放牧对内蒙古典型草原生态系统植物及土壤δ15N的影响

植物和土壤中的¹⁵N自然丰度值(δ¹⁵N)是评价生态系统N循环的一个重要指标, 而放牧是草原生态系统的主要土地利用方式, 对草原生态系统的N循环过程的改变起着重要作用。该研究测定了内蒙古锡林河流域放牧和围封条件下草原群落主要优势植物和土壤的δ¹⁵N值, 探讨放牧对草原N循环的影响。研究中所测定的8种植物叶片δ¹⁵N变化很大(-4.04‰-4.34‰), 但与植物功能型有一定的相关性。放牧显著降低了大针茅(Stipa grandis)、杂类草和小半灌木木地肤(Kochia prostrata)的δ¹⁵N值。具有潜在共生固氮能力的豆科植物δ¹⁵N偏低负值(-4.04‰ - -1.90‰), 但在放牧和围封条件下无显著差异; 而被认为具有联合固氮能力的羊草(Leymus chinensis), 放牧后δ¹⁵N显著增加, 一定程度上表明了豆科植物和羊草生物固氮能力的存在。所有植物中, 除无菌根侵染的木地肤外, 其他有丛枝菌根真菌侵染记录的物种δ¹⁵N值较低, 通常接近0或为负值, 说明在N限制的内蒙古草原, 菌根转运N可能也是一种重要的N源途径。放牧显著降低了0-20 cm土壤δ¹⁵N值, 这也与过去的研究结果不同。δ¹⁵N的测定为生态系统提供了一个整合时空N循环过程的综合指标, 反映出放牧改变了草原生态系统的N循环。     

放牧对内蒙古典型草原大针茅凋落物中土壤动物组成及其分解功能的影响

放牧是影响草地生态系统中土壤动物组成和凋落物分解的重要因素.2010—2012年,选择内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒牧场境内的禁牧草地、放牧草地和沙地为研究样地,以凋落物袋法研究了大针茅凋落物分解过程中主要理化特性以及其中土壤动物群落的变化特征.共采集到土壤动物67056头52类,隶属于5门8纲,其中螨类23科,昆虫19科.大针茅凋落物的初始有机质含量为92.5%,分解780 d后分别降至40.0%(禁牧草地)和41.3%(放牧草地),差异不显著;凋落物残留率分别降低至50.0%(禁牧草地)和23.0%(放牧草地),差异显著.放牧影响下,大针茅残留凋落物中土壤动物多度显著降低.将大针茅凋落物置入沙地环境,有机质分解速率无显著变化,但凋落物残留率显著降低,螨类群落组成发生显著变化.在内蒙古典型草原环境下,放牧显著改变了植物凋落物中的土壤动物群落组成和多度,但凋落物中有机质分解速率未发生显著变化;半干旱地区土壤动物的凋落物分解功能较为微弱.     

内蒙古典型草原不同地形单元放牧对土壤微生物量磷及磷酸酶活性的影响

土壤微生物量磷和磷酸酶在土壤磷的有效化过程中起着极为重要的作用。过度放牧干扰微生物主导的草原土壤磷的有效化过程,地形也会驱动土壤磷的形态转化和积累。然而,地形与放牧强度的交互作用对土壤微生物参与磷活化过程的影响尚不明确,它们对不同地形单元放牧强度的响应可能存在差异。基于十年定位不同地形单元(坡地和平地)放牧试验,研究不同地形单元放牧对土壤磷酸酶活性和微生物量磷(SMBP)的影响。结果表明,地形而不是放牧显著影响土壤全磷(TP)、有机磷(P_O)、有效磷(Olsen-P)含量。坡地SMBP含量显著低于平地,平地重牧(G7.5-G9.0)显著提高了SMBP含量,而坡地放牧则对其没有显著影响。土壤碱性磷酸酶(ALP)和磷酸二酯酶(PD)活性的变化只受放牧影响,而酸性磷酸酶活性(ACP)受地形驱动。平地土壤PD、ALP活性与土壤理化性质间存在复杂的联系,且与放牧强度呈负相关关系,而坡地则只保留了土壤PD活性与磷、全氮(TN)的联系。平地和坡地的土壤ACP活性与土壤化学性质无关。土壤含水量(WC)驱动了平地和坡地SMBP和磷酸酶活性的差异,其中WC、P_O...     

