不同邻居物种的基因型多样性对冷蒿生长的影响

植物物种多样性与基因型多样性对群落的结构和功能具有重要的生态作用,近年来植物基因型多样性对植物间相互作用的影响已成为研究者关心的重要科学问题。实验选择退化草原优势种冷蒿(Artemisia frigida)为目标植物,稳定群落建群种羊草(Leymus chinensis)和群落伴生种洽草(Koeleria cristata)为邻居植物,来研究基因型多样性不同的邻居植物对冷蒿生长表现(株高、地上生物量、地下生物量和总生物量)的影响,并通过测量植物相对竞争强度及邻居植物性状变异来进一步探究邻居植物基因型多样性对目标植物影响的内在机制。结果表明:(1)邻居物种为羊草时,基因型多样性对冷蒿的生长表现影响显著,当邻居为6基因型时,冷蒿的株高、地上生物量以及总生物量显著低于单基因型和3基因型时的表现(P0.05),且相对竞争强度高于其他两种处理;而邻居物种为洽草时,基因型多样性对冷蒿所有观测指标以及相对竞争强度的影响均不显著(P0.05)。(2)利用主成分分析法来分析基因型多样性对自身性状变异的影响发现,邻居物种为羊草时,基因型多样性对性状变异响应显著,主要表现为3基因型时,羊草种群的株高、总生物量、地上生物量显著高于单基因型时的表现(P0.05);而邻居物种为洽草时,基因型多样性对性状变异影响不显著(P0.05)。(3)邻居物种为羊草时,羊草总生物量和比叶面积与冷蒿的地上生物量和总生物量呈显著负相关(P0.05);邻居物种为洽草时,洽草各性状与冷蒿性状间无显著相关性(P0.05)。实验结果揭示,基因型多样性对目标植物生长的效应受邻居植物种类的影响,稳定群落建群种羊草高基因型组合能显著抑制冷蒿的生长,这可能与羊草高基因型多样性种群性状变异大且对冷蒿有较高的相对竞争强度有关。所得结果为建群种基因型多样性影响种间相互作用提供了实验证据,为草原的合理利用和保护提供了理论指导。     

羊草基因型多样性能增强种群对干扰的响应

研究了不同基因型多样性(1、3、6三种基因型组合)羊草种群的地上生物量、地下生物量、分蘖数、根茎芽数和根冠比5个指标对干扰强度(用不同留茬高度来模拟)的响应。结果表明:(1)基因型多样性和干扰强度对地上生物量、地下生物量、分蘖数和根茎芽数均有显著影响(P0.05),但两者的交互作用不显著(P0.05)。其中,多基因型组合(3、6基因型组合)羊草种群中这4个响应变量的值均显著高于单基因型羊草种群(P0.05);而干扰强度的增加显著降低了这4个响应变量的值(P0.05)。对于根冠比这一响应变量来说,仅干扰强度对其产生了显著地影响(P0.05)。(2)29个基因型多样性效应值中,有25个值大于0,其中12个表现为显著的基因型多样性正效应。依Loreau和Hector的方法将多样性净效应分解后发现,互补效应和选择效应共同主导12个响应指标的基因型多样性效应,而互补效应独自主导3个、选择效应独自主导5个响应指标的基因多样性效应;但对基因型多样性正效应起主要贡献的是互补效应。所得结果表明,基因型多样性能提高羊草种群的表现,能增强羊草种群对干扰的响应,不同基因型间的互补作用对这种正效应起主要贡献,这将为该物种种质资源保护和合理利用提供理论指导。     

