科尔沁沙地不同类型沙地植被恢复过程中地上生物量与凋落物量变化

植物体生长、死亡及分解是沙地生态系统物质周转的重要环节。以科尔沁沙地流动沙丘、固定沙丘及草地为研究对象,通过对2009-2011年3个生长季各生境植被特征、地上生物量和凋落物的测定,分析了沙地恢复过程中地上生物量和凋落物量的变化趋势和季节动态。结果表明:(1) 地表植被存在显著的生境差异,植被盖度、生物量和密度等均表现为草地 > 固定沙丘 > 流动沙丘。(2) 3类生境地上生物量均存在显著的单峰曲线的季节差异性,其中草地最大生物量分别出现在7月(2009年)和8月(2010、2011年),最大生物量为163.71~247.64 g·m^-2;固定沙丘最大生物量均在2009、2010、2011年7月达到最高,分别为96.13、96.02、102.74 g·m^-2,流动沙丘最高地上生物量为17.48~20.10 g·m^-2,分别出现在7月(2009年和2010年)和9月(2011年)。(3) 2009、2010、2011年3类生境中的年最大凋落物量分别为21.0、267.6、370.1 g·m^-2,其中草地和固定沙丘中凋落叶和凋落枝等非立枯有较大比重,流动沙丘凋落物主要为立枯;同时各生境凋落物具有与地上生物量相反的季节特征。     

科尔沁沙地不同类型沙地植被恢复过程中地上生物量与凋落物量变化北大核心CSCD

植物体生长、死亡及分解是沙地生态系统物质周转的重要环节。以科尔沁沙地流动沙丘、固定沙丘及草地为研究对象,通过对2009—2011年3个生长季各生境植被特征、地上生物量和凋落物的测定,分析了沙地恢复过程中地上生物量和凋落物量的变化趋势和季节动态。结果表明:(1)地表植被存在显著的生境差异,植被盖度、生物量和密度等均表现为草地>固定沙丘>流动沙丘。(2)3类生境地上生物量均存在显著的单峰曲线的季节差异性,其中草地最大生物量分别出现在7月(2009年)和8月(2010、2011年),最大生物量为163.71~247.64g·m^(-2);固定沙丘最大生物量均在2009、2010、2011年7月达到最高,分别为96.13、96.02、102.74g·m^(-2),流动沙丘最高地上生物量为17.48~20.10g·m^(-2),分别出现在7月(2009年和2010年)和9月(2011年)。(3)2009、2010、2011年3类生境中的年最大凋落物量分别为21.0、267.6、370.1g·m^(-2),其中草地和固定沙丘中凋落叶和凋落枝等非立枯有较大比重,流动沙丘凋落物主要为立枯;同时各生境凋落物具有与地上生物量相反的季节特征。     

科尔沁沙地退化植被恢复过程中碳氮化学计量特征的变化

为研究沙地退化植被恢复过程中碳氮化学计量特征的变化，分别于2011年、2013年和2015年8月中旬对流动、半固定、固定沙丘和草地进行植被调查，并测定植被—土壤系统的碳氮化学计量特征。结果表明：（1） 随着沙地退化植被的恢复，地上植物、凋落物和根系的C、N含量及C/N比波动变化，土壤（0～10 cm）C和N含量及C/N比显著增加（P <0.05）。（2）沙地4种生境上的地上植物、凋落物、根系、土壤的C、N含量及C/N比年际间变化显著（P <0.05）。（3） 沙地退化植被恢复过程中地上植物、凋落物、土壤的C/N比与物种丰富度呈正线性关系（P <0.01）。沙地退化植被恢复过程中优势植物演替导致植被—土壤系统中C、N化学计量特征的变化，植被恢复过程中植物的氮素利用效率也在逐渐增强，而封育时间的增加能够促进沙地土壤中N的积累。     