不同放牧强度下短花针茅荒漠草原植被-土壤系统有机碳组分储量特征

草地生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分,在全球碳循环中发挥着重要作用。以内蒙古短花针茅荒漠草原不同放牧强度样地为研究对象,通过分析地上植物、凋落物、根系、土壤中有机碳和土壤轻组有机碳,研究草原植被-土壤系统有机碳组分储量的变化特征,从碳储量角度为合理利用草原提供指导。研究结果表明:(1)不同放牧强度荒漠草原地上植物碳储量为11.98—44.51 g/m~2,凋落物碳储量10.43—36.12 g/m~2,根系(0—40cm)碳储量502.30—804.31 g/m~2,且对照区(CK)均显著高于中度放牧区(MG)、重度放牧区(HG);(2)0—40cm土壤碳储量为7817.43—9694.16 g/m~2,其中轻度放牧区(LG)碳储量为9694.16 g/m~2,显著高于CK、HG(P0.05);(3)植被—土壤系统的碳储量为8342.14—10494.80 g/m~2,LGMGCKHG,有机碳主要储存于土壤当中,占比约90.54%—93.71%,适度放牧利用有利于发挥草地生态系统的碳汇功能;(4)土壤轻组有机碳储量为484.20—654.62 g/m~2,LG储量最高,表明适度放牧有助于草原土壤营养物质的循环和积累。     

放牧和刈割对内蒙古典型草原大型土壤动物的影响

采用连续3年全季节放牧、3种季节性轮牧、秋季刈割和不利用对照6种处理, 研究了内蒙古典型草原大型土壤动物群落特征.调查在春、夏和秋3个季节进行,共捕获大型土壤动物597只,隶属于2门4纲11目,49个类群.结果表明: 全季节放牧导致土壤动物的个体密度、生物量和多样性降低;而刈割的影响相对较轻,土壤动物的个体密度、生物量和多样性甚至有提高趋势.3种季节性轮牧处理中,夏季和秋季放牧2次处理对土壤动物群落个体密度、生物量和多样性等指标的负面影响较轻.刈割管理对退化典型草原大型土壤动物群落的恢复较为有利;夏季和秋季放牧2次处理对大型土壤动物群落的负面影响较轻,是较理想的草地可持续管理措施.     

放牧对内蒙古典型草原粪金龟子群落的影响

为阐明放牧对粪金龟子群落的影响, 于2004年5-9月, 选择内蒙古典型草原不同放牧强度 (无放牧、 适度放牧和过度放牧) 草地为样地, 采用诱捕法采集粪金龟子标本, 分析了放牧对粪金龟子群落的影响。结果表明： 共捕获粪金龟子60 839头, 隶属于3科5属24种。放牧影响下, 粪金龟子群落个体数、 种数和生物量均发生显著变化, 不同粪金龟子对放牧的敏感性不同, 并具有明显的季节特征。Pearson相关分析表明, 春季粪金龟子群落个体数、 生物量、 种数以及符号蜉金龟Aphodius comma和马粪蜉金龟Aphodius subterraneus个体数与放牧强度提高之间存在显著负相关关系; 夏季粪金龟子群落种数和叉角粪金龟Ceratophyus polyceros个体数与放牧强度提高也呈显著负相关; 秋季粪金龟子群落生物量和种数以及费氏粪金龟Ceratophyus fischeri、 墨侧裸蜣螂Gymnopleurus mopsus和小驼嗡蜣螂Onthophagus gibbulus个体数与放牧强度提高之间存在显著正相关关系。依据体长、 体重和行为特征, 将粪金龟子划分为4个功能群, 放牧对体型较小的功能群Ⅲ和Ⅳ的影响较显著。指示值计算结果表明, 费氏粪金龟、 毛蜉金龟Aphodius scofa和马粪蜉金龟可以作为不同放牧强度草地的特征指示种。     

