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。     

内蒙古典型草原与荒漠草原NDVI对气象因子的响应

分析了内蒙古典型草原与荒漠草原NDVI的变化,探讨了干旱对NDVI的影响,建立了NDVI与气象因子的回归模型。结果表明:2000-2016年内蒙古典型草原与荒漠草原NDVI呈现波动变化,变异较小。干旱对典型草原区的羊草(Leymus chinensis)群落与大针茅(Stipa grandis)群落NDVI影响显著(P<0.05);与正常年份相比,干旱导致羊草群落与大针茅群落NDVI降低约23%。5-8月降水量和干燥度指数影响内蒙古典型草原羊草群落与大针茅群落NDVI;荒漠草原区羊草+短花针茅(Stipa breviflora)群落与沙生针茅(Stipa plareosa)群落NDVI的主要影响因子分别为年均气温与5-8月平均气温;5-8月降水量和年均气温是影响典型草原和荒漠草原NDVI的重要因子。基于气象因子的NDVI回归模型能够较好地对区域NDVI进行估测。生长季降水是影响典型草原NDVI的关键因素,而气温显著影响荒漠草原NDVI。在未来气候变化的背景下,内蒙古典型草原NDVI对干旱的响应会更加敏感。     

半干旱草原型流域不同时间尺度降水特征分析

基于锡林浩特气象站1960-2015年逐日降水数据,运用M-K法、R/S 法和Morlet 小波法,分析了半干旱草原型流域--锡林河流域近56a不同时间尺度下降水趋势及突变特征、未来变化趋势、降水周期规律的变化情况。结果表明：近56a来锡林河流域年降水量呈下降的趋势,在1974、1980、1989年和1998年发生过4次突变,存在28a的主周期变化。夏季降水特征和年降水特征基本一致,冬季降水量呈显著上升的趋势。汛期8月份降水量呈显著下降的趋势,并在1998年左右发生突变,降水第一主周期在12a处,非汛期11和12月份降水量都呈显著上升的趋势,其中,12月份降水在2000 年左右发生显著突变,这两个月份降水的第一主周期分别是30a和9a。不同时间尺度下降水序列的Hurst指数均>0.5,说明流域降水趋势具有持续性,未来降水趋势与过去保持一致。     

论北半球三大温带草原农垦与沙漠化的关系

我国东北西部和内蒙中东部,与北哈萨克斯坦、美国中西部大平原为北半球温带三大肥沃草原。雨量在300~ 400mm之间,地形平坦,气候适宜于畜牧业,实为天然的殷实草原。文章根据调查材料和文献提供了有关这三大草场大规模农垦旱作以致变成沙荒、沙漠化土地和尘源的一些信息。     

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。     

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.     

近55 a新疆净生态系统生产力对气候变化的响应

新疆地处干旱和半干旱气候区,明确其生态系统的碳汇大小及其对气候变化的响应对研究中国干旱区植被碳汇及其对陆地碳平衡的贡献具有重要意义。基于最新地面气象观测数据,利用大气植被相互作用模型AVIM2（Atmosphere-Vegetation Interaction Model 2）,在0.05°×0.05°经纬度空间网格上估算分析了1961-2015年新疆净生态系统生产力（NEP）的时空分布特征及其对气候变化的响应。研究结果表明：近55 a新疆NEP平均值为14.4 gC·m^-2,没有明显变化趋势。空间上看,约40%地区的NEP呈下降趋势,主要分布在天山两麓的城市人口聚集区;而60%地区NEP呈上升走势,其主要分布在新疆昆仑山脉、天山山区和人烟稀少的荒漠地区。新疆NEP对降水量变化更为敏感,气温的变化对NEP的影响并不显著。虽然新疆平均碳汇随着年降水量的变化而在源与汇之间波动,但是从多年平均来看,新疆仍然为碳汇区。     

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...     

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.     