科尔沁沙地草地植被对围封和放牧的响应

研究了科尔沁沙地疏林草地、针茅草原和草甸植被盖度、地上和地下生物量、物种多样性对围封和放牧的响应。结果表明：（1）围封与放牧草地的优势植物不同,围封草地植物群落优势植物为多年生禾本科植物,放牧草地中一年生植物和小半灌木优势明显。（2）围封和放牧草地的植物盖度、凋落物量、地上生物量和物种丰富度存在明显差异（P<0.05）;围封显著提高了植被盖度和地上生物量,由疏林草地、针茅草原到草甸,植物盖度和地上生物量逐渐增加,而3种草地植被凋落物量大小顺序为针茅草原> 疏林草地> 草甸;放牧条件下植物盖度、凋落物量和物种丰富度差异不显著（P>0.05）。（3）3种草地之间的地下生物量无显著差异（P>0.05）,但围封与放牧之间、不同土壤层次之间地下生物量存在明显差异（P<0.05）;围封显著提高草地的地下生物量（P<0.05）;草地地下生物量随着土壤深度表现出下降趋势（P<0.05）。长期放牧增加了草地一年生植物和小半灌木植物的优势,消除了不同草地之间植被盖度和物种丰富度的差异;而围封能提高草地多年生禾本科植物的优势、增加其物种丰富度,对于草地质量和植物多样性的恢复和保育具有积极作用。     

基于植被盖度和高度的不同退化程度高寒草地地上生物量估算

由于气候变化和不合理的人类活动，20世纪80年代以来青藏高原高寒草地发生严重退化。地上生物量是评价草地退化的直观指标。通常采用植被盖度和高度来估算草地地上生物量，但草地退化后，植被盖度和高度与地上生物量之间的关系是否会发生变化目前还不清楚，这影响着退化草地生物量估算的精度。通过多元回归分析研究了青藏高原中部和东北部高寒草甸、高寒草原在不同退化程度下植被盖度和高度与地上生物量的关系。结果表明：（1）高寒草甸与高寒草原地上生物量整体上及不同退化阶段都没有显著差异（P>0.05）。（2）随着退化程度的加剧植被盖度和高度对地上生物量的影响也发生改变，体现在未退化阶段地上生物量主要受植被高度影响，退化后主要受植被盖度影响。（3）无论是高寒草甸还是高寒草原分退化程度的回归模型估算结果都较不分退化程度模型估算的生物量更接近实测值。我们建议在退化高寒草地研究中采用盖度和高度估算生物量时，根据退化阶段采用不同的估算模型。     

荒漠草原植物群落光合速率对水氮添加的响应

氮沉降和降水格局改变对草原生态系统的结构、功能及关键过程具有重要影响。依托内蒙古乌拉特荒漠草原研究站的全球变化实验平台，研究了氮添加和增减雨（+50%、-50%）及其交互作用对荒漠草原植物群落光合速率和植被特征的影响，分析了荒漠草原植物群落光合速率与植被特征的关系。结果表明：（1）短期氮添加对荒漠草原植物群落光合速率和植被特征没有显著影响（P > 0.05）；（2）降水格局改变显著影响荒漠植物群落光合速率（P < 0.05），减雨50%显著降低了荒漠草原植物群落光合速率和优势种植物高度（P < 0.05），而降水增加50%没有改变群落光合速率和植被特征，降水改变下的土壤水分能很好地解释群落光合速率；（3）氮添加和增加降水的交互效应显著提高了群落的光合速率和优势种植物高度（P < 0.05），而减少降水与氮添加没有显著影响；（4）荒漠草原植物群落盖度、优势种盖度、优势种平均高度与群落的光合速率呈现出指数增加关系，解释率为40%~58%。干旱极大地抑制荒漠草原植物群落光合速率，而氮沉降则依赖于降水增加来提高群落的光合速率，荒漠草原植物群落光合速率与水肥处理下的植物生长特征具有密切的关系。     