不同放牧率对内蒙古典型草原植物叶片解剖结构的影响

以内蒙古草原生态系统定位研究站15a长期放牧样地的7种主要植物(扁蓿豆、冰草、糙隐子草、冷蒿、小叶锦鸡儿、星毛委陵菜、羊草)为材料,通过对不同放牧率(无牧、轻牧、中牧、重牧)下植物叶片解剖结构(角质层厚度、表皮细胞面积、叶肉细胞面积、栅栏/海绵组织厚度、叶片厚度、中脉厚度)特征以及化学成分变化的研究,探讨不同植物对长期放牧的适应策略,从而为典型草原放牧演替规律提供理论依据.结果表明:总体上,植物角质层厚度随放牧率的增加而增加;而表皮细胞面积、叶肉细胞面积、叶片厚度等指标不同植物的反应不同.植物叶片化学成分(全N、全C、纤维素含量、叶绿素a+b及a/b)随放牧率的变化较小.放牧率对冰草、冷蒿、羊草的全C、全N、叶绿素和纤维素含量均没有显著影响(P＞0.05),但却显著降低了糙隐子草的比叶面积及星毛委陵菜和小叶锦鸡儿的叶绿素含量,提高了糙隐子草的纤维素含量及扁蓿豆叶片的全N含量(P<0.05).因此,不同植物对放牧的反应存在着明显的种间差异,其中植物角质层厚度、表皮细胞面积、叶片厚度和中脉厚度是植物对放牧响应最为敏感的指标.     

内蒙古典型草原土壤酶化学计量与限制性养分对放牧的响应

土壤胞外酶介导有机物分解, 维持生态系统内养分循环, 其活性及化学计量比是反映土壤养分可利用性、解析微生物资源限制的重要指标。然而放牧, 特别是过度放牧引起的内蒙古典型草原退化对土壤胞外酶化学计量和养分限制特征的影响尚不清楚。该研究以内蒙古典型草原为研究对象, 基于放牧强度梯度实验, 分析了不同放牧强度下土壤胞外酶活性及其化学计量比的变化, 并通过矢量模型解析了土壤养分限制特征。结果表明: (1)研究区域土壤水解酶活性在0-300 nmol·g^-1·h^-1范围内, 与全球土壤酶库中的相应数值相比偏低。放牧强度显著影响α-葡萄糖苷酶、纤维素水解酶、木糖苷酶、纤维素二糖苷酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶、酸性磷酸酶活性。随放牧强度的增加, 酶活性动态呈现“双峰曲线”格局, 分别在推荐放牧(RG)和中度放牧(MG)下出现活性峰值。(2)标准主轴回归分析表明, 碳循环酶活性和氮循环酶活性、磷循环酶活性三者之间存在显著的线性关系。土壤酶碳:氮:磷化学计量比约为1:2.3:1.3, 偏离了全球1:1:1的结果。(3)基于土壤酶化学计量比的矢量模型分析表明内蒙古典型草原放牧草地受到氮磷共同限制, 磷限制更强烈, 且随着放牧强度的增强, 磷限制加剧。     

