放牧对浑善达克沙地丘间低地植被群落及土壤的影响

为探究放牧对丘间低地植被群落及土壤的影响，分析了浑善达克沙地丘间低地在重度和轻度放牧下植被的地上生物量、物种重要值、物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Simpson生态优势度指数及0~10 cm土壤中黏粒、粉粒、砂粒、有机碳和全氮含量。结果表明：（1）植被地上生物量、土壤黏粒、粉粒、砂粒、土壤有机碳和全氮含量在不同放牧程度下存在极显著差异（P<0.01），物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数在不同放牧程度下差异不显著（P>0.05），Simpson生态优势度指数在不同放牧程度下差异显著（P<0.05）。（2）放牧区植被以禾本科为主，禾本科植被地上生物量占整个植被群落的54.88%~57.76%；重度放牧区植被地上生物量为63.59 g·m^-2，比轻度放牧区低26.61%。（3）羊草（Leymus chinensis）和狗尾草（Setaria viridis）是放牧区的优势种，其重要值依次为14.16%（重度放牧区）和19.10%（轻度放牧区）、13.40%（重度放牧区）和15.42%（轻度放牧区），重度放牧下雾滨藜（Bassia dasyphylla）、克氏针茅（Stipa krylovii）和猪毛蒿（Artemisia scoparia）的重要值较显著高于轻度放牧区，而羊草则低于轻度放牧区。（4）重度放牧加剧了土壤沙漠化，使砂粒含量增加，草地生产力下降，土壤有机碳和全氮含量降低。     

放牧强度对科尔沁沙地沙质草地植被的影响

为了研究科尔沁沙地沙质草地在不同放牧强度下植被特征的变化规律,比较了围封、中度放牧、重度放牧3种条件下的植被盖度、群落组成、物种多样性、地上/地下生物量和凋落物量等植被特征的变化特征。结果表明:(1)围封、中度放牧和重度放牧沙质草地的优势植物均为一年生植物,但围封和中度放牧中多年生禾本科植物优势度高于重度放牧,重度放牧沙质草地一年生植物所占优势度最大;(2)放牧强度对沙质草地植被盖度、地上生物量及凋落物量有显著影响。随着放牧强度的增加,植被盖度、地上生物量和凋落物量均降低;(3)围封、中度放牧和重度放牧沙质草地物种丰富度及多样性差异均不显著;(4)放牧强度和土壤深度及其交互作用均能影响地下生物量。随着放牧强度的增加,总的地下根系生物量减小。而重度放牧草地中, 3个土壤深度间地下根系生物量差异不显著。放牧改变了沙质草地植物群落的组成、极大降低了植被盖度和生产力;尤其是重度放牧急剧增加了一年生植物的优势、且对浅层根分布的减少影响最大。     

微生境尺度上放牧退化草原群落特征与土壤有机质的空间分异性

 格局和过程与异质性有关。以呼伦贝尔克氏针茅草原不同放牧强度下的演替群落为对象,开展群落植被空间分布格局及土壤有机质空间异质性研究。结果显示,不同放牧强度样地群落结构和群落种类组成存在明显差异。轻度放牧样地样方内有8种植物,群落优势种为克氏针茅（Stipa krylovii）;中度放牧样地样方内有12种植物,群落优势种为糙隐子草（Cleistogenes squyarrosa）;而重度放牧样地样方内只有7种植物,群落优势种为多根葱（Allium polyrhizum）。随放牧强度的增强,植被地上生物量及其变异系数逐渐降低;土壤有机质含量表现为轻度放牧>中度放牧>重度放牧,而其变异系数表现为中度放牧>轻度放牧>重度放牧。从植被地上生物量和土壤有机质含量变异函数分析来看,随放牧压力的增大,植被地上生物量空间自相关性增强,空间异质性变大;土壤有机质含量空间分布自相关性先增强,然后减弱,空间变异性先变大,然后变小。在10 cm×10 cm的微尺度上,重牧群落植被地上生物量和土壤有机质含量之间表现出明显的相关性（P<0.05）。     

