放牧对短花针茅荒漠草原建群种与优势种空间分布关系的影响

采用多种分析方法探讨放牧对短花针茅荒漠草原建群种与优势种无芒隐子草、碱韭的种群空间分布关系的影响.结果表明: 短花针茅+无芒隐子草+碱韭群落的景观特征主要由草原的土壤理化性质和种群的固有属性决定.自由放牧导致的空间分布的变异程度为碱韭>无芒隐子草>短花针茅.自由放牧对短花针茅和碱韭密度的影响显著,但对无芒隐子草影响不大.随着无芒隐子草密度的增加,自由放牧区短花针茅密度呈现增大趋势,而围封区短花针茅种群密度呈现先增大后减小的趋势;自由放牧区和围封区内短花针茅密度均随碱韭密度的增加而减小.表明植物种群种间关系存在密度效应,在受到外界干扰的情况下,密度效应可能消失;因植物种对或干扰条件不同,植物种间关系可以有多种表现形式.     

不同尺度下荒漠草原建群种短花针茅的空间分布对载畜率的响应

为探讨不同尺度下短花针茅种群密度空间分布对载畜率的响应特点及差异,本研究以内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原建群物种短花针茅为对象,分析了不同尺度(1 m×1 m小尺度和5 m×10 m中尺度)下对照、轻度放牧、中度放牧和重度放牧4种处理短花针茅种群的空间异质性。结果表明: 与小尺度相比,中尺度的对照与轻度放牧下短花针茅种群密度显著降低。在2种尺度下,与对照相比,放牧使得短花针茅种群密度显著增加。通过半方差函数进行模型拟合, 小尺度下,对照、轻度放牧、中度放牧及重度放牧样地短花针茅种群分布分别符合线性、指数、指数和指数模型,中尺度下分别为高斯、指数、高斯和指数模型。不同尺度和放牧强度下短花针茅种群空间结构发生改变,小尺度下,对照样地短花针茅分布格局较简单、空间结构较好;而重度放牧样地短花针茅分布格局较复杂、空间结构较差;中尺度下,重度放牧样地短花针茅分布格局较简单、空间结构较好,而中度放牧样地短花针茅分布格局较复杂、空间结构较差。中、小尺度下,中度和重度放牧使得短花针茅种群空间异质性降低且分布更为均匀;此外,对照、中度和重度放牧下中、小尺度短花针茅种群空间分布趋势基本一致,而轻度放牧则有所不同。     

不同放牧强度对短花针茅草原植物种群种间关系的影响

为了解不同放牧强度对荒漠草原植物种群关联对的影响, 以不同放牧强度下短花针茅荒漠草原植物种群为研究对象, 在苏尼特右旗附近的荒漠草原试验示范基地, 设置 3 个放牧强度试验处理(SA1、 SA2、 CK), 于 2013 年 8 月对不同试验处理区种群存在状况和出现频率进行调查和统计, 旨在探讨不同放牧强度下短花针茅荒漠草原植物种群关联关系。结果表明, 3 个植物种群出现频率受放牧强度影响的敏感程度表现为碱韭<无芒隐子草<短花针茅。重度放牧导致显著正相关种对数减少, 物种关联链简单, 关联物种对较少。在研究的放牧强度范围内, 随着放牧强度的增加,植物群落总体关联性呈正联结的变化趋势。短花针茅和无芒隐子草主要表现为无关联性, 短花针茅与碱韭主要表现为负关联性, 无芒隐子草和碱韭受放牧强度影响, 其种间的竞争与亲和作用可以转化。     

不同载畜率下短花针茅荒漠草原物种多度格局

以内蒙古短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原为研究对象,通过野外植被调查,并应用几何级数模型、分割线段模型和重叠生态位模型,分析不同载畜率下的植物群落物种多度格局,旨在研究物种之间的关系和群落格局,揭示过度放牧对荒漠草原植物群落的影响。结果表明:几何级数模型可以较好地拟合短花针茅荒漠草原不同载畜率下植物群落物种多度格局。物种多度格局不随放牧强度的增加而发生变化,但植物频度呈下降趋势,中度放牧和重度放牧使荒漠草原的物种数减少。建群种短花针茅对荒漠草原植物群落格局起关键作用,重度放牧使物种频率降低,但短花针茅频率表现出增加的趋势。     

