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。     

内蒙古荒漠草原植被降水利用效率的时空特征

植被降水利用效率（PUE）是评价干旱、半干旱地区植被对降水响应的重要指标。利用1982—2015年GIMMS NDVI3g NDVI数据及同期气象数据反演内蒙古荒漠草原的PUE,研究荒漠草原不同植被类型、不同地区PUE时空变化,并分析了PUE 与气候因子的相关关系。结果表明：（1）1982—2015年间荒漠草原年均PUE为0.51 gC·m^-2·mm^-1,PUE的分布呈现出一定的空间异质性。荒漠草原PUE极显著增大和显著增大的面积分别占草原总面积的35.88%、55.41%,荒漠草原PUE极显著减小的面积占草原总面积的8.70%,荒漠草原PUE整体呈现增大趋势。（2）荒漠草原不同植被类型PUE均值范围0.34—0.56 gC·m^-2·mm^-1。各种植被类型中,东方针茅草原PUE最大,镰芒针茅草原PUE最小。除了镰芒针茅草原与其他植被类型差异显著以外,其他植被类型间差异不太显著。从PUE变化看,除了东方针茅草原PUE呈现下降趋势,其他植被类型PUE都呈现增大的趋势。（3）荒漠草原PUE与降水有很强的负相关性;草地年PUE与年均气温相关性不太明显;草地年PUE与年均太阳辐射呈正相关关系。     

内蒙古羊草草原优势物种生产力对气候变化响应的动态模拟

气候变暖影响植物生产力,进而影响群落的结构和演化。本文提出在不同的温度年变化率条件下内蒙古锡林郭勒盟锡林河流域羊草草原主要物种演化的动力学模型,模拟了近几十年来4个主要物种羊草、大针茅、变蒿和西伯利亚羽茅的地上初级生产力对气候变暖的响应过程。模拟和预测结果表明,在气温升高幅度不大的情况下,这4个物种的优势顺序不会发生改变,当温度年变化率高于0.06℃时,竞争能力相近物种的优势顺序发生了转换,即第一、三奇数优势物种羊草和变蒿退化为第二、四偶数优势物种,原来的偶数优势物种第二、四大针茅和西伯利亚羽茅进化为第一、第三奇数优势物种,出现的物种优势顺序为大针茅、羊草、西伯利亚羽茅和变蒿。如果温度年变化率达到0.17℃,物种的强弱顺序将重新组合,变为大针茅、西伯利亚羽茅、羊草和变蒿。现有的观测资料初步验证了这种变化的可能性。研究结果为该区羊草草原群落动态预测和草原管理提供依据。     

氮素添加对草原不同冠层植物光合作用的影响

氮沉降对植物的生理生态特征具有重要影响，草原不同冠层植物光合特性对氮沉降的响应不同。通过向内蒙古典型草原人工施加氮肥模拟氮沉降，测定上层代表性植物羊草（Leymus chinensis）及下层代表性植物黄囊苔草（Carex korshinskyi）的光合速率（P_n）、水分利用效率（WUE）、蒸腾速率（Tr）和气孔导度（G_s）等光合特性指标及生物量，分析氮沉降对草原不同冠层植物的影响。结果表明：羊草净光合速率随着氮添加量增加呈先上升后下降趋势，而黄囊苔草净光合速率随着氮添加量增加呈上升趋势。氮添加增加了羊草的水分利用效率、生物量和相对生物量，但是对黄囊苔草的水分利用效率、生物量和相对生物量没有影响。在施氮量高于0.8 mol·m^-2后，黄囊苔草的气孔导度和蒸腾速率极显著高于羊草（P<0.01）；整体上看，随着氮添加梯度黄囊苔草蒸腾速率呈现增加的趋势，而羊草的气孔导度和蒸腾速率的变化没有明显的规律。典型草原区不同冠层植物的光合特性对氮添加具有不同的响应，上层植物对下层植物光合作用的限制较小。     