一年生植物群落内取样效应和互补效应的分离

利用人工建植的1年生植物群落对物种多样性．生产力关系及其潜在作用机理——取样效应和互补效应进行了研究。结果表明,不同多样性水平内群落生产力变化幅度较大,不同的物种组合对生产力水平也有较大的影响。植物种多样性与群落生产力之间呈二次函数关系。计算表明,所有混播群落均程度不同地存在多样性净效应,但不同多样性水平间及同一多样性水平内,净效应变化较大。物种多样性与生产力净效应间亦呈二次函数关系。多样性净效应与群落生产力水平呈显著正相关关系。多样性净效应的两个组成部分——取样效应和互补效应对多样性的变化有不同的反应：互补效应与物种多样性间呈单峰格局关系;而取样效应与多样性间呈显著的正相关关系。取样效应和互补效应均随着群落生产力的提高而显著增强。结果还表明,除物种多样性外,物种的组成（或物种的特性）对群落生产力、多样性净效应及其分解成分——取样效应和互补效应均有显著影响。据此,可以认为在短期多样性实验中,取样效应和互补效应均对多样性．生产力正相互关系产生作用,但取样效应的强度要大于互补效应。     

水分梯度上放牧对内蒙古主要草原群落功能群多样性与生产力关系的影响

应用样线法对放牧对内蒙古草原沿水分梯度分布的主要植物群落:小针茅(Stipaklemenzii)群落、大针茅(Stipagrandis)群落、羊草(Leymuschinensis)群落和羊草杂类草群落多样性、生产力以及两者关系的影响进行了研究,结果表明,除羊草杂类草群落外,物种多样性、生活型多样性和水分生态类型多样性随放牧强度的加大而降低,但适度放牧增加了羊草杂类草群落的上述多样性指标。群落地上现存量一般随放牧强度的增大而下降,但小针茅群落反之,主要与1年生植物猪毛菜(Salsolacollina)的生物量迅速增加有关。除羊草群落外,其他群落0～10cm地下生物量随放牧强度的变化不显著;放牧显著降低羊草群落和羊草杂类草群落0～30cm地下生物量。多样性和生产力间的关系在群落水平上的趋势是不同的,但放牧影响下内蒙古草原4种群落多样性与生产力总体而言呈线性增加关系;同时两者之间的关系还和采用哪种多样性指标和生产力指标有关,用水分生态类型多样性比物种多样性更能反映与地上地下总生产力间的关系,得到放牧影响下内蒙古草原植物群落地上地下总生物量与水分生态类型多样性的回归方程。     

基因型数目对溚草生长表现的影响

物种内基因型多样性是否具有类似物种多样性的生态功能是恢复生态学与保护生态学研究的热点问题。在一些群落建群种的研究中,基因型多样性被证明确实具有与物种多样性类似的生态功能,然而群落伴生种是否也具有类似的生态功能并没有实验证据。本研究以中国北方草原群落伴生种溚草为研究对象,采用单因素实验设计,构建溚草基因型单种和4基因型混种2种处理,通过2次收获分别得到溚草地上部绿叶干重、地上部枯叶干重、地上部干重(绿叶+枯叶)、地下部干重以及分蘖数5个指标对基因型数目的响应。结果表明:(1)尽管所得结果均表明4基因型组合种群的表现优于基因型单种,但仅第一次收获时地下部干重这一指标在两种处理之间差异显著(P0.05);(2)仅第一次收获时地下部干重的基因型多样性净效应为显著正效应(P0.05);(3)将所得多样性净效应分解为互补效应和选择效应,发现9/10的互补效应值为正值但与0之间差异不显著(P0.05),而7/10的选择效应为负值,且第二次收获时地上部枯叶干重的选择效应显著小于0(P0.05)。这些结果表明,群落伴生种溚草混种时选择效应不对基因型多样性正效应起正面作用,而基因型间并不能发挥类似物种多样性间的功能互补,因此仅在1/10指标中得到基因型多样性效应的正效应,显著低于已有的关于物种多样性以及建群种基因型多样性所得结果,这些结果为合理评价退化草原的生态功能提供了新的视角。     

