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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

北方荒漠及荒漠化地区草地地上生物量空间分布特征

 北方典型荒漠及荒漠化地区草地地上生物量的空间分布特征对揭示中国陆地生态系统的碳储量具有重要意义,同时对于了解区域尺度上畜牧业发展潜力、生物多样性现状、以及生态系统稳定性具有一定的作用。利用北方典型荒漠及荒漠化地区144个草地样点的植被地上生物量数据,分析地上生物量的空间分布特征及其与多年平均降水量、多年平均温度、海拔高度等环境因素的相关关系。结果表明,北方典型荒漠及荒漠化地区草地单位面积地上生物量的空间分布高度异质,在5.5~371.2 g·m-2之间波动,平均地上生物量为83.3 g·m-2。北方典型荒漠及荒漠化地区草地地上生物量在经向和纬向上的分布均有明显的规律性。相关分析显示,植被地上生物量与纬度之间呈显著的负相关关系(P<0.05),与经度之间呈显著正相关关系(P<0.001)。草地地上生物量与年降水量之间存在显著的正相关关系(P<0.001),但和海拔高度、年平均温度之间无显著相关性,这意味着水分条件是导致北方典型荒漠及荒漠化地区草地地上生物量空间分异的重要因素。     

沙质草地放牧和封育下物种丰富度和生物量关系的季节变化

研究了科尔沁沙质草地放牧和封育下植被盖度、密度、丰富度与地上生物量关系的季节变化。结果表明:放牧和封育草地4月的植被盖度、丰富度和生物量均低于生长旺季8月,而4月植物密度要高于8月;封育草地生长季盖度高于放牧草地,6月和8月生物量高于放牧草地, 4月和6月植物密度则低于放牧草地。封育草地8月物种丰富度与生物量呈极显著的负线性关系（p<0.01）;放牧草地植物密度与生物量4月表现出极显著的正线性关系（p<0.01）、8月为极显著的负线性关系（p<0.01）。放牧草地优势植物糙隐子草4月的密度和生物量呈极显著的正线性关系（p<0.01）、8月为极显著的负线性关系（p<0.01）;黄蒿和狗尾草8月的密度和生物量均呈极显著的负线性关系（p<0.01）;猪毛菜4月和6月的密度和生物量呈极显著的正线性关系（p<0.01）。封育草地达乌里胡枝子、猪毛菜8月的植物密度和生物量呈极显著的正线性关系（p<0.01）。持续放牧和季节变化及其二者的交互作用对植被盖度、密度和生物量均有重要的影响（p<0.05）;放牧通过影响草地生长季中的优势植物密度变化和生物量积累,引起了草地植物密度和生物量关系的季节变化,也导致生长季物种丰富度和生物量无显著关系;封育草地植物的竞争导致了物种丰富度和生物量关系的季节变化。     

科尔沁沙地沙质草地与固定沙丘植物群落结构对极端干旱的响应

为了探究沙地植物群落结构特征对极端干旱的响应,通过野外模拟试验开展了极端干旱（生长季减雨60%与干旱60 d）对沙质草地和固定沙丘植物群落丰富度、地上生物量和叶性状等群落结构特征影响的研究。结果表明：（1）生境变化对植物群落地上生物量和叶干物质含量（LDMC）具有显著影响（P<0.05）,草地地上生物量和LDMC显著高于固定沙丘,而物种数、植被盖度、高度和比叶面积（SLA）在两种生境间无显著差异（P>0.05）;（2）极端干旱处理显著影响沙地植物群落盖度、地上生物量和LDMC（P<0.05）,减雨60%显著降低了植物群落盖度和地上生物量,而干旱60 d显著降低了植物群落盖度、地上生物量、高度和LDMC;植被特征和叶性状在减雨60%和干旱60 d处理间无显著差异（P>0.05）;（3）减雨60%和干旱60 d显著降低了草地和固定沙丘的植被盖度和地上生物量,而干旱60 d也降低了固定沙丘的植物高度和LDMC（P<0.05）;（4）相关分析表明,沙地植物群落地上生物量与盖度、高度和LDMC显著正相关（P<0.05）。极端干旱事件的发生会极大地改变沙地一年生为主的植物群落组成和功能,而沙地不同生境植被则通过改变植物群落组成、优势种及其关键性状的变化来适应极端干旱。     

荒漠草原不同植被盖度区面积对降水的响应

降水波动是气候变化的主要指标之一,其在半干旱荒漠草原区植被变化中起着主要的驱动作用。在考虑到年降水量与生长期降水量的前提下,本文通过地面植被盖度反射光谱模型构建和基于3S技术的区域植被盖度分布格局反演,分析了荒漠草原不同植被盖度分布面积对降水的响应。结果表明:在荒漠草原区,不同植被盖度的区域面积和年降水量、生长期降水量呈波动变化。年降水量和生长期降水量与不同植被盖度区域面积可以拟合成线性、幂函数、指数和对数函数曲线关系。植被盖度小于10%的区域面积随着降水量的增加而下降,植被盖度大于10%区域面积随着降水量的增加而增加,盖度10%是低盖度与高盖度间相互转化阈值。当植被盖度为<2%、2%～6%、10%～15%、15%～20%、20%～25%时,拟合的曲线关系能较好地表达不同植被盖度区域面积随降水量变化的趋势(p< 0.01)。荒漠草原不同植被盖度区域面积的波动变化主要与多根葱、阿尔泰狗娃花、松叶猪尾菜和小画眉草等草本植物生长响应降水变化密切相关。     

