藏北高原高寒草地围栏禁牧和生长季降水对物种丰富度和多样性的影响(英文)

2009和2010年夏天沿藏北高原高寒草地样带调查了高寒草地生态系统(高寒草甸、高寒草原和荒漠草原)在围栏禁牧和自由放牧管理下的物种丰富度和多样性(Shannon-Wiener指数,Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数)。研究结果显示:自2006年起藏北高原围栏禁牧在植被类型和区域尺度上没有显著改变物种丰富度和多样性。物种丰富度和多样性主要受生长季降水驱动,超过87%的变异可由生长季降水来解释。物种丰富度和多样性在自由放牧和围栏禁牧2类样地对生长季降水的响应方式一致。物种丰富度随降水呈指数型增长关系,多样性指数则呈现正线性关系。研究结果预示藏北高原地区生长季降水的变化对于物种丰富度和多样性管理至关重要,在未来高寒草地保护研究中应予以重视。     

养分和水分添加后沙质草地不同功能群植物地上生物量变化对群落生产力的影响

以典型沙质草地为研究区域,通过养分和水分添加控制试验,研究了群落尺度上生产力的变化及其对不同养分和水分处理响应的差异。从不同功能群植物地上生物量对养分和水分响应分异的角度揭示群落尺度初级生产力的变化机理。结果显示:(1)单纯的氮素、磷素、水分添加对群落生产力的影响不明显,只有养分和水分交互作用才能显著增加群落生产力。氮素添加×冬季增雪、氮素添加×夏季增雨、磷素添加×夏季增雨处理使得群落生产力比对照分别提高了85.1%、107.9%、57.2%。(2)氮素添加×冬季增雪处理后群落生产力比磷素×冬季增雪处理高出86.7%,表明虽然水分添加提高了植物对氮素与磷素的利用效率,但水分添加后植物对氮素的利用效率更高。(3)不同功能群植物地上生物量对养分和水分添加的响应程度不一致。总体而言,养分和水分添加对禾本科植物生物量的影响最明显,对杂类草植物生物量的影响不明显。单纯磷素添加明显降低了群落中禾本科植物的生物量,比对照低61.9%;冬季增雪、夏季增雨增加了群落中豆科植物的生物量,与对照相比分别增加了193.3%、220.5%;氮素添加×冬季增雪、氮素×夏季增雨显著增加了禾本科植物的生物量,分别比对照增加了80.4%、91.6%。     

湖南省种子植物物种丰富度与地形的关系

为探讨区域尺度物种丰富度与地形的关系,利用湖南省地方植物志资料和地形图,借助GIS软件等手段,在定量分析湖南省地形的海拔分异特征的基础上,研究了湖南省种子植物的物种丰富度和物种密度沿海拔梯度的变化趋势,以及他们与地形复杂度的关系,得到如下结果：(1) 随着海拔的升高,科、属、种丰富度和物种密度均呈现先增大后减小的趋势,也即物种丰富度和物种密度均在中海拔地区达到最高;(2) 随地形复杂度的增加,物种丰富度和物种密度呈现先增大后减少的趋势,即中等复杂程度的地形,具有较高的丰富度和物种密度。     

放牧及围封对科尔沁沙质草地土壤呼吸的影响

放牧及围封是引起沙质草地生态系统变化的重要因素。对科尔沁地区放牧和围封不同年限的沙质草地进行土壤呼吸动态测定与分析,结果表明:(1)植物生长初期土壤呼吸速率日平均值,围封样地的显著大于放牧样地的(p<0.05);植物生长末期土壤呼吸速率日平均值,放牧样地的显著大于围封样地的(p<0.05)。围封17年和围封22年样地的土壤呼吸速率日平均值相比较,7月上旬之前,围封17年样地的较围封22年样地的大,而7月中旬以后,围封22年样地的较围封17年样地的大,且差异均显著(p<0.05)。(2)土壤呼吸速率的季节动态对放牧和围封的响应过程相似,但围封引起的变异相对较小;土壤呼吸速率季节平均值,围封22年样地的显著大于围封17年的(p<0.05)和放牧的(p<0.01),围封17年样地的大于放牧的(p>0.05),故围封可以增强土壤CO₂的排放,且在一定的时间内,土壤CO₂的排放速率与围封时间正相关。(3)土壤温度和土壤体积含水率可解释土壤呼吸速率的变异从大到小依次为放牧(58%)>围封22年(39%)>围封17年(28%)。     

