高寒矮嵩草草甸对放牧干扰的响应与自适应：基于生态化学计量学的系统稳定性评价

Alpine Kobresia humilis meadow is one of the main vegetation types in Alpine grasslands. Its ecosystem and natural environment are inherently fragile and instable. The primarily effect of human activities on alpine meadow is grazing, and degradation is the main community succesion process. Over the past three decades, pasture managers have accepted different management styles on alpine meadow, leading to distinct degree degradation stages. But there are lacking in quantitative indicators in diagnosing the healthy condition and the chemical adjustment patterns in responding to interference in the alpine meadow succession process. So this item designed series experiments will use the method of plant community quantitative characteristic survey - plant community chemical property - control experiment to research the reactions of alpine meadow ecosystem to the human interference. All data in the experiment will be divided into two groups, one is the input in radial basis function (RBF) model, including C, N and P stoichiometry in plant-soil system, the other one is the output, including plant community quantitative characteristic. Besides that we will use the information capacity method in the plant-soil system to determine the key nodes in alpine meadow degradation process. Our aims are to clarify the couple relationship in soil-plant ecological stoichiometry characteristics and to estimate the healthy conditions in alpine meadow. It will be more useful in exploring alpine meadow stability maintenance mechanism, and selecting the appropriate management measures to keep the meadow in sustainable development status in Qing-Tibet plateau.

高寒矮嵩草草甸是青藏高原的主体植被之一，在维系区域经济发展、保障区域生态安全、传承特色文化和维持社会稳定中意义重大。目前人类附加于高寒草甸的压力远高于其自然承载力，退化成为其演替的主流方向。以往高寒矮嵩草草甸过程研究易受到时空尺度和研究手段的限制，多以植被-土壤-生物-环境系统表观数量特征为研究主体，使草地退化原因剖析出现分歧，退化阶段的定量化判别阈值难以确定。本项目综合应用野外调查和控制实验，以区域气候潜在植被为草地退化演替的起点，依次以生态系统C、N、P养分结构和植物群落数量特征为数据库的输入和输出端，利用神经网络模型研究退化演替过程土壤-植被的生态化学计量特征同植物群落数量特征的耦合关系及放牧胁迫下的自适应调节过程，利用信息容量节点判断植物群落演替阶段转化的阈值区间。从生态化学计量特征角度探讨高寒草甸稳定性维持机制。为建立草地退化诊断的预警模式、高寒草地适应性管理策略提供理论依据。

本研究以植被-土壤-微生物-环境系统表观数量特征为研究主体，综合运用野外调查和控制实验，以植物-土壤系统C、N、P养分结构和植物群落数量特征为数据库的输入和输出端，利用多元统计分析研究退化演替过程土壤-植被的生态化学计量特征同植物群落数量特征的耦合关系及放牧胁迫下的自适应调节过程，发现：1.高寒嵩草草甸退化演替过程伴随着植物群落特征和土壤理化特征的协同变化，土壤微生物和植物系统对草地退化的敏感性高于土壤养分系统。植物群落随着退化演替的加深其地上总生物量呈显著降低的趋势；土壤微生物量及微生物碳氮总体呈单峰曲线变化，最高值出现在小嵩草草甸草毡表层加厚状态；土壤的碳氮含量在高寒嵩草草甸退化的起始状态和小嵩草草甸草毡表层加厚状态出现峰值；小嵩草草甸草毡表层加厚状态氮含量的增加速率高于其他状态，是造成该状态碳氮化学计量特征变低的原因。2.高寒嵩草草甸碳氮化学计量特征显著低于其他类型生态系统，说明该类型草地生态系统很有可能是一个碳素缺乏型生态系统，土壤微生物与土壤养分的强相关性表明土壤微生物对土壤养分塑造具有重要作用；高寒嵩草草甸植物系统凋落物同土壤养分储量和含量之间没有明显的相关关系，说明植物凋落物对土壤养分积累没有长效效应。土壤养分、土壤微生物和土壤根系特征之间具有较好的相关性，说明高寒嵩草草甸土壤养分特征是以土壤根系为核心，以土壤微生物为主体而构建的。3.土壤微生物总体在不同层次之间的碳氮化学计量特征差异小于土壤养分特征，说明土壤微生物较土壤养分结构具有更强的保守性。. 此项研究通过对高寒嵩草草甸放牧退化演替过程的表观特征（如地表特征、植物群落数量等）同潜在机理特征（养分潴留、循环等）进行的耦合和关联性进行分析，初步明晰了草地退化演替现象背后可能存在的机理特征及发生学机制，为认识草地退化的本质及退化草地恢复提供理论依据。