科尔沁沙地持续放牧和不同强度放牧后封育草场中生物结皮生物量和土壤因子的变化

通过对科尔沁沙地放牧后封育样地和放牧样地生物结皮生物量的研究,探讨了不同样地生物结皮生物量的变化规律及其与环境因子的相互关系。结果表明,封育样地藓类和藻类植物的生物量显著高于放牧样地;在封育样地内,轻度、中度放牧封育区显著高于重度放牧封育区（P＜0.05）。封育样地生物结皮的土壤微生物量碳、氮含量高于放牧样地,并且各样区藓结皮土壤微生物量碳、氮含量显著高于藻结皮（P＜0.05）。在封育样地内表现为轻度、中度放牧封育区土壤微生物量碳、氮含量较高,重度放牧封育区含量较低,体现出不同强度放牧封育停牧后对土壤微生物量碳、氮影响的滞后效应。藻类植物的生物量与结皮厚度、有机质含量和粉黏粒呈极显著正相关（P＜0.01）,与细沙呈显著正相关（P＜0.05）,与粗沙呈极显著负相关（P＜0.01）。藓类植物的生物量与结皮厚度、有机质含量、粉黏粒呈显著正相关（P＜0.05）,与粗沙呈负相关,但不显著。藻类植物的生物量与土壤因子之间的相关性更为密切。     

科尔沁沙地沙丘固定过程中植物生物量及土壤特性

为了解沙丘固定不同阶段植物群落的生物量特点及土壤理化特性的变化规律,研究比较了科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、沙质草地4种生境的地上、地下生物量,并分4层土壤深度分析了土壤理化特性的演变特征及相关关系.结果表明:(1)植物地上生物量与地下生物量显著正相关,0~10 cm土层地下生物量最大,随着沙丘的固定,地下10～20、20～40、40～60 cm深度土层的生物量显著增加,植物地上生物量依次增大,分别为2.20、98.10、131.41、190.38 g·m^-2,地下地上生物量比依次为10.44、1.67、0.81、1.18;(2)随着沙丘的固定,表层土壤容重由1.62 g·cm³下降到1.33 g·cm³,各土层的粉沙和极细沙的占比依次增加,中沙比例依次减小,土壤碳氮含量、碳氮比、pH值、电导率均逐渐增加;(3)地上、地下生物量均与表层土壤碳氮含量、pH值、电导率显著正相关,土壤碳、氮含量均与pH值、电导率、土壤水分含量显著正相关,与土壤容重显著负相关(p<0.05).综上所述,沙丘恢复过程中植物生物量的增加与表层土壤颗粒细化、营养物质增多、水分增加密切相关,土壤-植被系统构成了有机的综合体.     

施氮对高寒草甸草原植物群落和土壤养分的影响

于2013-2014年在青藏高原东缘测定了不同梯度施氮后植物群落特征、牧草营养和土壤质量的变化,并分析了施氮后的经济效益。结果表明:(1)施氮显著增加了各功能群植物的高度和禾本科功能群植物盖度,而对莎草科和豆科植物盖度无显著影响;施氮显著增加了禾本科、莎草科、豆科和植物群落生物量,降低了杂类草盖度和生物量,其中施肥量为30.86～38.58 g·m^-2时效果最为显著。(2)施氮显著增加了0～20 cm土层根系生物量;施氮当年显著增加了根冠比,施氮第2年根冠比无显著变化。(3)施氮不同程度降低了高寒草甸草原植物群落多样性,其中,施肥量在30.86～38.58 g·m^-2时最低。(4)施氮不同程度地提高了禾本科、莎草科和杂类草植物的粗蛋白含量,降低了各功能群植物纤维含量;施氮不同程度提高了高寒草甸草原土壤养分和有机碳含量,其中在施肥量为30.86～38.58 g·m^-2时最高。(5)施氮当年和第二年净收益均在施肥量为30.86 g·m^-2时最大,分别为1 860元·hm^-2和878元·hm^-2。施氮缓解了青藏高原东缘高寒草甸草原植物生长的营养限制,提高了可食牧草产量,30.86～38.58 g·m^-2可作为该区最佳施氮水平。     