降水波动对荒漠草原生产力的影响

在干旱、半干旱荒漠草原区,降水量波动对植被生产力有显著影响.这种影响表现在两个层次上,一是降水量年际间波动,二是年内降水分布格局.对阴山北麓内蒙古乌拉特后旗荒漠草原多年气象资料和植被生产力的分析发现:从1971-2011年降水量的年际波动特点来看,荒漠草原区最高降水年的降水量是最小降水年的3.76倍.从气象、实际和矢量年降水量3种统计表达方式与生产力的关系来看,反映年际降水波动和年内分布特点的矢量降水与植被生产力的关系最密切(R=0.9200,R_0.001=0.8010),回归方程F检验达到极显著.由于研究区植被组成以小半灌木和多年生草本为主,且年降水量大部分集中在5-8月,生长期内月降水量的累积效应明显,其中6-8月累计降水对植被生产力的影响最显著.     

内蒙古乌半察布荒漠草原生物量动态与降水量的关系

1984－1987年间，作者对内蒙古乌兰察布短花针茅荒漠草原的地上、地下生物量的动态进行了测定。结果表明，短花针茅荒漠草原不同年份间生产力变化很大，多雨年度地上部分可以达到116．90g/m^2，降水量平年时为67．92g/m^2，而少雨年份仅31．93g/m^2，相差84．97g/m^2，前者是后者的3．7倍。其中不同年份多根葱相差10％左右，蓖齿蒿相差10倍以上，说明不同年份蓖齿蒿生物量变化剧烈，而多根葱相对稳定的特点。地下部分不同年份间化不像地上部分变化剧烈,最高是最低的1．4倍左右。短花针茅荒漠草原生产力年际间变化，主要受降水量支配。地上生物量与年度降水量关系最为密切。表现出很好的线性关系（r＝0．99），与地下生物量（10－20cm）亦呈很好线性关系（r＝0．97）。故我们可以根据年度降水量预测地上与地下生物量。     

内蒙古乌兰察布荒漠草原生物量动态与降水量的关系

1984年～1987年间,作者对内蒙古乌兰察布短花针茅荒漠草原的地上、地下生物量的动态进行了测定。结果表明,短花针茅荒漠草原不同年份间生产力变化很大。多雨年度地上部分可以达到116.90g/m~2,降水量平年时为67.92g/m~2,而少雨年份仅31.93g/m~2,相差84.97g/m~2,前者是后者的3.7倍.其中不同年份多根葱相差10%左右,蓖齿蒿相差10倍以上。说明不同年份蓖齿蒿生物量变化剧烈,而多根葱相对稳定的特点。地下部分不同年份间变化不像地上部分变化剧烈,最高是最低的1.4倍左右. 短花针茅荒漠草原生产力年际间的变化,主要受降水量支配。地上生物量与年度降水量关系最为密切。表现出很好的线性关系(r=0.99),与地下生物量(10～20cm)亦呈很好线性关系(r=0.97).故我们可以根据年度降水量预测地上与地下生物量。     

降水量和短期极端干旱对典型草原植物群落及优势种羊草(Leymus chinensis)叶性状的影响

植物叶性状在植物响应环境变化中具有重要作用。在气候变化的背景下,典型草原植物叶性状如何响应降水格局与短期极端干旱还不十分清楚。利用野外控制试验,研究了降水量(323 mm和236 mm)和短期极端干旱(生长季减雨66%和生长季干旱60 d)对典型草原植物群落及优势植物羊草(Leymus chinensis)叶性状的影响。结果表明:降水格局显著影响着植物群落和羊草的叶性状(P0.05),短期极端干旱对典型草原群落和羊草叶面积具有显著影响(P0.05)。随着降水量的减少,群落和羊草的叶面积与叶干物质含量降低,而比叶面积与叶片氮含量增加。降水格局与短期极端干旱交互作用显著影响着群落的叶面积与叶片氮含量(P0.05),323 mm降水量下短期极端干旱显著降低了叶面积,266 mm降水量下生长季干旱60 d增加了叶片氮含量。降水格局与短期极端干旱交互作用也显著影响着羊草叶面积与比叶面积(P0.01),323 mm降水量下短期极端干旱降低了叶面积,266 mm降水量下生长季干旱60 d显著增加了比叶面积。回归分析表明,不同处理下羊草叶面积、叶干物质含量、叶片氮含量能较好地解释群落叶性状。典型草原植物群落通过优势植物的主要叶性状改变来适应降水格局变化,而通过叶面积改变来适应短期极端干旱。     

