小叶锦鸡儿灌丛化对典型草原群落结构与生态系统功能的影响

草原灌丛化是全球干旱半干旱地区面临的重要生态问题。灌丛化对草原生态系统结构与功能的影响较为复杂,有待于在更广泛的区域开展研究。该研究在内蒙古锡林郭勒典型草原选择轻度、中度和重度灌丛化草地,通过群落调查,结合植物功能性状和土壤理化性质观测,研究了小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)灌丛化对草原群落结构(物种多样性、功能多样性和功能群组成)和生态系统功能(初级生产力、植被和土壤养分库)的影响。结果表明:1)不同程度灌丛化草地的物种丰富度、功能性状多样性和群落加权性状平均值差异显著,其中,中度灌丛化草地的物种多样性和功能多样性较高,表明一定程度的灌丛化有利于生物多样性维持。2)重度灌丛化草地的地上净初级生产力(ANPP)显著高于轻度和中度灌丛化草地,其原因主要是随着灌丛化程度加剧,群落内一/二年生草本植物显著增加,而多年生禾草和多年生杂类草显著减少。三个灌丛化草地的植被叶片和土壤碳、氮库差异均不显著。3)灌丛化对草原生态系统功能包括ANPP、植被和土壤养分库均没有直接的影响,而是通过影响功能群组成、土壤理化性质和功能多样性,间接地影响生态系统功能;灌丛化导致功能群发生替代和土壤旱碱化是最重要的生物和非生物因素。     

长期氮添加对典型草原植物多样性与初级生产力的影响及途径

氮(N)沉降对陆地生态系统的结构和功能已产生了重要的影响, N也是中国北方草原植物生长和初级生产力的主要限制性元素。物种多样性和功能多样性是揭示生物多样性对生态系统功能维持机制的关键指标, 然而, 关于长期N添加下草原物种多样性与功能多样性的关系, 及其对初级生产力的影响途径及机制, 尚不十分清楚。为此, 该研究依托在内蒙古典型草原建立的长期N添加实验平台, 实验处理包括1个完全对照(不添加任何肥料)和6个N添加水平(0、1.75、5.25、10.50、17.50和28.00 g·m^-2·a^-1), 研究了长期N添加对典型草原物种多样性、功能多样性和初级生产力的影响大小及途径。结果表明: 1) N添加显著降低了典型草原的物种丰富度和Shannon-Wiener指数, 但对功能多样性(包括功能性状多样性指数和群落加权性状值)无显著的影响。2)结构方程模型分析表明, 功能多样性主要受物种丰富度的影响, 但是物种多样性减少并没有导致功能多样性降低, 其原因主要是功能群组成发生了改变, 即群落内多年生根茎禾草所占比例显著增加, 以致群落加权性状值变化不大。3) N通过影响物种丰富度和功能群组成, 间接影响群落加权性状值, 进而影响群落净初级生产力。其中, 群落加权性状值是最重要的影响因子, 可解释48%的初级生产力变化, 表明初级生产力主要是由群落内优势物种的生物量及功能性状所决定, 因此该研究的结果很好地支持了质量比假说。     

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。     

长期封育演替下典型草原植物群落生产力与多样性关系

封育是退化草地的重要恢复措施, 理解长期封育过程中草地群落生产力和植物多样性变化特征及两者间关系, 有助于草地植被的恢复管理与利用。该研究依托宁夏云雾山国家级自然保护区典型草原长期封育演替梯度, 选择持续放牧、封育9年、26年和34年的草地群落作为研究对象, 分析其地上生产力、物种多样性和功能多样性的变化特征及内在联系。结果表明, 封育显著提高典型草原植物群落的地上生产力、凋落物生物量、功能丰富度和功能离散度, 未改变草地群落的物种丰富度、Shannon-Wiener指数和功能均匀度, 但Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数在长期封育(34年)后显著下降。此外, 封育对不同植物群落加权平均功能性状的影响存在差异。随机森林模型和方差分解结果显示, 群落加权平均功能性状对封育草地群落地上生产力变异的解释度高达70.70%, 其中植株高度是最主要的解释因子; 功能多样性的解释度为36.86%, 主要由功能丰富度贡献; 而物种多样性的解释度仅为14.72%。由此可见, 植物功能性状和功能多样性对草地群落地上生产力的贡献远高于物种多样性, 建议将其纳入植物群落恢复演替动态研究, 以便全面了解植物多样性与生态系统功能的关系, 为更好地实现生态恢复目标奠定基础。     

