退化羊草草原在浅耕翻处理后植物多样性动态研究

利用多年样方资料的统计分析,对退化草原群落浅耕翻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：退化羊草草原在浅耕翻恢复过程中其多度分布特征表现为个别种个体的快速富集（建群种）和少数种随演替进程的富集（优势种）,多度很少的种类（偶见种和伴生种）增加的过程,以上特征与恢复过程中羊草的增加密不可分。退化羊草草原在浅耕翻恢复过程中出现多样性指数的3个高峰期,但多样性指数总变化趋势为开口向上的抛物线状。物种多样性可作为丰富度与均匀度的一个综合反映,在退化草地改良恢复过程中均匀度起着更主导的作用。均匀性指数的整体趋势与多样性指数相似。群落主要植物种群与多样性指数存在着显著的相关关系,其中羊草、冷蒿、冰草、针茅、糙隐子草、变蒿、星毛萎陵菜的密度和生物量与多样性指数具有显著或极显著的线性回归关系。黄蒿的生物量、双齿葱的密度与多样性指数呈显著的线性关系。     

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)。     

内蒙古羊草草原呼吸的影响因素分析和区分

利用静态暗箱-气相色谱法在植物生长旺季测算了内蒙古锡林河流域羊草草原的土壤微生物呼吸、土壤呼吸和生态系统呼吸。地温和水分是植物生长旺季呼吸最重要的影响因素。地温在水分条件适宜的情况下可以解释CO₂通量的部分变化(R² = 0.376~0.655)。土壤水分含量也可以解释土壤呼吸和生态系统呼吸的部分变化(R² = 0.314~0.583),但基本不能解释土壤微生物呼吸的变化(R² = 0.063)。即使在较高温度下,较低的土壤水分含量(≤ 5%) 也会显著的抑制CO₂排放。长期干旱后降雨使CO₂通量在高温下迅速增大。基于5 cm地温和0~10 cm土壤水分含量的双变量模型可以解释CO₂通量约70%的变化。观测期间,土壤呼吸占生态系统呼吸的比例介于47.3%~72.4%之间,平均为59.4%;根呼吸占土壤呼吸的比例介于11.7%~51.7%之间,平均为20.5%。由于植物体去除引起的土壤水分含量上升可能使我们对土壤呼吸占生态系统呼吸比例的估计略微偏高,根呼吸占土壤呼吸的比例略微偏低。     

放牧对内蒙古羊草群落土壤呼吸的影响

采用静态暗箱法,比较测定了放牧对内蒙古锡林河流域羊草群落土壤呼吸的影响以及水热等相关环境因子与土壤呼吸的关系。结果表明:放牧没有改变羊草群落土壤呼吸的季节性变化特征,但降低了土壤呼吸速率的年幅度;生长季放牧样地土壤呼吸速率显著低于封育样地,非生长季两样地土壤呼吸强度均处于较低水平,而且出现负通量的现象,放牧使羊草群落土壤呼吸年总量下降了约33.95％;从全年来看,无论是围栏还是放牧样地,封育样地和放牧样地土壤呼吸与温度因子均显著正相关(p<0.01,n=15),其中与10cm处地温相关性最好,但放牧降低了土壤呼吸对温度变化的敏感性;生长季水分影响作用高于温度,围栏封育样地0~10cm土壤含水量的变化可以解释土壤呼吸变异的87.4％,放牧样地10~20cm和20~30cm土壤含水量的变化共同可以解释土壤呼吸变异的74.9％。     

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。     

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。     

围封对退化沙质草地植物群落的影响

对科尔沁沙地围封草地和放牧草地群落的种类组成、结构和多样性等特征进行比较研究。结果表明：（1）围封草地盖度、密度、地上生物量、高度均优于放牧草地（P<0.01）。与放牧相比,围封使植被盖度、密度、高度和地上生物量分别提高了237%、429%、77%和218%,植物群落结构得到明显改善。（2）与放牧草地相比,围封草地物种数增加了69%,多年生草本、灌木类种数和重要值均高于放牧草地。放牧草地的优势植物种依次是大果虫实（Corispermum macrocarpum）、狗尾草（Setaria viridis）、差巴嘎蒿（Artemisia halodendron）,重要值占72%;而围封草地优势植物种依次是达乌里胡枝子（Lespedeza davurica）、糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）、虎尾草（Chloris virgate）和画眉草（Eragrostis pilosa）,重要值占57%,大果虫实、狗尾草和差巴嘎蒿逐渐处于群落的次要地位,取而代之的是与其环境条件相匹配的优质豆科和禾本科植物。围封使物种组成多样化,科属组成复杂化,优势物种发生了变化,群落结构和功能得到改善,沙地植被得以恢复。（3）围封草地的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Margalef指数、均匀度指数均大于放牧草地。围封增加了群落的物种多样性,群落的稳定性得以提高。     

