沙化对黄河首曲高寒草甸植物多样性与生态系统功能的影响

自70年代黄河首曲高寒草甸出现沙化以来，该区域内植被退化、生物多样性丧失、草场质量下降，给该区生态环境改善、社会、经济发展带来了严重的阻碍；同时，近年来对自然群落中生物多样性和生态系统功能关系的研究存在抽提具体影响因素不明确，缺乏对局域尺度自然群落观测研究的问题，更为重要的是，对高寒草甸因沙化造成的植物多样性变化，以及这种变化引起的生态后果研究工作严重不足。本项目以黄河首曲高寒草甸为研究对象，通过选取因不同沙化程度造成的植物多样性梯度自然群落，研究植物多样性对高寒草甸沙化的响应及其机制，以及沙化对局域尺度上高寒草甸植物多样性和群落地上生产力关系，植物多样性和群落地下生物量关系，植物多样性和土壤理化性质关系的影响。本研究丰富了生物多样性―生态系统功能关系研究领域，揭示高寒草甸植物多样性对沙化过程的响应机制，为保护当地脆弱生态系统生物多样性，减缓/防治当地高寒草甸沙化提供理论依据。

自70年代黄河首曲高寒草甸出现沙化以来，该区域内植被退化、生物多样性丧失、草场质量下降，给该区生态环境改善、社会、经济发展带来了严重的阻碍。本项目以黄河首曲高寒草甸为研究对象，通过选取因不同沙化程度造成的植物多样性梯度自然群落，研究植物多样性对高寒草甸沙化的响应及其机制，结果表明，1）随沙化程度的加剧，该区域植物群落盖度下降、物种数减少、植物多样性指数呈下降趋势，群落结构趋向简单化，典型高寒草甸优势种和伴生种逐渐退出群落，而适应沙质荒漠的物种逐渐占据群落中的优势地位，玛曲高寒草甸生态系统有向高寒沙质荒漠生态系统转化的趋势；2）地上、地下植物的生物量随沙化的变化与多样性指数的变化趋势相似，均在未沙化的样地中最高；随着沙化程度的加重，呈现下降趋势，在重度沙化样地中降到最低；从未沙化到轻度沙化过程，地上生物量相当减少37.84%，地下生物量相对减少了75.08%。在轻度沙化的样地中，地上/地下生物量比值最大为0.50，其次是中度沙化和重度沙化样地。3）在所有高寒草甸土壤微生物中，细菌一直占整个菌群体系的主要部分，其数量百分比都在82%以上，其次为放线菌、真菌。而不同沙化阶段高寒草甸土壤中，3类微生物数量及总的微生物数量分别为：轻度沙化高寒草甸>中度沙化高寒草甸>未沙化高寒草甸>重度沙化高寒草甸。而随沙化发展，蔗糖酶活性、脲酶活性、中性磷酸酶活性以及过氧化氢酶活性均呈现出不同程度的降低。4）随着沙化程度的加剧，高寒草甸的土壤黏粒、粉粒和细砂粒的百分含量逐渐降低，而粗砂粒含量逐渐升高，土壤质地逐渐向着粗粒化的方向发展。不同沙化程度草地土壤含水量、土壤有机碳、有机质、全氮、全磷和速效钾含量由高到低均为未沙化草甸＞轻度沙化草甸＞中度沙化草甸＞重度沙化草甸。5）以土壤深层速效磷作为控制因子，偏相关关系分析显示，土壤微生物总量及土壤细菌数量变化与地上植物丰富度指数、植物生物量、地下生物量呈极显著负相关关系，而与植物地上／地下生物量之比呈极显著正相关关系；固氮菌数量与地上生物量呈显著相关关系，而真菌数量与地下生物量呈显著相关关系；除地上／地下生物量之比与土壤微生物数量之间呈正相关关系外，其余植被特征值与土壤微生物数量之间均呈现负相关关系。本研究丰富了生物多样性―生态系统功能关系研究领域，揭示高寒草甸植物多样性对沙化过程的响应机制，为保护当地生态系统生物多样性，减缓/防治当地高寒草甸服务