氮添加对宁夏荒漠草原植物初级生产力的影响机制

许多研究探索了与全球变化相关的生态系统功能的变化,但对生态系统功能变化的机制与途径了解较少。初级生产力是生态系统功能的重要组分,但关于氮(N)添加下荒漠草原植物群落初级生产力如何变化以及变化机制尚未明确,N是否通过影响生物多样性来影响荒漠草原初级生产力?为此,本研究在荒漠草原开展了为期4年的N添加控制实验(2018—2021年),试验处理包括对照和4个N添加水平(5、10、20和40 g m^-2 a^-1),研究了N添加对荒漠草原物种多样性、功能多样性、初级生产力及其关系的影响。结果表明：(1)N添加处理(2018—2021年)改变了植物物种多样性及功能多样性,但年际间变化趋势不同。N添加处理第四年(2021年)荒漠草原植物功能多样性(Rao指数)、群落加权平均值-株高、功能均匀度和功能离散度均显著增加,而荒漠草原植物物种丰富度和Shannon-Wiener指数均显著降低。(2)N添加可以通过影响物种丰富度和功能多样性进而间接地促进荒漠草原初级生产力,但群落加权性状值-株高对初级生产力的影响是正效应,而物种丰富度和功能离散度对初级生产力的影响是...     

高寒草地植物物种多样性与功能多样性的关系

物种多样性与功能多样性的关系是生态学当前研究的热点问题之一,不同区域典型生态系统物种多样性和功能多样性的关系研究有利于生物多样性保护理论的全面发展。以青藏高原地区的主要草地生态系统—高寒草甸和高寒草原为研究对象,采用4个物种多样性指数(Patrick丰富度指数、Shannon-Weiner多样性指数、Pielou均匀度指数和Simpson优势度指数)和9个功能多样性指数(FAD功能性状距离指数、MFAD功能性状平均距离指数、基于样地的FDp和基于群落的FDc功能树状图指数、FRic功能体积指数、FEve功能均匀度指数、Rao功能离散度常二次熵指数、FDiv功能离散指数、FDis功能分散指数),分析了高寒草地植物物种多样性、功能多样性关系及其与初级生产力的关系,以期阐明3个科学问题:不同草地类型的高寒草地生态系统植物物种多样性和功能多样性有何差异?高寒草地生态系统的植物物种多样性和功能多样性有何关系?高寒草地生态系统物种多样性、功能多样性对生态系统功能的影响有何异同?研究结果表明:(1)与高寒草原相比,高寒草甸具有更高的物种多样性、功能丰富度和功能离散度;(2)高寒草甸中,Patrick丰富度与功能丰富度指数(FAD、MFAD、FDp、FDc)和功能离散度指数(FDiv)的具有较强的相关性,最优拟合方程分别为幂函数和二次多项式函数;(3)高寒草原中,Patrick丰富度与功能丰富度指数(FAD、MFAD、FDp、FDc、FRic)、Shannon指数和Simpson指数与FEve指数的相关性较强,最优拟合方程为二次多项式函数,Pielou指数与FEve指数的相关性较强,最优拟合方程为指数函数;(4)高寒草甸的初级生产力分别与物种丰富度指数Patrick、功能离散指数FDiv具有较强的相关性;而高寒草原的初级生产力与4个物种多样性指数间均具有较强的相关性,与功能离散指数FDiv具有较强的相关性,最佳拟合方程均为二次多项式函数。研究的总体结论为:物种多样性、功能多样性、二者之间的关系以及二者与生态系统服务功能(以初级生产力为例)之间的关系在高寒草甸和高寒草原群落中表现迥异,因此在研究青藏高原高寒草地的生态功能时,不能仅仅测度传统的物种多样性,还应测度与物种多样性、生态功能密切相关的功能多样性。     