塔里木河下游荒漠植物多样性、地上生物量与地下水埋深的关系

样带是研究植物群落沿环境因子梯度变化的重要方法。用样带法研究了塔里木河下游荒漠植被群落物种多样性和地上生物量在垂直河道方向随地下水埋深梯度变化的关系。结果表明：（1）样带植物群落物种多样性与地下水埋深极显著负线性相关（P〈0.01）,Margalaf指数、Pielou指数、Shannon-Wiener指数和Simpson指数均随地下水埋深增大而减小,地下水埋深是影响群落组成和物种多样性的重要因素。（2）单一乔木层、灌木层、草本层地上生物量和乔灌草地上总生物量与地下水埋深均极显著负相关（P〈0.01）,地下水埋深从3 m增大到7 m时,地上总生物量由912.2 g·m^-2减少到不足30 g·m^-2,地下水埋深是制约荒漠植被地上生物量和分布的主要因素。（3）群落多样性与地上生物量之间显著正线性相关（P〈0.05）,即随多样性增加,地上生物量呈增加趋势。     

围封对退化沙质草地植物群落的影响

对科尔沁沙地围封草地和放牧草地群落的种类组成、结构和多样性等特征进行比较研究。结果表明：（1）围封草地盖度、密度、地上生物量、高度均优于放牧草地（P<0.01）。与放牧相比,围封使植被盖度、密度、高度和地上生物量分别提高了237%、429%、77%和218%,植物群落结构得到明显改善。（2）与放牧草地相比,围封草地物种数增加了69%,多年生草本、灌木类种数和重要值均高于放牧草地。放牧草地的优势植物种依次是大果虫实（Corispermum macrocarpum）、狗尾草（Setaria viridis）、差巴嘎蒿（Artemisia halodendron）,重要值占72%;而围封草地优势植物种依次是达乌里胡枝子（Lespedeza davurica）、糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）、虎尾草（Chloris virgate）和画眉草（Eragrostis pilosa）,重要值占57%,大果虫实、狗尾草和差巴嘎蒿逐渐处于群落的次要地位,取而代之的是与其环境条件相匹配的优质豆科和禾本科植物。围封使物种组成多样化,科属组成复杂化,优势物种发生了变化,群落结构和功能得到改善,沙地植被得以恢复。（3）围封草地的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Margalef指数、均匀度指数均大于放牧草地。围封增加了群落的物种多样性,群落的稳定性得以提高。     

额河源流采金矿区不同恢复措施对矿区物种多样性和地上生物量的影响

以额河源流采金后废弃矿区为研究对象，于2011—2015年期间，通过采取不同恢复措施从被破坏矿区草地植物多样性和生物量的角度分析植被恢复效果。结果表明：（1）不同恢复措施促使各植物群落的物种数增加了5%～30%,说明采取恢复措施使得矿区生态环境得到了一定程度的恢复。（2）综合植被群落结构、盖度和地上生物量、物种多样性指数分析，措施A5（推平+圈羊）、A4（推平+补水）、A3（推平+覆土+黑加仑）较其他措施恢复效果更为显著。（3）通过对各样地植被丰富度指数（R）、Shannon Wiener指数(H′)、Simpson指数（D）、Pielou (Jsw)指数与地上生物量分别进行回归分析,发现指数曲线拟合关系最好。表明物种多样性与地上生物量均存在较显著的正相关关系(P <0.05)。本研究可为类似矿区的植被恢复与重建提供参考和借鉴。     

荒漠草原沙生针茅(Stipa glareosa)群落物种多样性和地上生物量对降雨量的响应

利用野外降雨量增减试验平台,研究了荒漠草原沙生针茅(Stipa glareosa)群落物种多样性和地上生物量对降雨量的响应特征。结果表明:降雨量增加或减少均能导致物种的改变,使物种多样性发生变化。处理中,4种物种多样性指数整体表现为8月高于6月。降雨量减少40%时,Shannon-Wiener指数、Simpson优势集中性指数和物种丰富度Patrick指数最低,减少20%时,Pielou均匀度指数最低。降雨量增减也能够导致盖度与生物量的响应。降雨量减少60%、40%、20%时,6月植被盖度高于8月;降雨量增加20%、40%、60%时,6月植被盖度低于8月。降雨量减少和增加对荒漠草原植被盖度都有累加效应,即随时间变化,增雨处理使植被盖度持续升高,反之亦然。随降雨量增加,地上现存生物量逐渐升高,且在降雨量增加60%时达最大。降雨量减少60%、40%、20%和增加20%,都会显著降低凋落物生物量(P0.05)。随降雨量增加,地上现存生物量与凋落物生物量的比值增大。在荒漠草原沙生针茅群落中,降雨量增加,有利于地上现存生物量的积累和地上总生物量的提高。影响荒漠草原地区植物群落地上生物量和物种多样性的关键降雨量变化范围为减雨40%～20%和增雨40%～60%。超出该范围,植物群落地上生物量和物种多样性对降雨变化的响应都会减弱。增雨20%～40%对地上生物量和物种多样性的影响不显著。     