内蒙古典型草原退化机理的研究

在内蒙古冷蒿小禾草退化草原上,经过６年围栏定量的放牧,分别对９种主要植物种群的形态学特征对放牧的响应进行了研究．结果表明,不同生活型和营养繁殖方式的牧草对放牧率的响应策略是不同的,从而构成了不同放牧率下群落演替的基础．匍匐以不定根行营养繁殖生长或分蘖性强的种群是较适应于重牧的,如冷蒿（Ａｒｔｅｍｉｓｉａｆｒｉｇｉｄａ）和星毛委陵菜（Ｐｏｔｅｎｔｉｌａａｕｃｕｌｉｓ）;以根茎和分蘖行营养繁殖的羊草（Ｌｅｙｍｕｓｃｈｉｎｅｎｓｅ）和冰草（Ａｇｒｏｐｙｒｏｎｃｒｉｓｔａｔｕｍ）及丛生禾草克氏针茅（Ｓｔｉｐａｋｒｙｌｏｖｉ）属宜轻牧植物;以根茎和分蘖行营养繁殖的寸草苔（Ｃａｒｅｘｄｕｒｉｕｓｃｕｌａ）和小丛生禾草糙隐子草（Ｃｌｅｉｓｔｏｇｅｎｅｓｓｑｕａｒｒｏｓａ）属宜中牧植物;而以分枝行营养繁殖的扁蓿豆（Ｍｅｌｉｓｉｔｕｓｒｕｔｈｅｎｉｃａ）和木地肤（Ｋｏｃｈｉａｐｒｏｓｔａｔａ）则宜轻牧．随着放牧率的增大,群落发生明显的变化,小禾草的比例逐渐减少,冷蒿小禾草退化草原最终进一步趋同于星毛委陵菜退化草原;而轻牧可以维持草原现状或使其发生恢复演替,禾草比例增加,即可达到利用式改良的目的     

土壤动物与N素循环及对N沉降的响应

以主要的生态过程之一——N循环为对象,论述了土壤动物不仅对凋落物的分解有重要影响,而且在N素矿化和植物对N的吸收过程中也起着重要作用。同时,日益严重的全球变化问题之一——N沉降对土壤动物的多样性及其在生态系统中的功能构成了极大的威胁。另还对土壤动物与N循环研究的方法、土壤动物在N循环过程中的作用机制、热带地区的需求及N沉降下土壤动物的响应作了探讨,并提出,开展大尺度的专类研究及长期定位研究成为下一步研究的需要。     

Annual methane uptake by temperate semiarid steppes as regulated by stocking rates,aboveground plant biomass and topsoil air permeability

Overgrazing‐induced degradation of temperate semiarid steppes may affect the soil sink for atmospheric methane (CH₄). However, previous studies have primarily focused on the growing season and on single grazing patterns. Thus, the response of annual CH₄ uptake by steppes compared with various grazing practices is uncertain. In this study, we investigated the effects of grazing on the annual CH₄ uptake by two typical Eurasian semiarid steppes (the Stipa grandis steppe and the Leymus chinensis steppe) located in Inner Mongolia, China. The CH₄ fluxes were measured year‐round using static chambers and gas chromatography at 12 field sites that differed primarily in grazing intensities. Our results indicated that steppe soils were CH₄ sinks throughout the year. The annual CH₄ uptake correlated with stocking rates, whereas the seasonality of CH₄ uptake was primarily dominated by temperature. The annual CH₄ uptake at all sites averaged 3.7±0.7 kg C ha^?1 yr^?1 (range: 2.3–4.5), where approximately 35% (range: 23–40%) occurred during the nongrowing season. Light‐to‐moderate grazing (stocking rate≤1 sheep ha^?1 yr^?1) did not significantly change the annual CH₄ uptake compared with ungrazed steppes, but heavy grazing reduced annual CH₄ uptake significantly (by 24–31%, P<0.05). These findings imply that easing the pressure of heavily grazed steppes (e.g. moving to light or moderate stocking rates) would help restore steppe soil sinks for atmospheric CH₄. The empirical equations based on the significant relationships between annual CH₄ uptake and stocking rates, aboveground plant biomass and topsoil air permeability (P<0.01) could provide simple approaches for the estimation of regional CH₄ uptake by temperate semiarid steppes.     