三江平原NDVI时空变化及其对气候变化的响应

基于2000—2014年生长季MODIS NDVI数据和同期降水、平均气温的格点数据，采用趋势分析法、SPEI指数、相关分析法，对三江平原NDVI时空变化特征和对气候变化的响应进行了分析。结果表明：近15年三江平原区生长季的NDVI以0.017/10a的速率呈缓慢上升趋势。其中NDVI显著增加和极显著增加的面积占比分别为13.43%和12.55%，NDVI变化趋势轻度改善的面积较大，占比为25.52%；三江平原地区生长季的多年平均气温总体呈下降趋势，降水量呈上升趋势，总体上生长季标准化降水蒸散指数（SPEI）数值呈上升趋势，干旱化逐年减弱，中等干旱状况得到缓解，渐渐过渡到轻微湿润状态，对植被覆盖面积的增加有促进作用，也为该区域的生态环境恢复提供了有利条件；三江平原地区生长季NDVI与生长季气温、降水量及SPEI主要呈正相关，与降水呈正相关面积占72.64%，与SPEI呈正相关的面积占70.51%，与气温呈正相关的面积占56.73%。NDVI与降水的相关性最高，说明降水是三江平原植被生长的主导气候因子。     

Fe、Mn、Cu在锡林河流域温带草原植被中的含量特征

本文研究了Fe、Mn、Cu三个同周期的植物营养元素在内蒙古锡林河流域三个主要草原群落植被中的含量特征,研究表明:三个元素在凋落物及根系中的含量较高,在立枯中较低,在活体中最低;沿降水、气温和海拔梯度,活体、凋落物中的含量按贝加尔针茅草原、羊草草原、大针茅草原递减,Cu例外,在植物生长末期是递增的;立枯中的元素含量在生长初期递增,在后期递减,Cu也例外,初期和后期都是递增的;在植物系统各组成部分中,生长初期三个元素的含量要高于生长后期;地上部植物体分解程度越高,三个元素的含量也越高;Cu强烈富集于根系中;土壤及降水分别是影响植物元素含量及植物分解的重要因子;三个元素在各草原群落地上部活体中的含量都能够满足牲畜的需要。     

内蒙古典型草原地上生物量的空间格局及其气候成因分析

内蒙古典型草原区的格点地上生物量与格点的纬度和经度均存在显著正相关关系,呈现北高南低、东高西低的空间分布格局;各气象站点所在地的草地地上生物量与多年平均年降水量之间存在显著正相关关系,与多年平均年均温之间存在显著负相关关系,而与多年平均年干燥度之间亦存在显著负相关关系,且在干燥度介于1~1.5的地区,地上生物量对干燥度变化的响应非常敏感;草地地上生物量的空间分布格局主要是在水热条件共同作用下形成的,年降水量的近东西向分布决定地上生物量分布的近东西向分异特点,而气温和降水的共同作用决定地上生物量分布的近南北向分异特点。     

退化羊草草原的群落蒸发蒸腾

草原群落蒸发蒸腾是一个由多种因素综合影响的复杂问题。本文在天然羊草草原上,以畜群点为中心由外向内,选择退化程度不同的放牧空间梯度系列替代退化演替时间梯度系列,用土柱称重法进行群落蒸发蒸腾观测,深入分析了羊草草原退化群落蒸发蒸腾的变化规律。得出:天然羊草草原在土壤供水较为充足的情况下,随着放牧强度的增加,群落生物量减少,盖度减少,蒸腾减少,蒸发增加,但蒸散减少不明显。     

