚期小嵩草草根系和矮嵩草凋落物（年分解率分别为20.4%和10.9%）。N、P元素在高寒草甸植物分解过程中都出现了一定的富集现象，而K元素随着分解是逐渐释放的，说明高寒草甸N、P养分元素供应不足。Fe、Mn、Zn、Ca从分解初期呈现富集现象。禾草、矮嵩草凋落物混合分解出现了相互促进作用。（3）微生物（丛枝菌根真菌、细菌和真菌）在小嵩草加厚期均出现了多样性最低的现象，这与加厚期小嵩草植物残体分解最慢是一致的。纤维素酶、几丁质酶在小嵩草阶段较高，有利于高度累积根系的分解与养分的释放。处于黑土滩时期的细叶亚菊和鹅绒委陵菜植物残体分解最快，这不仅与植物残体本身纤维素含量、C/N比有关，而且与土壤通气性和微生物多样性较高紧密相连。