Linking plant spatial aggregation with reproductive traits and near-source seed dispersal: ecological adaptation to heavy grazing

植物的生态适应策略一直备受生态学者的关注,然而很少有研究能够整体地、系统地揭示植物适应草食动物的生态过程。本研究以内蒙古荒漠草原建群种短花针茅为研究对象,分析了重度放牧和不放牧处理下短花针茅的繁殖个体性状、种子性状以及土壤种子库和种群空间格局。研究结果表明,生殖个体性状方面,生殖枝数量对营养枝数量有正向影响;土壤种子库方面,短花针茅生殖个体基部的土壤种子库中短花针茅密度显著高于旁边裸地土壤种子库中短花针茅的密度,且与种子性状和裸地土壤种子库显著负相关;在种群空间格局方面,重度放牧下短花针茅种群空间聚集分布。我们的结果认为在重度放牧处理下,生殖活动在短花针茅的资源分配中处于主导地位;短花针茅植物种群通过调控种子形态特征,采用就近扩散的生态策略,促进了幼年种群与成年种群在较小的尺度上空间正关联,从而形成“安全岛”。     

放牧强度对荒漠草原建群种短花针茅空间异质性的影响

为探讨不同放牧强度下短花针茅种群密度空间分布的变化特点及差异,本研究以内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原建群物种短花针茅为对象,分析了对照、轻度放牧、中度放牧和重度放牧4块样地短花针茅种群小尺度空间分布异质性.结果表明: 短花针茅种群密度分别为重度放牧(27.81株·m^-2)>中度放牧(22.17株·m^-2)>对照(11.31株·m^-2)>轻度放牧(10.76株·m^-2),中度与重度放牧显著增加了短花针茅种群密度;通过半方差函数进行模型拟合,对照、轻度放牧、中度放牧及重度放牧样地短花针茅种群分布分别符合指数模型、球状模型、指数模型和球状模型;通过对短花针茅种群的空间分布格局分析,各样地结构比分别为对照(99.7%)>重度放牧(94.7%)>轻度放牧(92.7%)>中度放牧(87.9%),表明4块草地空间自相关性程度均较高,主要受结构性因素影响,中度放牧草地短花针茅种群结构比最小,受随机性因素影响相对较大;通过分形维数分析,4块草地空间结构良好,空间分布简单,并随着放牧强度增大,空间分布更简单且均质化;结合2D及3D图看,轻度放牧及重度放牧均造成短花针茅种群空间分布从梯度分布变成斑块分布,并使空间异质性降低.     

放牧对短花针茅荒漠草原植物多样性的影响

放牧干扰对草原植物多样性影响机制是放牧生态学研究的核心问题。以内蒙古锡林郭勒盟苏尼特右旗的短花针茅荒漠草原的长期放牧控制实验为平台,系统研究了放牧调控下植物多样性随组织尺度转换的影响,为荒漠草原植物多样性尺度推绎提供理论基础。结果显示:1)现存草地物种数未放牧最高,适度放牧次之,重度放牧最低,差异体现在多年生杂类草和一年生草本2个功能群上,且各功能群的权重基本不受放牧强度影响;2)群落尺度,放牧强度没有显著影响丰富度指数,未放牧小区的植物Simpson生态优势度指数、Shannon-Wiener物种多样性指数与Pielou均匀度指数大于适度放牧小区,显著大于重度放牧小区(P0.05);功能群尺度,多年生禾草与一年生草本的多样性指数对放牧无显著响应,多年生杂类草的多样性指数未放牧小区最高,适度放牧小区次之。3)Godron群落稳定性指数显示,适度放牧的小区稳定性高于未放牧小区和重度放牧小区。研究表明,放牧强度的上升使短花针茅荒漠草原不同组织尺度植物多样性降低,但群落稳定性结果显示适度放牧的草地表现出了更高的稳定性,植物多样性与稳定性的权衡将是合理制定区域科学放牧强度的重要途径。     