不同放牧强度下羊草草原群落斑块植被-土壤特征

植物群落斑块化是天然放牧草地最基本的特征之一,影响着草地生态系统结构和功能。本研究以不同放牧强度下典型羊草草原植物群落斑块为研究对象,对植物群落多样性特征、初级生产力、土壤理化性质、植物养分含量及其相关关系进行研究。结果表明:随着放牧强度的增加,斑块群落内植物种类组成发生改变并趋于简单化,放牧敏感物种消失,物种多样性降低;高放牧强度显著降低了植物群落的地上净初级生产力;初级生产力与土壤氮含量具有显著的正相关关系;随着放牧强度增加,土壤碳、氮、磷含量呈现增加趋势;由于放牧强度及斑块结构的影响,土壤碳、氮、磷含量存在空间分布差异;同时,斑块群落中植被碳、氮、磷含量与土壤碳、氮、磷含量之间没有显著的相关性。研究表明,放牧能够改变草地群落结构和功能,引起植被-土壤养分之间的非同步性发展。     

青藏高原高寒草地AM真菌分布及其对近自然恢复的生态作用

超载过牧以及全球气候变化等导致大部分青藏高原高寒草地呈现持续退化态势。青藏高原高寒草地退化致使地上植物群落逐渐发生更替,地下土壤微生物群落多样性和丰富度发生改变。本文旨在探析青藏高原高寒草地丛枝菌根（arbuscular mycorrhizal,AM）真菌的分布特征、对近自然恢复的生理生态效应及其作用机制。青藏高原高寒草地中已报道4目14属61种AM真菌,约占已知AM真菌物种的20%。高寒草地禾本科植物根围AM真菌物种丰度最高,而莎草科植物根围AM真菌孢子密度最高。3种高寒草地植被类型中,高寒草原AM真菌丰度最高（33种）,山地灌丛草原次之（32种）,高寒草甸最低（22种）。高寒草原以光壁无梗囊霉Acaulospora laevis和闪亮和平囊霉Pacispora scintillans为优势种,山地灌丛草原以摩西斗管囊霉Funneliformis mosseae为优势种,高寒草甸以光壁无梗囊霉A. laevis、近明球囊霉Claroideoglomus claroideum和闪亮和平囊霉P. scintillans为优势种。高寒草地土著AM真菌与植物构建的菌根网络可以通过调节营养元素吸收、分配,促进植物建植和生长;但是毒杂草入侵可以改变土著AM真菌物种多样性和菌根网络,限制本地植被的实际生态位扩张。退化高寒草地中,AM真菌群落具有高的环境适应性和恢复力,其不仅调控地上植物群落建植和多样性,同时AM真菌建植也增加了代谢产物-球囊霉素相关土壤蛋白产生,进而协同改善地下土壤微生态系统,为退化高寒草地早期植被恢复塑造土壤生境。因此,AM真菌在退化高寒草地近自然恢复中具有较大的应用潜力。     

灌丛化对黄土高原草地植物群落结构和地上生物量的影响

中国北方草地普遍出现灌丛化现象,灌丛化改变植物群落结构、植物多样性和生产力,直接影响着草地生态保护与可持续利用。该研究以黄土高原灌丛化草地为研究对象,通过植被调查,分析比较不同坡向的灌丛斑块与禾草斑块植物群落结构(物种组成、优势种及物种多样性)和地上生物量的差异。结果发现:(1)灌丛化草地不同坡向对物种多样性及地上生物量均无显著影响(P 0.1),但不同斑块植物群落结构(P=0.001)及地上生物量(P0.001)存在显著差异。(2)灌丛化草地共出现植物29种,其中禾草斑块有27种,灌丛斑块有18种;灌丛化显著改变了植物群落的物种组成,优势种由长芒草(Stipa bungeana)更替为矮脚锦鸡儿(Caragana brachypoda),且灌丛化降低了草地物种丰富度,增加了群落均匀度。(3)灌丛化显著改变了草地地上生物量,其中灌丛斑块地上生物量较禾草斑块地上生物量增加251.2 g·m~(-2),灌丛斑块中灌木/半灌木地上生物量提高了452.1 g·m~(-2),多年生丛生禾草减少了176.5 g·m~(-2),其余功能群植物的地上生物量减少了24.4 g·m~(-2)。(4)灌丛化过程(从禾草斑块—灌丛斑块)中,植物种丢失对地上生物量减少的影响较小,新增物种和群落优势种更替促进了灌木斑块地上生物量增加;虽然灌丛化导致草地地上生物量增加,但植物物种丰富度降低和优势种更替很有可能改变草地多样性和稳定性维持机制。     

衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复对土壤微生物功能多样性的影响

以典型湖南省衡阳紫色土丘陵坡地不同植被恢复阶段为研究对象,采用空间代替时间序列的方法,选用立地条件基本相似的草本(狗尾草,GS)、灌草(紫薇-狗尾草,FG)、灌丛(牡荆+剌槐,FX)和乔灌(枫香+苦楝-牡荆,AF)群落阶段,运用Biolog-ECO微平板技术,对4个不同恢复阶段0～10和10～20 cm土层的土壤微生物功能多样性进行研究,探讨植被恢复对土壤微生物功能多样性的影响.结果表明: 植被恢复后土壤微生物群落代谢活性显著升高,同一土层不同恢复阶段AWCD值的大小顺序为乔灌群落＞灌丛群落＞灌草群落＞草本群落,相同恢复阶段不同土层的AWCD值的大小顺序为0～10 cm＞10～20 cm;主成分分析(PCA)表明,灌草群落与灌丛群落具有相似的土壤微生物C源利用方式及代谢功能,而草本群落、乔灌群落具有不同的C源利用方式及代谢功能,在主成分分离中起主要贡献作用的C源是糖类、氨基酸类以及代谢中间产物和次生代谢物;土壤微生物的Shannon物种丰富度指数(H)、Shannon均匀度指数(E)、Simpson优势度指数(D)和McIntosh指数(U)均以乔灌群落最高,灌草群落和灌丛群落次之,草本群落最低;相关分析表明,土壤含水量(SWC)、土壤总有机碳(STOC)、全氮(TN)、全磷(TP)和速效磷(AP)对土壤微生物代谢功能及功能多样性指数有重要影响,脲酶(URE)、磷酸酶(APE)、蔗糖酶(INV)和过氧化氢酶(CAT)活性与土壤微生物代谢功能及功能多样性指数存在显著相关关系.表明植被恢复可使土壤微生物代谢功能增强,土壤微生物繁殖加快、数量增大,从而促进土壤微生物对土壤C源的利用强度.     

Carbon and nitrogen traits of typical shrubs in grassland of northern Xinjiang,China

灌木在维持干旱半干旱区生态系统稳定性方面发挥着重要的作用。该研究调查了新疆北部草地典型灌木物种, 并分析了这些灌木叶、枝、茎的碳(C)、氮(N)含量特征, 可为新疆草地植被碳氮储量的准确估算以及碳氮循环过程提供基础数据。结果表明: 北疆地区草地的典型灌木有白刺(Nitraria spp.)、刺旋花(Convolvulus tragacanthoides)、红砂(Reaumuria soongarica)、假木贼(Anabasis spp.)、 锦鸡儿(Caragana spp.)、麻黄(Ephedra spp.)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)、梭梭(Haloxylon spp.)、金丝桃叶绣线菊(Spiraea hypericifolia)、驼绒藜(Krascheninnikovia spp.)、小蓬(Nanophyton erinaceum)、盐爪爪(Kalidium spp.)、猪毛菜(Salsola spp.)等, 归属于蔷薇科、豆科、麻黄科、柽柳科、蒺藜科、蓼科、旋花科、藜科。北疆草地典型灌木各器官C含量为茎(45.76 ± 3.43)% >枝(44.27 ± 4.51)% >叶(39.15 ± 5.91)%, N含量为叶(2.21 ± 0.59)% >枝(1.55 ± 0.44)% >茎(1.34 ± 0.35)%, C:N为茎(36.74 ± 10.80) >枝(31.07 ± 10.43) >叶(18.94 ± 5.82)。灌木地上部分C含量为(43.77 ± 4.43)%, N含量为(1.56 ± 0.45)%, C:N为(31.78 ± 10.12); C含量变异程度较小, 变异系数为10%, N含量的变异系数为27%, C:N的变异系数为32%。灌木同一器官的C、N含量及C:N在不同科间有显著差异, 蔷薇科各器官的C含量显著大于其他科(p < 0.05); 豆科叶和茎的N含量显著大于其他科(p < 0.05), 麻黄科枝的N含量显著大于其他科(p < 0.05); 旋花科叶和枝的C:N显著大于其他科(p < 0.05), 蔷薇科茎的C:N显著大于其他科(p < 0.05)。     