松嫩草地草本植物生物多样性:物种多样性和功能群多样性

生物多样性对生态系统功能有重要的影响。作为生物多样性研究的重要方面,物种多样性和功能群多样性引起了生态学者的广泛关注。目前,有关松嫩草地的生物多样性一直缺乏全面而系统的研究。本研究通过对松嫩草地42种植物群落(涉及427个物种)的调查,全面探究了松嫩草地草本植物的生物多样性。从整体上看,松嫩草地主要以禾本科、菊科、豆科植物为主。松嫩草地优势种地上生物量在群落中占绝对优势,其地上生物量与群落地上生物量之间呈极显著正相关(R2=0.904)。不同群落之间物种多样性指数差异很大,其中最主要群落——羊草群落物种丰富度指数(2.6)最小。同时,松嫩草地不同功能群多样性指数之间差异明显,C4禾草为优势种的群落功能群多样性指数明显高于C3禾草为优势种的群落。松嫩草地功能群多样性与物种多样性之间呈极显著正相关(P0.01),功能群多样性在一定程度上能够指示松嫩草地生态系统的生物多样性。     

阿尔泰山两河源牧区草地群落生物量及物种多样性

群落生物量和物种多样性是表征草地生态系统数量特征的重要指标。该研究以新疆阿尔泰山南麓两河源放牧区草地为研究对象,利用样方法对两河源不同放牧区的草地植被进行调查,分析研究区生物量和物种多样性变化,探讨二者与环境因子之间的关联性,为草地群落物种保护以及草地可持续利用提供理论依据。结果表明：(1) 两河源不同牧区间群落盖度、高度、植株密度、地上生物量和单位盖度生物量存在差异。(2) 两河源牧区草地群落地上生物量与群落盖度、植株密度呈显著正相关关系(P<0.05),且地上生物量主要受草地群落盖度的影响;不同牧区的物种多样性指数有一定差异,但物种分布相对均匀。(3)两河源牧区草地群落生物量及物种多样性主要受气温和降水的影响。     

养分添加对天山高寒草地植物多样性和地上生物量的影响

为揭示高寒草地物种多样性和地上生物量以及二者之间关系对养分添加的响应模式, 该研究以天山高寒草地为对象, 通过两年的多重养分添加实验, 研究氮(N)、磷(P)、钾(K) 3种养分单独和组合添加对天山高寒草地群落物种多样性和地上生物量的影响。结果表明: (1)养分添加使当地植物物种多样性不同程度地减少, 其中以N + P、N + K、N + P + K添加的效应最为显著, 多重养分添加导致的土壤生态位维度降低是当地物种丧失的重要原因。(2)养分添加能显著提高群落地上生物量, 其中N为第一限制养分, 解除N限制后P和K成为限制养分, N + P + K复合添加对地上生物量的提高最为显著。(3)养分添加两年后, 地上生物量与物种丰富度之间无显著回归关系且地上生物量增加主要是由于禾草类生物量增加导致, 说明地上生物量主要由少数优势种决定而非群落物种数。     

物种多样性和功能性状驱动高寒草原地上生物量对长期禁牧的响应

围封对草地生物多样性和初级生产力的影响是草地生态学研究的热点问题之一。基于2013—2021年在青藏高原东北部紫花针茅(Stipa purpurea)高寒草原围栏内外植物群落长期调查数据,从物种多样性、功能性状的角度解析了高寒草原地上生物量对长期围封的生态响应过程。结果表明：(1)围封处理对高寒草原物种多样性的负效应具有强烈的时间依赖性。围封处理显著提高地上生物量,但也显著降低了生物量稳定性和异步性,意味着高寒草原稳定的、可持续的生态系统服务功能被长期围封处理削弱。(2)植物功能性状对长期围封处理表现出差异性响应模式;与叶绿素性状相比,叶形态性状对长期围封处理表现出更强的敏感性。(3)物种多样性和功能性状与地上生物量之间均存在显著相关关系,并且物种多样性的影响被功能性状调控进而对地上生物量发挥间接效应,群落加权性状和功能分异度共同对草地生物量发挥直接的主导效应。研究结果证明了植物功能性状通过介导物种多样性与其共同驱动高寒草原地上生物量对长期围封的响应。因此,在未来草地管理过程中,同步研究植物物种和功能属性对于全面揭示生态系统的响应机制至关重要。     