短花针茅草原群落种间关系的新发现

在短花针茅荒漠草原群落,发现了优势种短花针茅与碱韭、无芒隐子草与碱碍之间存在根相连共生现象,并获得了实物证据。     

基于零模型的宁夏荒漠草原优势种群点格局分析

植物种群空间分布格局是多种生态过程综合作用的结果。明确植物优势种群个体的空间分布格局与形成机制有助于认识种群生态适应对策与群落多样性维持机制。以宁夏荒漠草原优势种群蒙古冰草、短花针茅、牛枝子和牛心朴子为研究对象,采用完全空间随机零模型分析其种群空间分布格局特征,并通过异质泊松零模型与泊松聚块零模型探讨生境异质性、扩散限制等因子在其空间分布格局形成过程中的作用。结果显示:(1)完全空间随机零模型下,4个物种在4 m尺度范围内表现为聚集分布,随尺度增大,逐渐过渡到随机分布和均匀分布。(2)在排除生境异质性的异质泊松零模型下,蒙古冰草种群在整个研究尺度上表现为随机分布;牛枝子、短花针茅和牛心朴子种群仅分别在0—0.2、0.1—0.4 m与0—0.2 m尺度范围内发生偏离,表现为均匀分布与聚集分布,其他尺度均为随机分布。(3)在排除扩散限制的泊松聚块零模型下,所研究种群均表现为随机分布。综上,荒漠草原优势种群在小尺度范围内主要表现为聚集分布;生境异质性与扩散限制均是驱动其空间分布格局形成的重要因子,相对而言,小尺度空间范围内扩散限制的作用更为显著。     

短花针茅叶片水分利用效率对放牧强度的响应及其影响因素

为明确植物的用水策略及适应性机制,以内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原为研究对象,设置对照(CK)、轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)和重度放牧(HG)4个放牧梯度,其载畜率分别为每1 hm^(2)每年0、0.93、1.82和2.71个羊单位的放牧强度,调查建群种短花针茅的高度、盖度、密度、地上生物量以及土壤的理化性状,并且采用稳定碳同位素法和红外光合仪法对短花针茅水分利用效率进行了测定,旨在阐明短花针茅水分利用效率在不同放牧强度下的响应规律及其影响因素。结果显示:(1)放牧对短花针茅盖度、密度以及地上生物量的影响显著;随着载畜率的增大,有利于短花针茅的扩散使其分布面积增加,且在中度放牧条件下尤为明显。(2)随着放牧强度的增加,土壤水分含量较对照显著提高,土壤全氮含量呈先增加后减少的变化趋势,土壤速效钾呈现降低的变化趋势,而对土壤全碳含量和pH无显著影响,说明适度放牧能够提高土壤水分含量、促进土壤氮含量的积累,但放牧会导致土壤速效钾减少。(3)随着放牧强度的增大,短花针茅长期水分利用效率(WUE l)呈现“V”形变化趋势,而瞬时水分利用效率(WUE t)与内在水分利用效率(WUE i)总体呈降低的变化趋势。(4)相关分析显示,放牧强度与短花针茅密度、地上生物量呈显著正相关关系,土壤全氮含量与有机碳、pH、WUE i呈显著正相关关系,WUE t与WUE i呈显著正相关关系;短花针茅内在水分利用效率与土壤有机碳含量密切相关。研究表明,重度放牧导致短花针茅株丛破碎化,增加了种群的扩散面积,是短花针茅长期水分利用效率提高的直接原因;短花针茅瞬时水分利用效率随放牧强度的增加而降低可能是由其内在水分利用效率降低引起的。     