过度放牧对生态环境的影响与控制对策

通过调查和分析过度放牧对草原植物群落类型、盖度、生物量及土壤特性等的影响,可以得出过度放牧造成了非常严重的生态环境问题,反过来,也给牧业带来了不利的影响。过度放牧引起了草原植被的退化和土壤质量的退化,特别是春季的过度放牧对草原植被和土壤质量造成了更为严重的不利影响。草原生态系统易变性和易退化特点决定了放牧容易引起一系列生态环境问题,甚至引起土壤盐碱化、荒漠化和深部土层干化等严重的生态环境问题发生。笔者提出,对草原土层盐碱含量、植被盖度和深部土层含水量、地面大气湿度与含尘量进行监测,并依此为依据制定科学合理的牧业发展计划和管理措施,这对于牧业的长期发展和生态环境的改善是非常必要的。     

退化沙质草地土壤种子库和地上植被对封育的响应机理

从植物种和植物功能类群两个水平系统探讨退化沙质草地土壤种子库和地上植被对短期封育管理响应机理的研究尚不多。以内蒙古东部的科尔沁沙地退化沙质草地为研究对象,采取随机样方法对禁牧6 a的封育区及与其相邻的自由放牧草地的土壤种子库和地上植物群落的物种密度进行了比较研究,草本植物群落被区分为一年生禾本科植物、非禾本科一年生植物和多年生植物3个主要功能类群。利用测定数据,分析研究了短期禁牧封育对土壤种子库和地上群落不同植物种和各植物功能类群的生态恢复作用机理。主要研究结果是：①短期封育显著促进了退化沙质草地植被的生态恢复,但发现土壤种子库和地上植被对禁牧的响应模式和机理存在明显差异,短期禁牧使土壤种子库中所有3个植物功能类群的密度均得到显著提高,而仅提高了地上植被一年生禾本科植物和多年生植物两个类群的密度;相反,禁牧显著提高了地上植被所有3个功能类群的物种丰富度和多样性,仅提高了土壤种子库中多年生植物类群的物种多样性。②短期禁牧显著增加了地上植物群落组成中可食和优良牧草的比例,提高了草地的经济利用价值。主要结论是：短期禁牧封育是一种经济有效的提高退化沙质草地植被多样性、生产力及对植物群落物种组成和草地品质进行优化调控和改良的重要草地管理手段。研究建议,今后应重点开展不同禁牧时间下对退化沙质草地土壤种子库和地上植被多样性、生产力及其物种组成变化影响的长期生态学控制实验研究。     

氮素添加对黄土高原荒漠草原草本植物物种多样性和生产力的影响

为了解大气氮沉降对荒漠草原植物物种多样性和生产力的影响,在黄土高原荒漠草原区进行了氮素添加试验,研究了氮素添加量对草本植物物种多样性和植物生产力的短期影响.结果表明:随氮素添加量的增加,群落Margalef物种丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数显著减小,中,高水平氮素添加处理下,群落Margalef物种丰富度指数和Shannon-Wiener 多样性指数分别比对照下降了39.14%、47.07% 和25.57%、31.52%.随氮素添加量的增加,主要优势植物种相对重要值增大;处于弱势的伴生植物种在氮素添加后从群落中消失.氮素添加后,群落生产力显著提高,尤其是低水平氮添加时生产力增加量最大.氮素增加在短期内即可以提高黄土高原荒漠草原草本植物群落生产力,促进优势种群的生长,抑制不占主要地位的伴生种的生长,改变物种组成并降低物种多样性.     