羊草基因型数目对地下动物及微生物群落的影响

群落建群种的基因型多样性是否具有与物种多样性类似的生态功能已经成为种群生态学非常关注的问题,研究结果能够为种群或群落的保护和恢复提供理论指导。基于已构建并施加不同强度干扰(无刈割、留茬10 cm和留茬5 cm)的不同基因型组合(1-、3-、6-基因型)的羊草种群,本研究采集其地下部土壤研究羊草基因型数目及干扰对地下动物群落和微生物群落的影响。结果表明:(1)羊草基因型数目和干扰强度的交互作用对土壤动物的种类、数量的影响显著(P0.05)。(2)在留茬10 cm处理组中,土壤动物的数量与羊草种群基因型数目呈显著的正相关关系(P0.05),符合"资源化假说"。(3)在无刈割处理组中,羊草的基因型数目对根际土壤中微生物群落的组成和结构具有显著的影响(P0.05)。     

Functional dominance rather than taxonomic diversity and functional diversity mainly affects community aboveground biomass in the Inner Mongolia grassland

The relationship between biodiversity and productivity has been a hot topic in ecology. However, the relative importance of taxonomic diversity and functional characteristics (including functional dominance and functional diversity) in maintaining community productivity and the underlying mechanisms (including selection and complementarity effects) of the relationship between diversity and community productivity have been widely controversial. In this study, 194 sites were surveyed in five grassland types along a precipitation gradient in the Inner Mongolia grassland of China. The relationships between taxonomic diversity (species richness and the Shannon–Weaver index), functional dominance (the community‐weighted mean of four plant traits), functional diversity (Rao's quadratic entropy), and community aboveground biomass were analyzed. The results showed that (1) taxonomic diversity, functional dominance, functional diversity, and community aboveground biomass all increased from low to high precipitation grassland types; (2) there were significant positive linear relationships between taxonomic diversity, functional dominance, functional diversity, and community aboveground biomass; (3) the effect of functional characteristics on community aboveground biomass is greater than that of taxonomic diversity; and (4) community aboveground biomass depends on the community‐weighted mean plant height, which explained 57.1% of the variation in the community aboveground biomass. Our results suggested that functional dominance rather than taxonomic diversity and functional diversity mainly determines community productivity and that the selection effect plays a dominant role in maintaining the relationship between biodiversity and community productivity in the Inner Mongolia grassland.     

基因型多样性对羊草种群年龄结构的影响

基因型多样性作为遗传多样性的重要组成部分,不仅在群落水平,而且在种群水平均可以发挥重要生态作用。以羊草（Leymus chinensis）为研究对象,设置5种基因型多样性梯度试验控制小区,进行基因型多样性对羊草种群年龄结构的影响研究。结果表明：随基因型多样性梯度的逐步增加,2a分蘖株生物量和数量均显著增加（P<0.05）;1-4龄级羊草根茎生物量、长度和干物质积累量多数呈极显著性增加的变化趋势（P<0.01）。在1、2、4、8和12种基因型多样性梯度时,分蘖株生物量及数量年龄结构均以1a或2a分蘖株所占比例为最高,年龄结构表现为增长型或稳定型;而羊草种群根茎生物量和长度也以2a根茎所占比例为最高,年龄结构表现为稳定型。随基因型多样性水平的增加,羊草种群分蘖株数量和生物量的年龄结构从增长型向稳定型过渡,但根茎长度和生物量的年龄结构均为稳定型。12基因型多样性水平的4龄级分蘖株和根茎的特征高于其他基因型多样性水平。因此,在不同基因型多样性水平羊草种群分蘖株和根茎具有增长型或稳定型的年龄结构,适当的基因型多样性数量显著促进了各龄级羊草分蘖株和根茎的生物量和数量特征的升高,但高度的基因型多样性水平会增加羊草种群中高龄级的分蘖株和根茎所占的比例,种群发展表现出衰退信号。     