长期不同放牧强度下荒漠草原建群种短花针茅(Stipa breviflora)叶片解剖结构变化

植物叶片解剖结构随放牧强度的变化而发生变化。以短花针茅荒漠草原长期(19年)固定监测放牧样地为研究区,以建群种短花针茅叶片作为实验材料,测量不同放牧强度(对照(CK)、轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)、重度放牧(HG))下短花针茅叶片保护组织、输导组织、机械组织、同化组织有关的14个解剖结构指标,分析短花针茅叶片解剖结构随长期不同放牧强度的变化,从生理角度探讨荒漠草原植物对长期放牧的适应及响应。研究结果表明：(1)叶片层次上,短花针茅通过增加其叶片横切面面积和叶厚度去适应放牧干扰;(2)保护组织方面,与对照区相比,重度放牧区角质层厚度增加,但未达到差异显著性(P>0.05),角质层厚度占叶厚度比例随放牧强度的增加整体呈增加趋势;(3)输导组织方面,木质部面积随放牧强度的增加呈下降趋势,而韧皮部面积、主导管面积、维管束面积等指标均随放牧强度的增加呈增加趋势,但没有达到显著性(P>0.05);(4)机械组织方面,厚壁组织面积和厚壁组织占叶面积比例均随放牧强度的增加呈增加趋势;(5)同化组织方面,随着放牧强度的增加,短花针茅叶片叶肉组织面积显著增加(P<0.05)。可见,...     

Grazing intensity enhances spatial aggregation of dominant species in a desert steppe

Understanding how grazing activity drives plant community structure or the distribution of specific species in a community remains a major challenge in community ecology. The patchiness or spatial aggregation of specific species can be quantified by analyzing their relative coordinates in the community. Using variance and geostatistical analysis methods, we examined the quantitative characteristics and spatial distribution of Stipa breviflora in a desert steppe in northern China under four different grazing intensities (no grazing, NG, light grazing, LG, moderate grazing, MG, and heavy grazing, HG) at three small spatial scales (10 × 10 cm, 20 × 20 cm, 25 × 25 cm). We found that grazing significantly increased cover, density, and proportion in standing crop of S. breviflora, but decreased height. The spatial distribution of S. breviflora was strongly dependent upon the sampling unit and grazing intensity. The patchiness of S. breviflora reduced with sampling scale, and spatial distribution of S. breviflora was mainly determined by structural factors. The intact clusters of S. breviflora were more fragmented with increasing grazing intensity and offspring clusters spread out from the center of the parent plant. These findings suggest that spatial aggregation can enhance the ability of S. breviflora to tolerate grazing and that smaller isolated clusters are beneficial to the survival of this dominant species under heavy grazing.     

Impact of fish predation on cladoceran body weight distribution and zooplankton grazing in lakes during winter

1. It is well accepted that fish, if abundant, can have a major impact on the zooplankton community structure during summer, which, particularly in eutrophic lakes, may cascade to phytoplankton and ultimately influence water clarity. Fish predation affects mean size of cladocerans and the zooplankton grazing pressure on phytoplankton. Little is, however, known about the role of fish during winter. 2. We analysed data from 34 lakes studied for 8–9 years divided into three seasons: summer, autumn/spring and winter, and four lake classes: all lakes, shallow lakes without submerged plants, shallow lakes with submerged plants and deep lakes. We recorded how body weight of Daphnia and then cladocerans varied among the three seasons. For all lake types there was a significant positive correlation in the mean body weight of Daphnia and all cladocerans between the different seasons, and only in lakes with macrophytes did the slope differ significantly from one (winter versus summer for Daphnia). 3. These results suggest that the fish predation pressure during autumn/spring and winter is as high as during summer, and maybe even higher during winter in macrophyte‐rich lakes. It could be argued that the winter zooplankton community structure resembles that of the summer community because of low specimen turnover during winter mediated by low fecundity, which, in turn, reflects food shortage, low temperatures and low winter hatching from resting eggs. However, we found frequent major changes in mean body weight of Daphnia and cladocerans in three fish‐biomanipulated lakes during the winter season. 4. The seasonal pattern of zooplankton : phytoplankton biomass ratio showed no correlation between summer and winter for shallow lakes with abundant vegetation or for deep lakes. For the shallow lakes, the ratio was substantially higher during summer than in winter and autumn/spring, suggesting a higher zooplankton grazing potential during summer, while the ratio was often higher in winter in deep lakes. Direct and indirect effects of macrophytes, and internal P loading and mixing, all varying over the season, might weaken the fish signal on this ratio. 5. Overall, our data indicate that release of fish predation may have strong cascading effects on zooplankton grazing on phytoplankton and water clarity in temperate, coastal situated eutrophic lakes, not only during summer but also during winter.     