基于SPAC原理建立内蒙古草原干旱指标

利用近20多年气象资料和土壤水分及牧草产量资料,采用对比分析和简化的水量平衡方法,建立了典型草原、草甸草原、荒漠草原需水量及生长季内草地蒸散系数 (Kc)随时间变化经验方程,确定出不同草原类型区需水量和Kc系数,草甸草原、典型草原和荒漠草原4—9月的需水量分别是390 mm、360 mm和180 mm,平均Kc系数为0.62、0.58和0.30;以SPAC理论为基础,给出草原旱情指数（K）的计算方法,结合牧草减产率（I）,提出干旱等级指标,当0.8＞K≥0.6、25%＜I≤45%时为轻旱,0.6＞K≥0.4、45%＜I≤65%时为中旱,K＜0.4、I＞65%时为重旱。经3 a的使用检验,指标的一致性达到75.3%,与牧业气象报表描述的旱情基本吻合,结果比较理想。     

内蒙古荒漠-草原过渡带灌木群落特征

荒漠-草原过渡带是草原逐渐被荒漠取代的区域.沿阿拉善左旗-乌拉特后旗调查灌木群落,分析植物群落的结构和物种多样性,以期为生物多样性保育提供理论依据.结果表明:该荒漠-草原过渡带有62种植物,隶属于18科、47属,禾本科、藜科、豆科和菊科的植物较多.植物主要由灌木和多年生草本构成,以旱生植物为主,主要包括红砂(Reaum...     

敦煌绿洲边缘植物群落与土壤养分互馈关系

植物群落与土壤性状相互作用研究对于认识生态系统结构与功能有着重要的意义。通过对敦煌绿洲边缘典型植物群落21个样地（20m×20m）的植被和土壤系统取样调查,在分析植物群落及其土壤养分特征的基础上,采用CCA典范对应分析法研究了土壤养分对植物群落物种分布的影响。结果表明：调查区域植被群落共出现植物27种,隶属于15科,26属,以藜科（Chenopodiaceae）植物居多,占总物种数的29.6%。柽柳（Tamarix chinensis）群落的物种丰富度最大,胡杨（Populus euphratica）群落的物种丰富度最小。植被0~80 cm土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾含量排序为柽柳>黑果枸杞（Lycium ruthenicum） > 梭梭（Haloxylon ammodendron） > 沙拐枣（Calligonum mongolicum）,全磷、全盐、速效氮含量排序为柽柳 > 黑果枸杞 > 沙拐枣 > 梭梭,全钾含量排序为黑果枸杞 > 柽柳 > 梭梭 > 沙拐枣,pH值排序为梭梭 > 沙拐枣 > 黑果枸杞 > 柽柳。不同植被覆盖各养分指标之间差异显著。随土层深度的增加,柽柳和黑果枸杞群落土壤全氮、有机质、全盐、速效氮、速效钾含量逐渐降低,表聚效应明显,土壤全磷、全钾、速效磷含量逐渐增大后减小,梭梭与沙拐枣养分层次特征不明显。4种植被群落土壤pH值随土层深度的增大呈波动的趋势。CCA排序结果表明植被群落物种分布的土壤环境调控因子重要性排序为全氮 > pH > 全钾,土壤全氮是植物群落物种分布的最重要调控因子。     