克氏针茅草原群落物种多样性与生物量关系对放牧强度的响应

放牧强度引起的草原植物群落物种多样性与地上生物量变化是近年来草地生态系统研究的热点问题。以内蒙古锡林郭勒克氏针茅草原为研究对象,探究植物群落结构特征、物种多样性与地上生物量之间相互关系及其对不同放牧强度的响应。结果表明：随着放牧强度的增加植物群落结构逐步向退化方向演替;植物群落高度逐渐降低（P<0.05）,密度逐渐增加（P<0.05）,盖度总体呈下降趋势（P<0.05）;植物群落和原有群落优势种地上生物量总体呈下降趋势（P<0.05）,而退化指示物种的地上生物量逐渐增加（P<0.05）;轻度、中度放牧条件下群落物种Margalef指数、Pielou指数、Simpson指数均显著高于重度放牧（P<0.05）;地上生物量与Shannon-Wiener指数、Margalef指数和Pielou指数呈正相关关系,而与Simpson指数呈负相关关系。综上所述,克氏针茅草原植物群落结构和功能在不同放牧强度下产生不同的响应,适度放牧有利于提高群落物种多样性与生物量。     

氮素和水分添加对贝加尔针茅草原植物多样性及生物量的影响

为了解草原植物群落物种多样性和植物地上生物量对氮沉降增加和降水变化的响应,在内蒙古贝加尔针茅(Stipa baicalensis)草原,分别设置对照(N0)、1.5 g/m2(N15)、3.0 g/m2(N30)、5.0 g/m2(N50)、10.0 g/m2(N100)、15.0 g/m2(N150)、20.0g/m2(N200)和30.0 g/m2(N300)(不包括大气沉降的氮量)8个氮素(NH4NO3)添加梯度和模拟夏季增加降水100mm的水分添加交互试验,研究氮素和水分添加对草原群落植物物种多样性和几种常见植物地上生物量的影响。结果表明:(1)氮素和水分的添加降低了草原群落植物物种多样性,且氮素和水分有显著的互作效应。在水分添加的条件下,随着施氮水平的增加,群落植物物种多样性减小;在无水分添加的条件下,随着施氮水平的增加,群落植物物种多样性呈先增加后减小的"单峰"变化趋势。(2)不同植物对氮素和水分添加的响应不同,随着施氮水平的增加,羊草地上生物量显著增加;贝加尔针茅、羽茅、糙隐子草、寸草苔和冷蒿先增加后减少,呈单峰曲线;星毛委陵菜、牧马豆、扁蓄豆和线叶菊地上生物量则逐渐减少。而且氮素和水分对贝加尔针茅、羽茅、扁蓄豆地上生物量有显著的交互作用。     

Relationship between plant species diversity and soil microbial functional diversity along a longitudinal gradient in temperate grasslands of Hulunbeir,Inner Mongolia,China

Numerous experiments have been established to examine the effect of plant diversity on the soil microbial community. However, the relationship between plant diversity and microbial functional diversity along broad spatial gradients at a large scale is still unexplored. In this paper, we examined the relationship of plant species diversity with soil microbial biomass C, microbial catabolic activity, catabolic diversity and catabolic richness along a longitudinal gradient in temperate grasslands of Hulunbeir, Inner Mongolia, China. Preliminary detrended correspondence analysis (DCA) indicated that plant composition showed a significant separation along the axis 1, and axis 1 explained the main portion of variability in the data set. Moreover, DCA-axis 1 was significantly correlated with soil microbial biomass C (r = 0.735, P = 0.001), microbial catabolic activity (average well color development; r = 0.775, P < 0.001) and microbial functional diversity (catabolic diversity: r = 0.791, P < 0.001 and catabolic richness: r = 0.812, P < 0.001), which suggested thatsome relationship existed between plant composition and the soil microbial community along the spatial gradient at a large scale. Soil microbial biomass C, microbial catabolic activity, catabolic diversity and catabolic richness showed a significant, linear increase with greater plant species richness. However, many responses that we observed could be explained by greater aboveground plant biomass associated with higher levels of plant diversity, which suggested that plant diversity impacted the soil microbial community mainly through increases in plant production.     