不同强度放牧后自然恢复的沙质草地土壤性状特征

通过对科尔沁沙质草地不同强度放牧后自然恢复过程中土壤的物理、化学和生物学性状特征的研究,结果表明,土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮和速效磷含量以及基础土壤呼吸活性在各处理表层土壤的特征为:中牧后恢复草地>轻牧后恢复草地>无牧恢复草地>重牧后恢复草地;重牧后的恢复草地表层土壤较其它处理有较高的土壤容重和pH值以及较低的过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶活性;沙质草地的土壤养分和生物学活性在剖面中的分布为上高下低,主要富集于0~ 25cm表层,放牧对土壤系统的影响主要表现在0~ 75cm土层。重度放牧使沙质草地超出了其承载能力和承受干扰的阈限,土壤性状恶化,恢复力降低;而适度的放牧后恢复有利于土壤化学和生物学性状的保持和提高。     

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...     

围封和放牧对科尔沁沙质草地净生态系统碳交换量的影响

利用箱式法对科尔沁地区围封和放牧条件下的沙质草地净生态系统碳交换量(NEE)进行研究,以探讨围封、放牧对NEE的影响。结果显示:(1)围封17年样地的NEE显著小于围封22年样地的,围封22年样地的显著小于放牧样地的(P<0.01)。(2)在植物生长季内,围封样地总体表现出碳汇功能,放牧样地表现出碳源功能。(3)从碳净固定的量来看,围封17年沙质草地的净碳固定能力强于围封22年的;而围封22年比围封17年的沙质草地的在净碳固定方面持续的时间较长。(4)不同环境因子对不同处理NEE的影响程度不尽相同,其线性组合最大可解释NEE的变异依次为围封22年(39.5%)>围封17年(32.1%)>放牧(21.2%)。     

青藏高原维管植物物种丰富度分布的情景模拟

如何充分利用离散的观测数据,通过对维管植物物种分布丰富度及其与生境因子之间的相互作用和影响机理的定量分析,实现维管植物物种丰富度的空间分布及其情景模拟,是目前生物多样性研究前沿和核心内容之一。针对这一问题,在实现青藏高原37个国家自然保护区的维管植物物种数量收集和边界数据矢量化的基础上,分别进行维管植物物种数量与土地覆盖类型、环境因子和景观生态指数等三大类生境因子之间的相关关系的定量计算和对比分析,筛选和确定最佳相关分析方程,进而构建青藏高原维管植物物种丰富度的空间模拟分析模型。该模型中,维管植物物种丰富度与生境因子之间的复相关系数为0.94,模型验证结果表明,青藏高原的维管植物物种的平均丰富度为496.79种/100 km²,其空间分布格局整体上呈东南向西北逐渐减少趋势;另外,除柴达木盆地荒漠区域以外,维管植物物种的空间分布随海拔的升高而减少。基于CMIP5 RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5三种气候情景模拟获得的青藏高原维管植物物种丰富度未来情景结果显示,在T0-T4（2010-2100）时段内,青藏高原维管植物物种丰富度整体将呈减少趋势。RCP 8.5情景下青藏高原维管植物物种丰富度的变化幅度最大,而RCP 2.6情景下的维管植物物种丰富度的变化幅度最小。研究表明,本文构建的模型能够对青藏高原维管植物物种丰富度的空间分布格局及其未来情景进行模拟分析,模拟结果可为青藏高原生物多样性及其对气候变化响应的综合评估和情景模拟提供方法和技术支持。     

围封和放牧对科尔沁沙质草地净生态系统碳交换量的影响北大核心CSCD

利用箱式法对科尔沁地区围封和放牧条件下的沙质草地净生态系统碳交换量(NEE)进行研究,以探讨围封、放牧对NEE的影响。结果显示:(1)围封17年样地的NEE显著小于围封22年样地的,围封22年样地的显著小于放牧样地的(P<0.01)。(2)在植物生长季内,围封样地总体表现出碳汇功能,放牧样地表现出碳源功能。(3)从碳净固定的量来看,围封17年沙质草地的净碳固定能力强于围封22年的;而围封22年比围封17年的沙质草地的在净碳固定方面持续的时间较长。(4)不同环境因子对不同处理NEE的影响程度不尽相同,其线性组合最大可解释NEE的变异依次为围封22年(39.5%)>围封17年(32.1%)>放牧(21.2%)。     

