[01377849]武功山退化草甸修复及其土壤生态学效应

①课题来源与背景：草地生态系统是面积最大的陆地生态系统,与森林和海洋并列为地球的三大碳库,拥有巨大的储碳能力。草地资源可作为草地畜牧业发展条件,但其更有价值的是地域性植被的生态功能, 草地的全球生态意义还在于其特殊的生物地球化学循环作用,草地质量的提高不仅可以增加草地生产力,同时也可以增加碳、氮汇。土壤碳、氮汇变化直接影响大气温室气体浓度,大气温室气体浓度增加会通过温室效应引起气候变暖,威胁人类社会的可持续发展。 ②技术原理及性能指标：草甸是全球重要的碳氮库,其退化被全世界关注的同时,退化草甸生态修复也随之被广泛应用。人类直接或者间接的干扰,可能使得草甸生态系统,尤其是土壤在气候变化下变得愈加脆弱,导致退化现象频发。相对于农田、森林和低海拔草地生态系统,草甸土壤CO2和N2O排放对外界干扰更敏感。此外,由于过度放牧和高强度的旅游践踏,草甸生态系统正在退化,相应的退化草甸植被修复措施,一方面会改变植被组成,进而影响土壤小气候,干扰土壤CO2和N2O产生;另一方面,退化草甸不同植被类型修复,可能会通过修复物种间形态和生理特征的差异改变土壤中C、N库,进一步影响草甸生态系 CO2和N2O 排放。 ③技术的创造性与先进性：相对于工程措施,生态修复（植被修复）模式对生态系统的负面影响较小,能否迅速恢复生态系统原状,应用较为广泛。然而,被用于修复的植被物种,它们对土壤温度,水分,氧的有效性可能会有响应差异;另外,由于不同的光合能力,根系分泌物以及凋落物数量和类型输入,会引起土壤 C 和N 类型和输入数量等的变化。 当前针对草甸土壤退化及其修复的研究较多,然而并未开展不同生态修复（植被修复）模式对土壤碳氮循环的影响研究。由于草甸所在土壤蕴含着巨大的碳、氮库,其恢复与重建可以显著影响土壤碳氮库,改变土壤二氧化碳和氧化亚氮（CO2和N2O）排放模式。在退化草甸增加和全球变化背景下,研究不同修复模式下草甸土壤碳氮循环模式,尤其是主要温室气体CO2和N2O的排放强度和机制,将有利于评估不同草甸退化程度以及不同植被修复模式下土壤温室气体排放清单,进而评估草甸生态系统的碳氮循环模式和潜在生态功能。 相关研究的缺失限制了草甸生态系统的科学管理和开发工作,不利于草甸生态系统的可持续开发和区域经济发展。明确草甸退化及其植被修复影响下草甸土壤温室气体、氮转化等碳氮循环特征,及其对増温等全球变化因子的响应（温度敏感性）,将有助于评估草甸退化及其生态修复对全球气候变化的潜在影响,并有效指导退化草甸的科学管理和可持续发展。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性：本研究以武功山草甸为研究对象,分别从生态系统化学计量学特征、土壤和植物生态学特征以及不同退化程度草甸及其植被修复几个方面开展研究工作,明确了武功山草甸不同植被修复模式下草甸生态系统效应模式及其潜在机制。结果表明：1. 中亚热带退化草甸原生物种修复降低了土壤硝化和氮矿化速率,但是提高了氮转化的温度敏感性,非原生物种修复增加了硝化和氮矿化速率,降低了其温度敏感性。2.武功山不同退化程度草甸原生物种修复具有较低的土壤二氧化碳和氧化亚氮排放速率,非原生物种修复影响下土壤二氧化碳和氧化亚氮排放速率较高。 ⑤应用情况及存在的问题：研究结果有效评估了武功山草甸的生态化计量比特征,不同退化程度以及不同植被修复模式下的土壤碳氮循环特征及其潜在微生物学机制,相关成果在武功山退化草甸修复中得到了有效推广使用,并开展了武功山核心风景区的退化草甸修复和示范,起到了良好的退化草甸修复效果以及对原生草甸的保护作用,取得显著社会和经济效益。 截止到目前,本研究已培养硕士研究生15名,博士研究生3名。相关研究结果主要发表 SCI 论文 4 篇, 国内核心期刊论文 30 余篇,国际会议论文和报告19篇,并有累计48人次参加国内大型学术会议, 宣读发表论文29 篇。 央视9套的节目制作小组对项目实施过程进行了专题跟踪采访,并在央视专题纪录节目“特别呈现”中进行播放。 研究存在的主要问题是相关结果是否可向江西省以外更大的研究区域推广。今后相关工作将结合不同区域的相关研究,深入探讨研究结果在更大尺度上的适用性。