Shrub encroachment effect on the evapotranspiration and its component—A numerical simulation study of a shrub encroachment grassland in Nei Mongol,China

Aims Shrub encroachment is a common global change phenomenon occurring in arid and semi-arid regions. Due to the difficulty of partitioning evapotranspiration into shrub plants, grass plants and soil in the field, there are few studies focusing on shrub encroachment effect on the evapotranspiration and its component in China. This study aims to illustrate shrub encroachment effect on evapotranspiration by the numerical modeling method. Methods A two-source model was applied and calibrated with the measured evapotranspiration (ET) by the Bowen ratio system to simulate evapotranspiration and its component in a shrub encroachment grassland in Nei Mongol, China. Based on the calibrated model and previous shrub encroachment investigation, we set three scenarios of shrub encroachment characterized by relative shrub coverage of 5%, 15% and 30%, respectively, and quantified their effects caused by shrub encroachment through localized and calibrated two-source model.Important findings The two-source model can well reconstruct the evapotranspiration characteristics of a shrub encroachment grassland. Sensitivity analysis of the model shows that errors for the input variables and parameters have small influence on the result of partitioning evapotranspiration. The result shows that shrub encroachment has relatively small influence on the total amount of ET, but it has clear influence on the proportion of the components of evapotranspiration (E/ET). With shrub coverage increasing from 5% to 15% and then 30%, the evapotranspiration decreased from 182.97 to 180.38 and 176.72 W·m^-2, decreasing amplitude values of 0.34% and 0.44%, respectively. On average, E/ET rises from 52.9% to 53.9% and 55.5%, increasing amplitude values to 2.04% and 3.25%. Data analysis indicates that shrub encroachment results in smaller soil moisture changes, but clear changes of ecosystem structure (decreasing ecosystem leaf area index while increasing vegetation height) which lead to the decrease of transpiration fraction through decreasing canopy conductance. The research highlights that, with the shrub encroachment, more water will be consumed as soil evaporation which is often regarded as invalid part of evapotranspiration and thus resulting in the decrease of water use efficiency.     

Effects of the spreading of Ligularia virgaurea on soil physicochemical property and microbial functional diversity

黄帚橐吾(Ligularia virgaurea)是高寒草甸退化的指示物种, 其种群扩张已严重影响了草地生态系统的经济服务功能, 但目前仍不明确土壤微生物是否参与了黄帚橐吾的种群扩张。该研究依托兰州大学高寒草甸试验站, 选择了4个不同密度的黄帚橐吾斑块, 分析了黄帚橐吾种群扩张对该草甸土壤微生物功能多样性的影响。结果显示: 黄帚橐吾种群扩张虽然提高了土壤微生物活性, 但降低了土壤速效氮浓度。各斑块间土壤微生物Shannon指数、碳源利用种类、均一度指数均无显著差异, 但高密度斑块的土壤微生物碳源利用结构与对照斑块有显著差异。表明黄帚橐吾分布地土壤微生物功能多样性的改变所引起的土壤氮素限制是黄帚橐吾种群数量急剧增加的机制之一。     