Effects of grazing on photosynthetic characteristics of major steppe species in the Xilin River Basin,Inner Mongolia,China

Species composition and photosynthetic characteristics of dominant species of ungrazed plot (UG), overgrazed plot (OG), and restored grazed plot (RG) were determined in the Xilin River Basin, Inner Mongolia, China. Both heavily grazing and restoration significantly affected the composition of different species and life forms. Leymus chinensis, Stipa grandis, and Cleistogenes polyphylla, three dominant perennial grasses in UG plot, contributed 58.9 % aboveground biomass to that of whole community, and showed higher net photosynthetic rate (P _N), transpiration rate (E), and intrinsic water-use efficiency (WUE). In OG plot, relative biomass of L. chinensis and S. grandis significantly decreased, while relative biomass of three shrubs/sub-shrubs, Caragana microphylla, Artemisia frigida, and Kochia prostrata, obviously increased. Heavy grazing significantly decreased P _N, E, and WUE of L. chinensis and S. grandis, while shrubs/sub-shrubs showed significantly higher photosynthetic activity and WUE than the grasses. After 18-year restoration, photosynthetic activities of L. chinensis and S. grandis were significantly higher than those in the OG plot. The proportion of L. chinensis, S. grandis, and C. microphylla significantly increased, and relative biomass of C. polyphylla, A. frigida, and K. prostrata markedly declined in RG plot. We found close relationships between physiological properties of species and their competitive advantage in different land use types. Higher photosynthetic capability means more contribution to total biomass. The variations in physiological characteristics of plants could partly explain the changes in species composition during degrading and restoring processes of Inner Mongolia typical steppes.     

高寒草甸植物群落中物种多样性与群落变异性的关系及其机制初探

通过对高寒草甸植物群落中采集的群落数据进行分析,探讨了物种构成的相似性、统计平均、种群变异性和净协方差等机制对形成高寒草甸植物群落中多样性与群落地上生物量变异性之间关系的影响。结果表明,地上生物量的年际变异性随着多样性的增加而减小。物种构成相似性是多样性一变异性负关系产生的原因之一,而相似性与多样性之间并无显著相关关系;统计平均效应是另一个多样性一变异性负关系的主要决定者;净协方差效应、种群变异性对多样性一变异性关系产生的影响不显著或非常有限。     

Plant responses following grazing removal at different stocking rates in an Inner Mongolia grassland ecosystem

Grazing removal is widely used in grassland management. Plant responses following grazing removal at different organizational levels, however, are not well understood. We examined plant responses at different stocking rates in an Inner Mongolia grassland ecosystem dominated by Leymus chinensis and Stipa grandis. Our results indicated that plant response patterns differed significantly among stocking rates, at different levels of organization, and between wet and dry years. Community aboveground net primary production (ANPP) recovered more quickly at low and moderate stocking rates than those at high stocking rates. Response of aboveground net primary production (R_ANPP) was significantly positively correlated with both individual biomass and density responses of L. chinensis. Overcompensation of L. chinensis after grazing removal contributed greatly to positive R_ANPP at the community level. Significant compensatory effects were found between the two dominant species and between dominant species and the remaining non-dominant species. Variation in precipitation significantly affected community ANPP, relationships between community and species responses, and compensatory effects between species. Our study suggests that periodic grazing removal is likely to be a useful method for grassland management and that a combination of species with compensatory effects can be advantageous for reseeding practices in grassland restoration.