不同载畜率下短花针茅分蘖数量对内源激素浓度的响应

放牧是荒漠草原最主要的利用方式之一,载畜率的变化严重影响着植物的生长发育;而内源植物激素是调节植物生长发育的开关,且植物在不同的生长发育阶段具有不同的生理要求和环境适应能力。通过测定放牧条件下短花针茅(Stipa breviflora)分蘖叶内源激素的变化,研究短花针茅分蘖生长对放牧的响应,并分析了分蘖数量受内源激素影响的机制。结果表明,(1)内源激素与载畜率之间存在显著二次相关关系,说明放牧能够显著增加内源激素的浓度(P0.05),但这种相关只存在于中、小株丛的短花针茅中。(2)其次,放牧能够在一定程度上影响短花针茅植株个体分蘖的数量(P0.05),重度放牧是增加短花针茅植株个体分蘖数量最显著的载畜率。(3)过高浓度的生长素(IAA)会抑制短花针茅的分蘖数量(P0.01)。而细胞分裂素(CTK)与短花针茅的分蘖数量之间尚未发现相关关系。     

氮水添加对放牧背景下荒漠草原生产力的影响

水分与氮素作为干旱和半干旱草原生产力的共同限制性因子在退化草原的生态快速修复过程中备受关注。以不同放牧强度背景下的短花针茅荒漠草原为研究对象,开展围封模拟放牧利用实验,同时添加氮素和水分。通过分析历史放牧强度与年份对生产力的影响,以及添加氮素和水分对不同功能群植物生物量的作用,探讨放牧强度对短花针茅草原生产力的内在作用机制,以及如何实现荒漠草原资源合理开发和可持续利用。研究结果显示,降雨量与放牧强度决定着短花针茅草原的植物群落结构。氮素和水分添加可分别提升11%-29%和12%-32%的群落地上生物量,且二者存在显著的交互作用。不同功能群植物的地上生物量对氮素与水分添加的响应存在差异,多年生丛生禾草对氮素和水分添加响应最敏感。氮素与水分添加可显著提高多年生丛生禾草的地上生物量,但与自然降水量相关。氮素添加对地上生物量的影响在正常降雨和稍旱年份作用显著,而水分添加在干旱年份作用显著。在正常降雨年份,以半灌木植物为优势种的轻度放牧背景以添加水分对提升生产力最宜,以多年生丛生禾草和半灌木为共优种的中度放牧背景和以多年生丛生禾草为优势种的重度放牧以同时添加水分和氮素对提升生产力最为宜;在干旱年份不同放牧强度背景下均以同时添加水分和氮素对提升生产力最为宜。我们的结果表明了养分与资源的改善有利于退化短花针茅草原的快速恢复和可持续生产。     

The role of mixotrophic protists in the population dynamics of the microbial food web in a small artificial pond

• 1 The seasonal variations of protist and rotifer populations were monitored over 1 year in a small artificial pond. Grazing rates on fluorescently labelled bacteria were also determined.
• 2 The data showed population dynamics similar to other small freshwater bodies; diatoms were numerous during the spring, chlorophytes dominated during the summer months, and mixotrophs, in particular Gymnodinium, dominated during the autumn and winter.
• 3 The mixotrophic dinoflagellates were responsible for a high chlorophyll concentration during the autumn and winter. Mixotrophs were important consumers of bacteria, particularly during the autumn when population densities of pure heterotrophs were low. Mixotrophs were an important component of the microbial food web in this pond.