新疆北部草地典型灌木的碳氮特征

灌木在维持干旱半干旱区生态系统稳定性方面发挥着重要的作用。该研究调查了新疆北部草地典型灌木物种, 并分析了这些灌木叶、枝、茎的碳(C)、氮(N)含量特征, 可为新疆草地植被碳氮储量的准确估算以及碳氮循环过程提供基础数据。结果表明: 北疆地区草地的典型灌木有白刺(Nitraria spp.)、刺旋花(Convolvulus tragacanthoides)、红砂(Reaumuria soongarica)、假木贼(Anabasis spp.)、 锦鸡儿(Caragana spp.)、麻黄(Ephedra spp.)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)、梭梭(Haloxylon spp.)、金丝桃叶绣线菊(Spiraea hypericifolia)、驼绒藜(Krascheninnikovia spp.)、小蓬(Nanophyton erinaceum)、盐爪爪(Kalidium spp.)、猪毛菜(Salsola spp.)等, 归属于蔷薇科、豆科、麻黄科、柽柳科、蒺藜科、蓼科、旋花科、藜科。北疆草地典型灌木各器官C含量为茎(45.76 ± 3.43)% >枝(44.27 ± 4.51)% >叶(39.15 ± 5.91)%, N含量为叶(2.21 ± 0.59)% >枝(1.55 ± 0.44)% >茎(1.34 ± 0.35)%, C:N为茎(36.74 ± 10.80) >枝(31.07 ± 10.43) >叶(18.94 ± 5.82)。灌木地上部分C含量为(43.77 ± 4.43)%, N含量为(1.56 ± 0.45)%, C:N为(31.78 ± 10.12); C含量变异程度较小, 变异系数为10%, N含量的变异系数为27%, C:N的变异系数为32%。灌木同一器官的C、N含量及C:N在不同科间有显著差异, 蔷薇科各器官的C含量显著大于其他科(p < 0.05); 豆科叶和茎的N含量显著大于其他科(p < 0.05), 麻黄科枝的N含量显著大于其他科(p < 0.05); 旋花科叶和枝的C:N显著大于其他科(p < 0.05), 蔷薇科茎的C:N显著大于其他科(p < 0.05)。     

西南地区草地群落灌木植物盖度对生态系统碳库的影响

中国西南地区草地主要为暖性及热性草丛、灌草丛, 约占全国草地面积的1/10, 分析灌木植物盖度与草地碳库及其构成的关系对于准确评估尚处于次生演替阶段的南方草地碳储量具有重要意义。该研究基于野外实地调查, 将西南地区不同地貌类型的41个代表性草地样地依据灌木植物盖度划分为3种类型: 无灌木植物草地群落(灌木植物盖度为0)、低灌木植物盖度草地群落(灌木植物盖度0-10%)和高灌木植物盖度草地群落(灌木植物盖度10%-30%), 测定了群落地上、地下生物量和凋落物生物量以及植物和土壤碳含量, 计算碳密度。结果表明: 随着草地群落灌木植物盖度增大, 生态系统植被碳密度从0.304 kg·m ^-2增加到1.574 kg·m ^-2, 其中根系和凋落物碳库也呈增长趋势; 土壤碳密度从7.215 kg·m ^-2增加到9.735 kg·m ^-2, 生态系统碳密度从7.519 kg·m ^-2增加到11.309 kg·m ^-2。草地碳库构成中, 低灌木植物盖度草地群落的土壤碳库占生态系统碳库比例最小。草地群落灌木植物盖度增加改变了草地生态系统碳库构成并导致生态系统碳库增加, 建议在估算草地生态系统碳库时, 需要统筹考虑并兼顾南方地区草地群落灌木植物盖度变化。     

内蒙古和青藏高原草原植物叶片与根系氮利用效率空间格局及影响因素

氮利用效率是植物的关键功能性状, 同时紧密关联生态系统功能, 但是目前对氮利用效率的区域格局及影响因素仍然不清楚。该研究分析了内蒙古和青藏高原草原82个调查地点、139种植物叶片和根系的氮利用效率及其与环境因素、植物功能群之间的关系, 实验结果显示: 1)草甸草原植物叶片的氮利用效率为53 g·g ^-1, 显著大于高寒草甸(46 g·g ^-1)、荒漠草原(41 g·g ^-1)和典型草原(39 g·g ^-1)。高寒草甸根系氮利用效率为108 g·g ^-1, 显著高于其他生态系统。2)叶片氮利用效率比根系对温度更加敏感, 但随着干旱指数的增加, 两者均表现出显著的降低趋势。3)杂类草叶片和根系氮利用效率低于莎草科和禾本科植物, 豆科植物叶片和根系氮利用效率分别比非豆科植物低48%和60%。4)植物氮利用效率与土壤氮含量之间没有显著关系。总体上, 内蒙古和青藏高原草原植物叶片和根系氮利用效率的空间格局存在差异, 主要影响因素为植物功能群和干旱指数。本研究系统揭示内蒙古和青藏高原草原植物氮利用效率的空间格局及关键驱动因子, 有助于在全球变化背景下了解我国草地生产力维持机制, 同时为草原生态系统管理提供科学依据。     

