科尔沁沙质放牧草地土壤动物多样性特征研究

在科尔沁沙质放牧草地,人为的小面积实验放牧情况下,土壤动物群落结构随放牧强度的提高发生变化,主要体现在动物密度降低、群落丰富度减小。放牧强度提高时,土壤动物生物量、密度季节动态和多样性指数无明显变化规律,重度放牧下以上指标并不明显低于封育区。土壤动物优势类群对放牧扰动的响应各自不同。以相似性指数比较土壤动物对不同牧压的响应,结果为中度放牧区较接近封育区,而重牧区分异最大。     

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%)。     

科尔沁沙质草地优势多年生植物氮素回收效率的分异特征

养分回收是多年生植物重要的适应策略,通过这种方式可以使植物重新利用体内养分。尤其在养分贫瘠的环境中,养分条件的微小变化都会影响植物的生长、竞争和适合度。但是,不同物种和不同生活型植物的氮素回收效率具有较高的变异,这对理解不同物种或生活型植物在生态系统功能中的作用具有重要意义。本研究分析了科尔沁沙质草地生态系统中39种多年生植物成熟绿叶和枯叶的氮素含量和氮素回收效率,以揭示不同物种或生活型植物氮素回收效率的分异特征。结果表明：科尔沁沙质草地优势多年生植物成熟绿叶氮素含量的变化范围在12.2～33.4 mg·g-1,平均值为23.3 mg·g-1;与全国及全球尺度上的研究结果相比,科尔沁沙质草地成熟绿叶氮含量平均值偏高,说明干旱荒漠环境植物叶片平均氮含量相对较高;多年生植物枯叶的氮素含量明显小于成熟绿叶氮素含量,变化范围在6.2～18.8 mg·g-1,平均值为11.3 mg·g-1;多年生植物氮素回收效率的范围在29%至74%之间变化,平均值为50.3%。这说明氮素回收是科尔沁沙质草地生态系统多年生植物重要的养分保留策略之一。另外,沙质草地不同生活型植物的氮素回收效率存在显著的差异。固氮植物和禾本科植物的氮素回收效率显著低于灌木和杂类草植物。这一结果间接说明植物氮素保持能力的分异是半干旱沙质草地植物共存的机理之一。     

古尔班通古特沙漠南缘不同立地条件植物多样性和优势种群生态位特征研究

以古尔班通古特沙漠南缘不同立地条件植物群落为研究对象,分析了该区不同立地条件植物群落的种类组成、优势种群及优势种群的生态位特征。结果表明:①不同立地条件的植物群落均为灌木-草本模式,优势种群为梭梭、白梭梭、白皮沙拐枣、羽毛针禾、骆驼刺、琵琶柴、狭果鹤虱、沙蓬、倒披针叶虫实;②由于不同立地条件环境因子差异,造成其植物群落的α多样性指数存在差异;③Whittacker指数与Cody指数显示不同立地条件植物群落β多样性随环境变化可分为两个梯度,第一梯度为垄顶、迎风坡与背风坡上部,第二梯度为平坦荒地、丘间平地与背风坡中、下部;④生态位宽度大的物种间生态位重叠大。在古尔班通古特沙漠南缘进行受损群落植被恢复与重建时,可在适宜的立地条件种植梭梭与羽毛针禾。     