祁连山干旱山地草地生物量对水分条件的响应

以祁连山排露沟流域干旱山地为研究对象,对海拔2 700~3 000 m典型草地群落的草本种类、高度和生物量等进行调查,并同步测定样地内的土壤水分,分析草地生物量随海拔高度的季节性变化特征以及草本生物量和土壤水分的关系。结果表明：（1）草地地上生物量平均值为135.36 g·m^-2,并随海拔升高呈先增加后降低的"单峰"变化模式,在海拔2 900 m时最高,为176.79±28.37 g·m^-2。地下生物量平均值为946.13 g·m^-2,并随海拔升高生物量呈递增趋势,在海拔3 000 m时最高,为1 301.19 ±68.24 g·m^-2。（2）草地地上、地下生物量在不同海拔高度间差异性显著（P<0.05）;该流域干旱山地草地根冠比在4.14~11.95之间变化。（3）在生长季5~9月份,干旱山地草地土壤含水量在9.23%~31.31%之间波动,平均值为14.94%。（4）草本地上、地下生物量与土壤平均含水量均呈显著正相关（P<0.05）,相关性系数分别为0.7784和0.7843。在不同海拔草地群落中,不同土层含水量对草地生物量的贡献不尽相同,但60 cm以上根系主要分布层内的水分对草地生物量具有重要的意义。     

放牧梯度上草原植被土壤系统碳截存特征

放牧强度影响草原植被的固碳能力。本文以呼伦贝尔克鲁伦河流域的半干旱典型草原作为研究区域,开展不同放牧压力下异质性植被-土壤系统中碳截存的特征研究。研究发现:不同放牧梯度下,土壤有机质、地上生物量、地下生物量和土壤微生物生物量碳彼此之间呈一定的相关性。随着放牧强度的加剧及土层深度的加深,土壤碳截存量呈减少趋势。其中,土壤有机质的变化趋势与土壤碳截存量趋势相同;而土壤无机碳含量呈现逐渐增大的特征。过度放牧破坏了土壤的理化性质及土壤质量,加速了土壤有机质的损失。草原群落的根冠比也随着放牧强度的增大而增加。以土壤微生物生物量碳作为土壤固碳能力的指标,不同放牧强度下的草原群落土壤固碳能力为轻牧区>中牧区>重牧区。     

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。     

放牧强度对克氏针茅(Stipa krylovii)草原植被景观格局的影响

以内蒙古呼伦贝尔市克鲁伦河流域的克氏针茅(Stipa krylovii)典型草原为研究区,获取WorldView-2高分辨率多光谱数据,采用遥感图像多尺度分割算法,从轻度放牧、中度放牧和重度放牧利用角度,探讨放牧干扰对草原景观格局的影响。结果表明:斑块数、边密度、景观形状指数和平均分维度随着分割尺度的增大逐渐减少,选择100的分割尺度较为合理。景观形状指数在放牧梯度间的区分度最大,可用于判定干扰强度对植被影响程度的主要景观指数。放牧因子是该区域植被景观破碎化的决定因素,重度放牧区景观指数高于轻度放牧区和中度放牧区,重度放牧区景观破碎化严重,受降水影响明显,斑块间变异程度大。     

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。     

黄土高原草地和农田生态系统碳滞留时间及固碳潜力

采用概率反演分析法估算黄土高原草地和农田生态系统各碳库滞留时间及固碳潜力。结果表明:除农田植物地上部分外,植物地上部分、地下部分、代谢性凋落物及土壤活性有机碳库滞留时间最短,为25~203d;惰性凋落物碳库滞留时间为2.4~3a;慢性有机碳库和惰性有机碳库滞留时间最长,分别为57.4~79.6a和593~598a。多年生草地的根系滞留时间显著高于农田;而农田代谢性凋落物碳库和慢性有机碳库的滞留时间显著高于草地。根据反演所得参数模拟,在当前气候和土壤条件下,农田和草地系统土壤有机碳在250a左右时达稳定状态,农田系统固碳潜力约为2 680g C·m^-2,草地约为3 130g C·m^-2。农田有机肥的输入能使土壤有机碳多固定4 000g C·m^-2。有机肥的输入及土壤有机碳周转缓慢使耕作农田比草地更有利于土壤有机碳积累。     