·荒漠草地植物多样性对草食动物采食的响应机制

草食动物采食对草地植物多样性和生态系统功能的影响机制是放牧生态学研究的核心问题。该研究以内蒙古锡林郭勒盟苏尼特右旗荒漠草原的长期放牧控制实验为平台, 从既有草地植物多样性和动物偏食性两个层面系统地研究了荒漠草地植物多样性对草食动物采食的响应机制。结果显示: 1)荒漠草地植物对草食动物采食呈现4种响应模式: 放牧“隐没种”、放牧“敏感种”、放牧“无感种”、“绝对优势种”; 2)在群落尺度上, 物种多样性指数随放牧强度增加而减少, 与不放牧小区相比, 重度放牧(HG)与适度放牧(MG)小区植物多样性均下降, 且这一规律同样适用于功能群多样性, 灌木半灌木这一功能群内物种多样性对放牧干扰较敏感; 3)在草地既有植物的基础上, 以不放牧小区为参考系, 草食动物对植物功能群偏食性的排序为: 一二年生草本(AB) >多年生杂类草(PF) >灌木半灌木(SS) >多年生禾草(PG), 且偏食性物种主要分布于AB和PF中; 4)植物多样性与动物偏食性基本呈显著负相关关系(p < 0.05)。     

Carabid beetles as indicators for shrub encroachment in dry grasslands

Semi-natural grasslands are key habitats for biodiversity conservation in Central Europe. Shrub encroachment is one of the most threatening drivers of grassland degradation and affects soil properties, microclimate, and vegetation with possible impacts on higher trophic levels. We aimed to analyse the impact of shrub encroachment with broom (Cytisus scoparius) on carabid beetle diversity, species composition, and functional traits. In a field study on dry grasslands on the island of Hiddensee (Germany) we studied 15 sites along a gradient of increasing broom encroachment and classified them into three dry grassland types with low, medium, and high shrub cover. Our results provide evidence that shrub encroachment initially has positive effects on species richness and activity densities of dry grassland carabids. Carabid species composition differed among differently shrub-covered dry grassland types, and sites with low and high shrub cover were each characterised by unique carabid assemblages. The species composition of sites with a medium shrub biomass had a transitional character and contained species which are typical for open dry grassland, but also shared species with sites with a high shrub cover. Among functional trait parameters investigated, especially the body size of carabid beetles was related to environmental parameters associated with shrub encroachment. Body size was positively correlated to shrub biomass and soil humidity, but negatively to temperature. Eurytopy values of carabids were related to high litter cover, i.e. habitat generalist (eurytopic) species mainly occurred in densely shrub-encroached sites. In order to preserve unique carabid assemblages of open dry grasslands with stenotopic and smaller species, it is most important to prevent a shrub encroachment higher than about 60% cover. For management we suggest extensive grazing (by cattle, sheep or horses) to prevent shrub encroachment on dry grasslands. In areas with high shrub cover additionally the use of goats or mechanical removal of shrubs might be necessary.     

Carbon density and its spatial distribution in the Potentilla fruticosa dominated alpine shrub in Qinghai,China

Aims Shrub recovery is recognized as an important cause of the increase of carbon stocks in China, and yet there are great uncertainties in the carbon sink capacities of shrubs. Our objectives were to estimate carbon density and its spatial distribution in alpine shrubs.
Methods Eight sites in Potentilla fruticosa dominated shrublands across Qinghai, China were investigated. Plant biomass and carbon content in leaves, branches and stems, and roots were measured to analyze the biomass allocation and carbon density.
Important findings Mean carbon densities in biological carbon, litter, soil and whole ecosystem of P. fruticosa shrublands were 5088.54, 542.1, 35903.76 and 41534.4 kg·hm^-2, respectively. Carbon density in the shrub layer was more than 68% of the biological carbon density of the whole ecosystem and was mainly distributed in roots (49.5%-56.1%). Carbon density of the herbaceous layer was 22.5% of the biological carbon density of the whole ecosystem and was also mainly distributed in roots (59.6%-75.1%). The biological carbon density of P. fruticosa shrublands (5.08 t·hm^-2) was lower than the average carbon density of shrub communities in China (10. 88 t·hm^-2). Soil carbon density contributed the largest proportion (85.8%) of total carbon density in P. fruticosa shrublands.