宁夏农牧交错区（盐池）草地生产力对气候变化的响应

用宁夏农牧交错区(盐池县)1954—2004年的气候资料,分析了该地区51 a来气温、降水的变化趋势及其草地气候生产力的变化。结果表明：从1954年以来的51 a内,盐池气温呈明显上升趋势;春、夏季降水量和年降水量略呈增加趋势,秋、冬季降水量略呈减少的态势,但趋势不明显;草地气候生产力呈增加趋势。草地气候生产力与年降水量关系密切,水分是制约草地气候生产力的关键因子。未来“暖湿型”气候对盐池草地的干物质生产最有利,平均增产幅度为10% ,而“冷干型”气候对草地的干物质生产最不利,平均减产幅度为10%。若气温升高1～2 ℃,降水量增加10%～20% ,则盐池草地的气候生产力将增加10%～20%。     

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。     

不同经济水平牧户草场植被特征比较

以内蒙古荒漠草原家庭牧场为研究尺度,比较分析了不同经济水平牧户草场的植物群落特征,结果表明:主要植物种群的高度、盖度、密度、地上生物量、重要值及群落多样性指数均呈现出不同程度的趋同性.从社会学角度分析表明,牧区牧户的经济收入与饲养牲畜头数呈高度正相关.不同经济水平牧户草畜平衡的调整和适应能力不同,低经济水平牧户一般牲畜头数少,草场相对可使用面积大,经营意识薄弱,草场经常被有意或无意占用;中等经济水平牧户扩大饲养规模的愿望最为强烈,并积极通过围封、租借草场等方式来保护自家草场和扩大牲畜数量;高经济水平牧户则普遍采取常年租借草场、走场、购买饲草料等措施,减缓对自己草场放牧压力,同时保持畜饲养规模的维持和扩大.牧户存在调整适应行为,并会基于自己的“草畜平衡标准”,根据经济条件、草场面积、牲畜数量和对草场状况、放牧超载及效益的认知,适时通过草场流转和输入外部资源等方式,转移放牧压力,致使不同牧户草场生态状况趋于一致.     

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。     

内蒙古短花针茅草原种子植物区系研究

对短花针茅草原种子植物科、属、种的区系特征进行了统计分析,结果表明：①研究区共统计种子植物31科,96属,161种,并集中分布在几个大科,区系的优势现象明显;②属种比为1∶1.68,较内蒙古自治区、全国及全世界均低,物种分化程度低;③植物区系组成具有明显的温带性质,但与热带植物区系也存在一定的亲缘关系,具有过渡性;④植物区系组成以年轻成分为主,兼有古老性;⑤植物生活型特征表明本区多年生草本植物占绝对优势,表现出草原植物群落种类组成的特征,但由于该区土壤覆沙或沙质化明显,因此,灌木和半灌木种类也较多;⑥植物水分生态类群以旱生为主,非旱生也占有很大比例,具有明显的过渡性;⑦该生态系统比较脆弱,应加强保护,合理利用,实现可持续性发展。     

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％。     

氮素和水分添加对贝加尔针茅草原土壤氨氧化微生物群落结构的影响（英文）

应用PCR-DGGE技术研究了连续2年氮素、水分添加处理对贝加尔针茅草原土壤氨氧化细菌(AOB)16S r RNA基因和古菌(AOA)amo A基因遗传多样性的影响。结果表明,土壤硝化势在水分添加低氮(N30)和非水分添加高氮(N300)处理下较对照显著升高(P0.05),在水分添加高氮(N200、N300)处理下较对照急剧下降(P0.05)。不同处理下氨氧化细菌的群落结构变化较氨氧化古菌敏感,氮素添加显著改变了氨氧化微生物的群落结构,在高氮素处理下,氨氧化细菌的多样性指数有下降的趋势,而古菌的多样性则有升高的趋势,表明氨氧化古菌在高氮素下生长比较活跃。发育树分析的结果表明,非水分添加处理下,氨氧化细菌的群落由亚硝化螺菌属的Cluster 1、Cluster 3和Cluster 4组成,水分添加处理下由亚硝化螺菌属Cluster 3、Cluster 4和亚硝化单胞菌属的Cluster 6组成,而氨氧化古菌群落在水分添加处理下主要由泉古菌门的Cluster 1、Cluster 2和water lineage组成,在非水分添加处理下主要由泉古菌门的Cluster 1、Cluster 2和Cluster 5组成,两种水分输入机制下,氨氧化微生物群落的不同组成说明,水分在调节氨氧化微生物群落结构方面有重要作用。此外,氨氧化细菌群落多样性与全氮,NH4+和NO3-的含量呈显著负相关,而古菌群落与其呈显著正相关,说明氨氧化细菌与古菌对氮素和水分添加有不同的且互补的反应机制。     

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。