不同湿度条件下模拟增温对科尔沁沙质草地土壤氮矿化的影响

氮矿化作用是影响沙质草地植物群落物种组成和初级生产力的重要因素之一。温度和水分被认为是影响土壤氮矿化/硝化作用的两个关键环境因子,认识沙质草地土壤氮矿化作用对温度和水分的响应,对于预测全球变化对沙质草地生态系统结构和功能的影响具有重要作用。本文通过测定开顶式生长室（OTC）内不同湿度条件下增温时沙质草地净氨化速率、净硝化速率和净矿化速率的变化,分析增温和湿度变化对土壤氮矿化作用的影响。结果表明:不论增温与否,沙质草地土壤净氨化速率、净硝化速率和净矿化速率随着土壤湿度增加而明显提高。土壤净氨化速率在土壤湿度为15.2%时最大,但是净硝化速率和净矿化速率在土壤湿度为11.8%时最大,土壤湿度达到时15.2%表现下降趋势。增温使沙质草地土壤氮矿化作用发生显著变化,但增温的效应与土壤湿度存在一定的关联。土壤湿度为3.4%、5.1%、8.5%时,增温处理使土壤净氨化速率较对照明显提高;但是土壤湿度为11.8%、15.2%时,增温处理时土壤净氨化速率较对照显著降低;土壤湿度为8.5%和11.8%时,增温使土壤净硝化速率和净矿化速率显著升高（p<0.05）,在湿度为1.7%、3.4%、5.1%以及15.2%时,增温处理和对照之间的净硝化速率、净矿化速率无显著差异。这说明只有在适宜的土壤湿度条件下,增温才显著影响沙质草地土壤矿化作用,当土壤湿度处于相对干旱或过度湿润的状态下,增温对沙质草地土壤矿化作用没有显著影响。     

Seasonal changes in the relationship between species richness and community biomass in grassland under grazing and exclosure, Horqin Sandy Land, northern China

How species diversity–productivity relationships respond to temporal dynamics and land use is still not clear in semi-arid grassland ecosystems. We analyzed seasonal changes of the relationships between vegetation cover, plant density, species richness, and aboveground biomass in grasslands under grazing and exclosure in the Horqin Sandy Land of northern China. Our results showed that in grazed and fenced grassland, vegetation cover, richness, and biomass were lower in April than in August, whereas plant density showed a reverse trend. Vegetation cover during the growing season and biomass in June and August were higher in fenced grassland than in grazed grassland, whereas plant density in April and June was lower in fenced grassland than in grazed grassland. A negative relationship between species richness and biomass was found in August in fenced grassland, and in grazed grassland the relationship between plant density and biomass changed from positive in April to negative in August. The relationship between the density of the dominant plant species and the total biomass also varied with seasonal changes and land use (grazing and exclosure). These results suggest that long-term grazing, seasonal changes, and their interaction significantly influence vegetation cover, plant density, and biomass in grasslands. Plant species competition in fenced grassland results in seasonal changes of the relationship between species richness and biomass. Long-term grazing also affects seasonal changes of the density and biomass of dominant plant species, which further affects the seasonal relationship between plant density and biomass in grasslands. Our study demonstrates the importance of temporal dynamics and land use in understanding the relationship between species richness and ecosystem function.     

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。     

Changes in soil and vegetation on moving sand dunes after exclosure in Horqin Sandy Land, Northern China

In the semiarid Horqin Sandy Land of northern China, land desertification is the main causation in vegetation degradation and formation of moving dunes. A study was conducted from 1996 to 2005 to monitor the changes of vegetation characteristics and soil properties after moving dunes were fenced. The changes were compared between moving sand dunes with exclosure and without exclosure to evaluate the effectiveness of vegetation and soil restoration after exclosure establishment. The results show that exlosure establishment facilitated the colonization and development of plant species by ameliorating stressful environmental conditions. Species diversity, average coverage, and plant density significantly increased after exclosure of moving sand dunes along sequence compared with sand dunes without exclosure. Vegetation recovery on moving sand dunes accelerated by exclosure resulted in significant changes in soil properties including increased silt and clay contents, organic C and total N and decreased sand content, especially at the 0-5 cm depth. The results implied that moving sand dunes can be rapidly fixed by construction of exclosure.     

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(P<0.05)。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。