草原化荒漠植被草本层片植物对人工施加氮素的响应

水分是干旱区生态过程的第一非生物限制因子,土壤氮由于直接影响着生物生产力和土壤生态过程而被认为是仅次于水分的限制因子。利用人工施加氮肥的控制试验研究了荒漠植被草本层片植物在多度、物种丰富度、高生长以及地上部分生物量等群落学特征对不同施肥处理的响应。结果表明,在施肥量分别为12.5、25、50 g·m-2时,样方植物多度和物种丰富度在施肥当年和第二年较对照均有不同程度的降低,且施肥量越高,降低越明显,这一结果支持来自典型草地和森林植被生物多样性对氮素增加或氮降沉增加响应的结论,即氮素的增加会使生物多样性减少。地上部分生物量对施氮肥的响应在施肥当年(年降水量为多年平均值的1.4倍)和第二年(年降水量为多年平均值的0.7倍)表现出相反的规律,即施肥当年随着施肥量的增加生物量显著增加,而在第二年则显著减小,说明水肥耦合同样有利于荒漠生态系统生物生产力的提高。氮素对植物高生长的影响不明显,各施肥梯度与对照相比均无显著性差异(P>0.05),这可能主要取决于荒漠草本植物本身固有的生物学特性。     

Grassland degradation in the ＂Three-River Headwaters＂ region,Qinghai Province

Supported by MSS images in the mid and late 1970s,TM images in the early 1990s and TM/ETM images in 2004,grassland degradation in the＂Three-River Headwaters＂region （TRH region）was interpreted through analysis on RS images in two time series,then the spatial and temporal characteristics of grassland degradation in the TRH region were analyzed since the 1970s.The results showed that grassland degradation in the TRH region was a continuous change process which had large affected area and long time scale,and rapidly strengthen phenomenon did not exist in the 1990s as a whole.Grassland degradation pattern in the TRH region took shape initially in the mid and late 1970s.Since the 1970s,this degradation process has taken place continuously,obviously characterizing different rules in different regions.In humid and semi-humid meadow region,grassland firstly fragmentized, then vegetation coverage decreased continuously,and finally＂black-soil-patch＂degraded grassland was formed.But in semi-arid and arid steppe region,the vegetation coverage decreased continuously,and finally desertification was formed.Because grassland degradation had obviously regional differences in the TRH region,it could be regionalized into 7 zones, and each zone had different characteristics in type,grade,scale and time process of grassland degradation.     

Grassland degradation in the “Three-River Headwaters&rdquo|region, Qinghai Province

Supported by MSS images in the mid and late 1970s, TM images in the early 1990s and TM/ETM images in 2004, grassland degradation in the “Three-River Headwaters” region (TRH region) was interpreted through analysis on RS images in two time series, then the spatial and temporal characteristics of grassland degradation in the TRH region were ana-lyzed since the 1970s. The results showed that grassland degradation in the TRH region was a continuous change process which had large affected area and long time scale, and rapidly strengthen phenomenon did not exist in the 1990s as a whole. Grassland degradation pattern in the TRH region took shape initially in the mid and late 1970s. Since the 1970s, this deg-radation process has taken place continuously, obviously characterizing different rules in different regions. In humid and semi-humid meadow region, grassland firstly fragmentized, then vegetation coverage decreased continuously, and finally “black-soil-patch” degraded grassland was formed. But in semi-arid and arid steppe region, the vegetation coverage de-creased continuously, and finally desertification was formed. Because grassland degradation had obviously regional differences in the TRH region, it could be regionalized into 7 zones, and each zone had different characteristics in type, grade, scale and time process of grass-land degradation.     