不同施氮量对沙地春小麦株穗性状及产量的影响

在内蒙古奈曼旗对沙地春小麦进行了氮肥施量试验。结果表明,不同施氮量(尿素15.0~51.5g·m^-2)对沙地春小麦穗粒数、千粒重、有效小穗数及其百分率、籽粒产量、生物产量的影响具有显著差异,但对成穗数、株高的影响差异不明显。产量水平以施氮量为37.5g·m^-2时最高。     

围封对沙漠化草地土壤理化性质和固碳潜力恢复的影响

过度放牧是科尔沁沙地退化的主要原因,禁牧围封可以有效地控制牲畜对植被-土壤系统的破坏,促进退化生态系统的有效恢复。以过度放牧后的沙漠化草地为对象,调查了禁牧围封13年后沙漠化草地土壤理化性质的变化特征,并分析了围封对土壤固碳潜力的影响。结果表明：（1）沙漠化草地围封13年后,土壤砂粒含量减少、粉粒和黏粒含量增加,且粉粒增加最为明显,平均含量增加123%;土壤容重在不同土壤深度均呈下降趋势。（2）围封后土壤有机质、全氮、速效氮和速效钾含量呈增加趋势,分别增加了102%、97%、123%和24%,但土壤有效磷和缓效钾呈减少趋势;土壤pH显著升高,阳离子交换量呈现增加趋势。（3）除土壤有效铁外,其余有效微量元素包括有效铜、有效锰和有效锌平均含量均呈增加趋势,分别增加44%、30%和82%。（4）土壤有机质与pH值、阳离子交换量、全氮、速效氮、速效钾、有效铜、有效锰、有效锌含量呈显著正相关关系。（5）沙漠化草地围封13年后,100 cm深度土壤有机碳储量增加393.45 g·m^-2,碳截存速率为30.27 gC·m^-2·a^-1。对于因持续过度放牧所导致的严重退化草地,禁牧围封可有效促进土壤有机质、养分和微量元素的增加,影响土壤质地及固碳潜力等的变化,但严重退化沙漠化草地的恢复需要一个长期的过程,土壤有机碳储量要恢复到科尔沁非沙漠化草地水平至少需要百年的时间尺度。     

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。     

科尔沁沙地植被的统计学特征与土地沙漠化

科尔沁沙地植被的统计学特征及其与沙漠化的关系的分析结果表明: 科尔沁沙地不同的植被特征其频率曲线有很大差异。其中, 高度、盖度、地上生物量和均匀度均为比较陡峭的单峰曲线, 密度为C型曲线, 种的丰富度和饱和度为双峰曲线, 多样性为抛物线型曲线。其发生频率, 固定半固定沙地742%的样地植被高度≤18cm、909%的盖度≥40%、591%的密度>300株·m^-2、80.4%的生物量小于210和大于60g·m^-2、81.8%的丰富度指数≥10个种、83.3%的多样性>1.5, 56.1%的均匀度≤0.2000, 而流动半流动沙地68.8%的植被高度≥18cm、68.8%的盖度≤30%、81.3%的密度<100株·m^-2、75.1%的生物量≤90g·m^-2, 100%的丰富度≤7个种、75%的多样性<1.5000, 75%的均匀度指数>0.2000。植被主要特征的变异系数0.37~1.12, 并且随着沙漠化的发展植被趋于简单、稀疏、生物量急剧下降, 变异性增强。由于科尔沁沙地的主体是固定半固定沙地(80%), 其植被的主要特征、频率曲线的主体部分和峰值都是由固定半固定沙地植被决定的。