     

高寒草甸物种多样性对藏系牧羊放牧行为的影响

为探究草原植物物种多样性对家畜放牧行为的影响及其机制,在青藏高原高寒草甸开展藏系牧羊轮牧试验,调查植被物种多样性,观察藏系牧羊采食速率、觅食速率和采食时间,并计算藏系牧羊日采食量。结果表明：两年间,植物物种丰富度与藏系牧羊采食速率呈显著正相关关系（P<0.05）;觅食速率、采食时间和日采食量对放牧率响应敏感（P<0.05）,呈夏秋增冬春减的趋势。植物Shannon-Wiener指数与藏系牧羊的采食时间显著负相关（P<0.05）;在暖季或8羊/hm²放牧率下植物Shannon-Wiener指数与藏系牧羊日采食量呈显著正相关（P<0.05）。Pilelou均匀度指数与藏系牧羊采食速率和采食时间显著负相关（P<0.05）;在暖季或8羊/hm²放牧率下Pilelou均匀度指数与藏系牧羊日采食量呈显著负相关（P<0.05）。植物物种丰富度对藏系牧羊放牧行为贡献较大,且放牧藏系牧羊的采食速率和采食时间比觅食速率和日采食量对植物物种丰富度响应更敏感,以用植物物种丰富度为自变量可以更好预测藏系牧羊放牧行为。放牧管理通过影响植被物种多样性从而进一步影响了藏系牧羊放牧行为。放牧行为不仅是评价草地营养价值和家畜生产力的关键指标,也是草地健康管理的基础。因此,明确草原植物物种多样性-藏系牧羊放牧行为的互作机制有助于更好的提高藏系牧羊地生产力,维护草原生态健康。     

短期氮、水添加对放牧背景下荒漠草原短花针茅叶片属性的影响

叶片属性是反映植物对环境变化敏感程度的重要特征,可在一定程度上预测植物对放牧干扰后的恢复能力。短花针茅（Stipa breviflora）是内蒙古荒漠草原的主要建群种。在不同放牧强度背景下的短花针茅草原开展了围封模拟放牧持续利用的实验,同时进行添加氮素和水分的恢复措施,测定了7月和9月中旬建群种短花针茅叶片的比叶面积、叶干物质含量,以及叶片全氮、叶片全磷和叶片全碳含量,分析水分和氮素添加对建群种短花针茅叶片的影响,探讨不同放牧强度下短花针茅可持续利用的氮水调控机制。结果显示,氮素和水分添加显著地增加了短花针茅叶片氮含量,降低了叶片碳氮比;放牧强度也显著地增加了叶片氮含量,且轻度放牧下的叶片氮含量（20.36 g/kg）显著高于对照（18.80 g/kg）;生长末期短花针茅的比叶面积、叶片碳含量、叶片碳氮比和叶片碳磷比显著高于生长盛期,叶片氮含量和磷含量显著低于生长盛期;在生长盛期和生长末期,不同放牧强度背景下对短花针茅所采取的氮素和水分的供给措施也不同。研究结果表明在放牧背景下短期氮、水添加提高了短花针茅的叶片氮含量,特别是在生长季后期水分添加增加了叶片氮和磷含量,可进一步促进短花针茅的生长。我们的结果也表明了资源供给水平的改善有助于短花针茅的迅速恢复。     

Population dynamics of Mus minutoides and Steatomys pratensis (Muridae: Rodentia) in a subtropical grasslandin Swaziland

The population dynamics of Mus minutoides and Steatomys pratensis are virtually unknown. These two species were live-trapped over a 12-month period in a subtropical grassland in Swaziland. Numbers of M. minutoides were relatively high in winter, declined in spring and the population disappeared in summer and autumn. By contrast, numbers of S. pratensis increased gradually from winter to summer and reached a peak in autumn. There were no differences between the mean weights of male and female M. minutoides and S. pratensis. There were, however, seasonal differences in the mean weight of male S. pratensis, with highest weights recorded in summer. Individuals of both species came into breeding condition in spring (October–November). Reproduction had ceased by the end of autumn (April–May). Monthly survival rates of M. minutoides were highest in winter, but did not vary seasonally in S. pratensis. Burning had a pronounced effect on the distribution of S. pratensis. Steatomys pratensis individuals selected recently burnt but revegetated areas over unburnt areas. The effect of burning on the M. minutoides population is difficult to assess, as this species disappeared shortly after the fire.