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。     

中国荒漠化潜在发生范围的修订

为了客观反映中国荒漠化发生区域,按照联合国防治荒漠化《公约》的定义,利用1950-1990年间全国671个气象站的长时间序列气象数据,分别采用Thornthwaite和Penman计算可能蒸散量的方法计算了湿润指数的分布,然后根据中国气候区划和中国植被区划以及中国荒漠化发生的特点等对计算结果进行了调整,对中国荒漠化潜在发生范围进行了修订,明确了荒漠化各气候类型区的地理涵义。研究结果表明：①《公约》定义的荒漠化潜在发生范围及各气候类型区的划分标准不完全适用于中国。②中国的荒漠化发生在极干旱区、干旱区、半干旱区和亚湿润干旱区。极干旱区对应极旱荒漠,干旱区对应典型荒漠、草原化荒漠以及荒漠草原,半干旱区对应典型草原,亚湿润干旱区对应草甸草原中偏干旱的部分。③修订后中国荒漠化潜在发生范围总面积约4 524 089.1 km²,约占国土总面积的47.1％,其中亚湿润干旱区、半干旱区、干旱区和极干旱区分别占12.6％、28.8％、34.4％和24.2％。荒漠化潜在发生范围修订后比修订前增加1 207 056.9 km²,其中亚湿润干旱区面积减少,半干旱区、干旱区和极干旱区面积增加。     

基于无人机遥感的高寒草原沙化模型及等级划分

高寒草原是青藏高原草地生态系统的主要组成，在防风固沙、野生动物保育等方面具有重要作用。近年来，在全球气候变化和人为干扰加剧的背景下，高寒草原沙化加剧，基于时空尺度监测范围及程度是防治高寒草地沙化的前提。以青海三江源区玛多县的高寒草原为研究区，结合大疆“精灵3”和“经纬M100”旋翼无人机和地面调查，探讨基于无人机遥测的植被指数在草地沙化调查方面的适宜性，以此为基础制定了高寒草原沙化模型及等级划分标准。结果显示：（1）通过对VDVI（Visible-Band Difference Vegetation Index）、ENDVI（Enhanced Normalized Difference Vegetation Index）和NGRDI（Normalized Green-Red Difference Index）指数与草地沙化指数GDI（Grassland Desertification Index）的相关分析，选取出高寒草地沙化研究最优植被指数为VDVI（R=0.9055）；（2）GDI与VDVI的关系模型为VDVI=0.3024GDI²-0.0335GDI+0.0119（R²=0.9326）。模型相对误差为1.779%（RMSE=0.165，R²=0.7447），拟合精度较高；（3）基于无人机遥感植被指数的聚类分析，将研究区高寒草原沙化划分为5个等级，即无明显沙化（VDVI>0.2247）、轻度沙化（0.1493 < VDVI < 0.2246）、中度沙化（0.0924 < VDVI < 0.1492）、重度沙化（0.0692 < VDVI < 0.0923）和极度沙化（VDVI<0.0692）。     

Effects of Enclosure on Plant and Soil Nutrients in Different Types of Alpine Grassland

Enclosure is one of the most widely used management tools for degraded alpine grassland on the northern Tibetan Plateau, but the responses of different types of grassland to enclosure may vary, and research on these responses can provide a scientific basis for improving ecological conservation. This study took one site for each of three grassland types (alpine meadow, alpine steppe and alpine desert) on the northern Tibetan Plateau as examples, and explored the effects of enclosure on plant and soil nutrients by comparing differences in plant community biomass, leaf-soil nutrient content and their stoichiometry between samples from inside and outside the fence. The results showed that enclosure can significantly increase all aboveground biomass in these three grassland types, but it only increased the 10-20 cm underground biomass in the alpine desert. Enclosure also significantly increased the leaf nutrient content of the dominant plants and contents of total nitrogen (N), total potassium (K), and organic carbon (C) in 10-20 cm soil in alpine desert, thus changing the stoichiometry between C, N and P (phosphorus). However, enclosure significantly increased only the N content of dominant plant leaves in alpine steppe, while other nutrients and stoichiometries of both plant leaves and soil did not show significant differences in alpine meadow and alpine steppe. These results suggested that enclosure has differential effects on these three types of alpine grasslands on the northern Tibetan Plateau, and the alpine desert showed the most active ecological conservation in the responses of its soil and plant nutrients.     

近30 年来青海三江源地区草地退化的时空特征

在20 世纪70 年代中后期MSS 图像、90 年代初期TM 图像和2004 年TM/ETM 图像支 持下, 通过三期遥感影像的直接对比分析, 获得了三江源地区草地退化空间数据集, 并在此 基础上分析了70 年代以来青海三江源地区草地退化的主要时空特征。结果表明: 三江源地区 草地退化是一个在空间格局上影响范围大, 在时间过程上持续时间长的连续变化过程。研究 发现, 三江源草地退化的格局在70 年代中后期已基本形成, 70 年代中后期至今, 草地的退 化过程一直在继续发生, 总体上不存在90 年代至今的草地退化急剧加强现象。草地退化的过 程在不同区域和地带有明显不同的表现, 如在湿润半湿润地带的草甸类草地上, 发生着草地 破碎化先导, 随后发生覆盖度持续降低, 最后形成黑土滩的退化过程; 在干旱、半干旱地带 的草原类草地上, 发生着覆盖度持续降低, 最后形成沙地和荒漠化草地的退化过程。三江源 地区草地退化具有明显的区域差异, 草地退化可以分为7 个区, 各区草地退化在类型、程度、 范围与时间过程方面具有明显不同的特点。     

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。