Influencing factors and partitioning of respiration in a Leymus chinensis steppe in Xilin River Basin, Inner Mongolia, China

Based on the static opaque chamber method, the respiration rates of soil microbial respiration, soil respiration, and ecosystem respiration were measured through continuous in-situ experiments during rapid growth season in semiarid Leymus chinensis steppe in the Xilin River Basin of Inner Mongolia, China. Soil temperature and moisture were the main factor affecting respiration rates. Soil temperature can explain most CO2 efflux variations (R2=0.376–0.655) excluding data of low soil water conditions. Soil moisture can also effectively explain most of the variations of soil and ecosystem respiration (R2=0.314–0.583), but it can not explain much of the variation of microbial respiration (R2=0.063). Low soil water content (≤5%) inhibited CO2 efflux though the soil temperature was high. Rewetting the soil after a long drought resulted in substantial increases in CO2 flux at high temperature. Bivariable models based on soil temperature at 5 cm depth and soil moisture at 0–10 cm depth can explain about 70% of the variations of CO2 effluxes. The contribution of soil respiration to ecosystem respiration averaged 59.4%, ranging from 47.3% to 72.4%; the contribution of root respiration to soil respiration averaged 20.5%, ranging from 11.7% to 51.7%. The contribution of soil to ecosystem respiration was a little overestimated and root to soil respiration little underestimated because of the increased soil water content that occurred as a result of plant removal.     

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。     

锡林河流域羊草草原暗栗钙土矿质氮动态变化

通过野外采样,分析了内蒙古锡林河流域三个不同放牧强度羊草草原0～30cm表层土壤中矿质氮（NH₄⁺-N+NO₃^--N）的浓度特征,研究了它们在生长季期间的含量变化情况。结果表明:羊草草原暗栗钙土中矿质氮主要以NH₄⁺-N形式存在,矿质氮含量仅占土壤全氮的0.20%～0.92%;土壤矿质氮含量随草地放牧强度升高而降低,围封禁牧多年的羊草样地矿质氮含量高于轮牧地和自由放牧地;生长季期间0～10cm、10～20cm和20～30cm各层次土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N含量随土壤温度、水分和植物生长吸收的变化而波动明显,不同深度土壤矿质氮的季节变化趋势基本一致,表层0～10cm土壤矿质氮含量波动幅度最大:在4月和7、8月份,NO₃^--N和NH₄⁺-N浓度分别出现峰值;NH₄⁺-N和NO₃^--N含量随采样深度增加而降低,各采样点0～30cm土壤中NH₄⁺-N含量均高于NO₃^--N。     

内蒙古锡林河流域羊草草原植物生长旺季呼吸的影响因素分析和区分

Based on the static opaque chamber method,the respiration rates of soil microbial respiration,soil respiration,and ecosystem respiration were measured through continuous in-situ experiments during rapid growth season in semiarid Leymus chinensis steppe in the Xilin River Basin of Inner Mongolia,China. Soil temperature and moisture were the main factor affecting respiration rates. Soil temperature can explain most CO2 efflux variations (R2=0.376-0.655) excluding data of low soil water conditions. Soil moisture can also effectively explain most of the variations of soil and ecosystem respiration (R2=0.314-0.583),but it can not explain much of the variation of microbial respiration (R2=0.063). Low soil water content (≤5%) inhibited CO2 efflux though the soil temperature was high. Rewetting the soil after a long drought resulted in substantial increases in CO2 flux at high temperature. Bi-variable models based on soil temperature at 5 cm depth and soil moisture at 0-10 cm depth can explain about 70% of the variations of CO2 effluxes. The contribution of soil respiration to ecosystem respiration averaged 59.4%,ranging from 47.3% to 72.4%; the contribution of root respiration to soil respiration averaged 20.5%,ranging from 11.7% to 51.7%. The contribution of soil to ecosystem respiration was a little overestimated and root to soil respiration little underestimated because of the increased soil water content that occurred as a result of plant removal.     

青藏铁路温性草原区路域植被自然恢复过程中群落组成和物种多样性变化

以芨芨草和短花针茅为优势种的温性草原是青藏铁路进入海拔3000m以上地区所穿越的第一个地带性植被类型。在青藏铁路经过的温性草原区对未受筑路直接影响的区域、取土区、铁路路基、周围其它类型的公路路域植被进行取样，并对群落组成和有关群落特征进行了比较，以讨论青藏铁路的修建与运营对温性草原及其恢复过程的影响。结果显示，青藏铁路修筑过程对铁路两侧一定区域的温性草原有较大影响，但随着受影响区域植被的自然恢复，群落盖度、生态优势度和物种多样性等反应群落特征的指标都有一定程度的改善，一些在原生植被中很少出现或伴生种在恢复后的群落中有可能成为群落的优势种或建群种，如露蕊乌头和鹅绒委陵菜等；人为辅助措施将有利于受损植被的恢复；修筑铁路过程中受到影响的温性草原其恢复过程中尚未出现外来入侵植物。