科尔沁沙地植被恢复过程中群落组成及多样性演变特征

流动沙丘、固定沙丘和沙质草地均是科尔沁沙地土地沙化的产物,植被恢复重建则是该区域流沙治理的主要措施,理解植被恢复过程中群落组成及植物多样性演变特征有利于沙地植被恢复和生态重建.本研究基于连续15年对科尔沁沙地流动沙丘、固定沙丘和沙质草地长期植物群落结构调查数据,分析了 3种沙地类型植物群落年际变化特征及不同生活型植物年...     

科尔沁沙地典型生境下芦苇的生长特征分析

对科尔沁沙地两类典型生境下芦苇根茎生长及生物量等特性进行了分析研究。结果表明,固定样地芦苇株高、分蘖株数、不定芽数、根茎节数及根茎总长均大于半流动样地。从半流动样地到固定样地,芦苇根茎表现出节间长度缩短,节间直径变粗的趋势。固定样地芦苇叶长、叶宽明显大于半流动样地,并且固定样地芦苇叶间距是半流动样地上的近3倍。与半流动样地相比,固定样地根茎生物量在总生物量中所占比例有所增加,而地上生物量所占比例减小。芦苇根茎生长及生物量分配在两类样地间的变化特征与土壤质地、紧实度以及养分含量等因素有密切的联系,同时也反映了芦苇对不同沙生生境的适应对策。     

河西走廊荒漠绿洲过渡带封育对土壤和植被的影响

在河西走廊荒漠绿洲过渡带,封育天然植被是植被群落恢复、防止绿洲沙漠化的有效措施。以流动沙丘作为对照(0年),对封育5年和15年的半固沙和固定沙丘植被群落以及土壤进行调查取样和分析。结果表明:随着封育年限增加,天然固沙植被群落生物多样性增加,灌木层和草本层植物密度、盖度和生物量都显著增加,灌木层盖度从10%增加到40%,草本层以一年生草本植物为主,物种从5种增加到8种,生物量从1 g·m^-2增加到13 g·m^-2。随着天然植被盖度增加,土壤表层沙土细粒化明显,沙土中黏粉粒含量显著增加,土壤质地由粗质沙粒向细质沙粒转变;随着沙土中黏粉粒成分的增加,沙土有机质、全氮、全磷含量也增加,灌丛下土壤养分含量高于灌丛间,“沃岛效应”明显。同时,在灌丛下表层土壤出现明显的盐分集聚现象,其中SO₄^2-、K⁺、Na⁺含量分别增加了6、3、17倍。在降水100 mm左右的荒漠绿洲过渡带,封育可以显著恢复固沙植被群落和提高沙土质地和养分。     

科尔沁沙质草地不同恢复年限草本层群落结构及其与土壤理化性质的关系

草本植物在沙地植被恢复过程中具有重要作用,研究自然恢复沙质草地草本层植物群落组成变化规律及其与土壤因子之间的关系,对植被与土壤恢复具有重要的意义.本研究对科尔沁严重退化沙地封育12、17年和20年的自然恢复沙质草地植物组成和土壤理化性质进行研究,同时分析了植物组成与土壤因子的相关关系.结果表明:随着恢复年限的增加,土壤...     