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%)。     

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。     

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。     

荒漠草地植物多样性对肥料添加的响应

选择古尔班通古特沙漠南缘典型丘间低地荒漠草地,采用完全随机区组设计,通过设置8个肥料添加处理（CK、N、P、K、NP、NK、PK、NPK）,研究了荒漠草地植物多样性对不同肥料添加处理的响应,得出以下结论:（1）研究区植被丰富度指数在P、NP、PK肥添加的作用下显著增加,而其余处理对其影响不显著, NK处理使研究区植被丰富度指数下降;多度指数在不同肥料添加下表现出与丰富度指数相同的特征;（2）不同施肥处理对荒漠草地的生物多样性有不同程度的影响:P肥、NP肥的添加使Simpson指数、Shannon-Weiner指数和Pielou指数与对照（CK）相比显著增加（p＜0.05）,表明P肥添加、NP肥添加是增加新疆荒漠草地生物多样性的有效措施;（3）植被丰富度指数在年际间的变化表现为:2009年开始施肥,2010年丰富度指数下降,2012年丰富度指数上升,即随着施肥时间的推移,同一块样地丰富度指数呈先下降后增加的趋势,均匀度指数随时间呈上升趋势。     

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%)。     

土地覆盖类型对科尔沁沙地南缘土壤有机碳储量的影响

研究了科尔沁沙地南缘土地覆盖由流动沙地向人工林地、农田及固定沙地等转变后,0~60 cm土层有机碳储量的变化。结果表明：农田土壤有机碳含量增加最明显,为流动沙地的3.97倍且相同层间差异均显著;樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）林地、新疆杨（Populus alba var. pyramidalis）林地、小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）群落土壤有机碳含量较流动沙地分别增加79.78%、138.20%、73.07%,差异主要在0~20 cm土层;围封草地和中度放牧草地分别增加116.85%和133.71%,差异主要在0~40 cm土层;固定沙地比流动沙地增加49.44%,差异主要在0~20 cm土层。土地覆盖类型转变后,由于受到土壤容重的影响,土壤有机碳密度在0~20 cm土层变化较明显。8种土地覆盖类型可分为4组：CL1（农田）、CL2（新疆杨林地、围封草地、中度放牧草地）、CL3（樟子松林地、小叶锦鸡儿群落、固定沙地）和CL4（流动沙地）。另外,土壤有机碳含量和密度在土壤剖面上的分布也随着土地覆盖类型的变化而不同。     

羊啃食动力学模拟与内蒙古西部气候变化适应

将定性分析、民主参与式评估和定量数值模拟方法结合起来,对阿拉善气候变化适应问题进行了简要评估并重点分析了土地退化、放牧和草原管理策略之间的关系。阿拉善主要的适应政策是禁牧和生态移民。禁牧后荒漠草原植被得到恢复,但移民增加了绿洲压力,过度开垦又造成周边土地沙化;过度抽取地下水致使水位下降并伴随咸水入侵和地表盐碱化。禁牧的另一个副作用是造成草原鼠害加重及火灾风险增加,生物多样性也呈现先升后降趋势。一些灌木因缺乏啃食出现退化迹象等,说明一定程度的啃食有利于维持草原生态平衡。因此,动物是草原生态系统不可或缺的成员之一。我们用一个包含动物啃食等的森林生态动力模式模拟了啃食动力学,结果表明,有限的放牧有利于草场更新并能充分利用草原资源;过度放牧导致草场退化并伴随羊群死亡。因此,需要将圈养和限制性放牧结合起来,制定可持续性适应政策。     

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。     

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。     

多伦县沙质草原植被的变化趋势分析

在多伦县1984年草原普查资料的基础上,2001年又在28个样点上进行了较详尽的野外考察,比较了相隔17a的草原植被变化。结果表明:潜在沙漠化土地的面积占有相当大的比例;中度、重度退化的比例从50%又有了扩大的趋势,这说明多伦县沙漠化的潜在隐患十分严重;近年来实施的草原保护起到一定的作用,表现在一些退化的样点有了恢复,最典型的例子就是黑山嘴乡胜利村(沙质栗钙土,冷蒿+寸草苔+杂类草,重度退化)沙质草原中的冷蒿群落在封育保护下已经恢复为以大针茅为建群种的群落;而不合理的利用,继续使一些样点上的群落退化。总的趋势仍是局部好转,总体恶化;挖掘和开垦则具有剧烈性的破坏作用,植被表面形成的"破口"在风蚀、水蚀的作用下,沙漠化的进程将会迅速发展。