沙生植物渗透调节物对干旱、高温的响应及其在抗逆性中的作用

在科尔沁沙地选择不同类型沙地优势植物,测定了其在自然脱水、高温处理及复水后叶可溶性糖、可溶性蛋白质和脯氨酸含量的变化。结果表明,在胁迫过程中流动沙地上的沙米、欧亚旋覆花,叶片内可溶性糖积累,尤其是脯氨酸积累较高,处理12h较处理前分别增加了92.87%、10.28倍,可溶性蛋白质含量下降,在胁迫处理后植株枯死;半固定沙地上的差不嘎蒿可溶性糖增加41.57%、脯氨酸含量增加8.95倍、可溶性蛋白质下降15.04%,在两种胁迫处理后依然存活并恢复生长;固定沙地的白草和狗尾草可溶性糖增加89.82%和89.43%,脯氨酸增加2.49倍和2.53倍、可溶性蛋白质增加。因此,如果把胁迫中叶内积累的脯氨酸与胁迫后植株的存活结合起来看,两种胁迫中差不嘎蒿、狗尾草、白草体内积累的脯氨酸起保护性反应,而沙米、欧亚旋覆花的则是受害症状。     

退化草原轻耙处理过程中植物种多样性变化的研究

利用多年样方资料的统计分析,对退化草原群落轻耙处理后恢复过程中的生物多样性变化规律及引起这些变化的主要植物种群进行研究,结果表明:在退化群落耙地恢复过程中,整个群落的物种丰富度变化不大,物种分布的均匀性指数随演替过程呈现波动下降的趋势,多样性指数也呈现波动下降的趋势,恢复后期有所升高,且物种分布的均匀性是造成物种多样性指数变化的主要原因。羊草(Leymus chinensis)的密度和生物量的变化与多样性指数具有极显著的负相关关系。冷蒿(Aartemisia frigida)、洽草(Koeleria cristata)的密度和生物量与多样性指数具有极显著的正相关关系。隐子草(Cleistogenes squarrosa)、变蒿(A.commutata)的密度与多样性指数具有极显著的正相关关系。多样性指数与耙地处理后的恢复年限(11 a间)的关系可表示为:以密度为指标的多样性指数D_n=3.579-0.665Lnx(r=-0.9185);以生物量为指标的多样性指数D_w=4.4-0.7696Lnx(r=0.8667)。     

科尔沁沙地植被演替的抗逆性特征

在科尔沁不同类型沙地上选择了几种优势植物,通过自然脱水、高温处理过程中抗逆生理指标的测定和叶形态观测,研究了它们的抗逆方式和生理抗逆性差异与科尔沁沙地植被演潜规律的关系。结果表明,在自然脱水、高温处理中流动沙地上的沙米和欧亚旋覆花叶片迅速脱水死亡,而细胞内膜脂过氧化作用强烈引起细胞膜严重受损是其死亡的主要原因;半流动沙地上的差不嘎蒿在胁迫过程中叶变黄,但在复水后能恢复生长,这与其胁迫过程中游离脯氨酸含量增加维持叶渗透压减少水分过度丧失有关,半固定沙地芦苇在胁迫过程中叶干枯死亡,这与其细胞保护酶反应迟钝,积累的氧自由基引起膜脂过氧化作用伤害了膜系统有关;固定沙地上的狗尾草、白草在胁迫过程中萎蔫,复水后恢复生长,生理变化表现为保护酶对胁迫反应快,可溶性糖、游离脯氨酸含量增加,是一真正生理抗逆植物。在生境从流动沙地向固定沙地演变过程中,植物抗逆性在植被演替序列中起重要作用,其演替规律为:①从躲避干旱向生理抗旱发展,其中流动沙地上的沙米、欧亚旋覆花以种子形式躲避逆境,固定沙地的白草以生理抗旱为主;②从抗风沙型向抗旱性发展,如流动半流动沙地的差不嘎蒿具有抗沙埋、抗旱特性,固定沙地上的白草的抗沙埋性差,抗旱性较强;③生存方式从单一型向多元化发展,沙米主要以种子保存物种,白草则可通过种子和根茎上芽行营养繁殖保存生命;④从多重抗性向寡抗性发展,流动沙地的沙米抗风沙、抗高温、抗干旱,而固定沙地的白草只抗干旱。