沙地小叶锦鸡儿群落持续经营的对策

主要研究了极度干旱对小叶锦鸡儿生长的影响及小叶锦鸡儿人工固沙林的密度和现有林的经营利用对策,探讨了干旱条件下土壤水分与植株密度、植被盖度的关系。结果表明:天然群落表现出对干旱条件极强的适应性,人工群落则出现了生长衰退甚至大面积枯萎现象,这主要是由于人工群落密度过大所造成的。轻度放牧可以增加小叶锦鸡儿可食部分,是持续经营利用小叶锦鸡儿群落的有效途径。     

3种藜科植物叶特性因子对土壤养分、水分及种群密度的响应

 以科尔沁沙地3种主要的藜科植物为实验材料,通过控制土壤养分、土壤水分以及种群密度,研究植物比叶面积（SLA）和叶干物质含量（LDMC）对土壤养分、土壤水分和种群密度及三者交互作用的响应。结果表明：养分和水分对这3种植物的SLA和LDMC的影响均为显著,其中养分为最大的变异源。3种藜科植物的SLA和LDMC对密度处理响应均为不显著。交互作用对3种藜科植物SLA和LDMC的影响则要弱于单因素（密度、水分）处理;养分的增加导致沙蓬、大果虫实的SLA增大,LDMC减小;水分对SLA、LDMC的影响和养分相似;尖头叶藜的响应方式与沙蓬、大果虫实相异,随养分的增加其SLA有减小的趋势,LDMC反而有增大的趋势; 土壤养分、水分的改变对尖头叶藜SLA和LDMC的影响较弱。     

科尔沁沙质草地植物群落的放牧退化及其自然恢复过程

 为了了解不同放牧强度对我国北方沙质草地的影响及其封禁停牧后草地植被的自然恢复过程,我们于1992—2006年在科尔沁沙地开展了草地放牧和封育试验,分析研究了人类放牧活动对草地植被的影响,比较了不同程度退化草地恢复速度及其所受气候变化影响。研究结果表明:①在科尔沁沙地,随着放牧强度的增加,草地植被受放牧影响的程度会加重,但只有持续重牧才会导致植被的严重退化,而且持续重牧对植被盖度、高度和草地生产力的危害程度要大于对物种丰富度和多样性的危害程度;中度放牧可以导致植被盖度、高度、生物量的轻度下降,但对物种丰富度、多样性没有不良影响;对于退化草地而言,持续轻牧可促进植被的有效恢复;②封禁停牧以后,草地原受干扰程度不同,其恢复的相对速度也不同,表现为原草地退化越严重,其恢复速度相对越快,而且是植被高度、盖度、生物量的恢复速度要大于物种丰富度、多样性和频度的恢复速度;③草地植被的恢复演替明显受到气候变化的影响,暖湿气候有利于植被的恢复,暖干气候对于植被的恢复不利。     

不同固沙区结皮中微生物生物量和数量的比较研究

沙地生态系统是温带干旱区、半干旱区的重要草地类型, 沙地的稳定性是生态系统健康的重要条件。在中国科学院沙坡头沙漠试验研究站, 笔者对不同程度固沙区结皮和流动沙丘表层中的微生物生物量和数量进行了比较研究。结果表明: 自然和人工植被固沙区结皮及流沙表层的微生物数量分布不同, 细菌数量比真菌和放线菌数量多数百倍, 在所有微生物类群中, 细菌数量最大, 微生物总数的变化取决于好气性细菌数量的多少, 但生物量却与之不同。在不同程度固沙区结皮中, 微生物生物量大小依次排列为: 自然植被区>1956年人工植被区>1964年人工植被区>1982年人工植被区>流沙区, 微生物生物量在自然植被固沙区中最多, 分别是1956年、1964年、1982年人工植被固沙区和流沙区的2.63、4.17、9.25和44.29倍, 表明微生物生物量随人工植被的栽植年代增加而增大, 在流动沙丘中最小, 而菌丝生物量方面是1956年人工植被固沙区已与自然植被固沙区十分接近。微生物生物量和数量与沙丘固定程度、人工植被栽植年代、结皮厚度、苔藓种类等均呈正相关, 人工植被栽植年代越长, 结皮越厚、微生物生物量和数量也越大。在不同年代人工植被固沙区结皮中, 微生物生物量和数量与相对稳定的自然植被固沙区相比, 仍未达到稳定状态。