内蒙古放牧草地土壤碳固持速率和潜力

放牧是典型草地最重要的利用方式,弄清放牧对草地碳固速率的影响,将为我国内蒙古地区草地碳汇管理提供重要的科学依据。通过在平坦草地和斜坡草地设置相同的放牧梯度实验 (放牧强度0、1.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0 羊/hm²),探讨了放牧和地形对草地土壤碳固持速率的影响。实验结果表明:轻度放牧草地表现为碳固持,重度放草地表现为碳流失;对放牧草地而言,存在碳源/碳汇的转化阈值(或放牧强度),且坡地阈值低于平地。为了实现草地碳增汇目的,平坦草地的放牧强度应低于 4.5羊/hm²(放牧期6-9月),斜坡草地应低于3 羊/hm²。地形因素(平地VS斜坡)使准确评估放牧草地土壤的碳固持速率变得更加复杂。总之,内蒙古地区放牧草地具有较大的碳固持潜力,通过控制放牧强度是实现其碳固持潜力的重要途径之一。     

地植物多样性间的关系

用显微技术法分别在放牧率为 1 .33,4 .0 0和 6.67只 / hm2下对内蒙古细毛羊的食性进行了研究。结果表明 ,随着放牧率的增大 ,草场的植物种类组成及其相对比例发生了明显的变化。由于不同牧草的可利用性不同 ,其食性选择也发生了明显的变化。在重牧条件下 ,原先为随意采食的冷蒿和厌食的寸草苔则升级为“喜食”的植物 ,星毛委陵菜的选择性指数也有较大提高 ;且星毛委陵菜成为主要的食物资源 ,占全部食物的 80 %以上。这说明放牧率的增大和绵羊选择性的采食是草场植物种类组成发生变化的主要原因之一。食物的选择性主要与草地牧草的相对生物量、高度和频度显著相关 ;当草地植物多样性指数较高时 ,放牧绵羊的食物选择性较大。不同放牧率条件下 ,在以冷蒿和小禾草为主的退化草原上 ,草地植物多样性指数随放牧率的增大而显著降低 ,但食物多样性指数以放牧率 4 .0 0只 / hm2 的处理最高。     

How do sheep affect plant communities and arthropod populations in temperate grasslands?

Grasslands being used in sheep farming systems are managed under a variety of agricultural production, recreational and conservational objectives. Although sheep grazing is rarely considered the best method for delivering conservation objectives in seminatural temperate grasslands, the literature does not provide unequivocal evidence on the impact of sheep grazing on pasture biodiversity. Our aim was therefore to review evidence of the impacts of stocking rate, grazing period and soil fertility on plant communities and arthropod populations in both mesotrophic grasslands typical of agriculturally improved areas and in native plant communities. We therefore conducted a literature search of articles published up to the end of the year 2010 using ‘sheep’ and ‘grazing’ as keywords, together with variables describing grassland management, plant community structure or arthropod taxa. The filtering process led to the selection of 48 articles, with 42 included in the stocking rate dataset, 9 in the grazing period dataset and 10 in the soil fertility dataset. The meta-analysis did not reveal any significant trends for plant species richness or plant community evenness along a wide stocking rate gradient. However, we found frequent shifts in functional groups or plant species abundance that could be explained by the functional properties of the plants in the community. The meta-analysis confirmed that increasing soil fertility decreased plant species richness. Despite the very limited dataset, plant species richness was significantly greater in autumn-grazed pastures than in ungrazed areas, which suggests that choosing an appropriate grazing period would be a promising option for preserving biodiversity in sheep farming systems. Qualitative review indicated that low grazing intensity had positive effects on Orthoptera, Hemiptera (especially phytophagous Auchenorrhyncha) and, despite a diverse range of feeding strategies, for the species richness of Coleoptera. Lepidoptera, which were favoured by more abundant flowering plants, also benefited from low grazing intensities. Spider abundance and species richness were higher in ungrazed than in grazed pastures. In contrast, there are insufficient published studies to draw any firm conclusions on the benefits of late grazing or stopping fertilization on insect diversity, and no grounds for including any of this information in decision support tools at this stage.     

不同放牧率下绵羊的食性及食物多样性与草地植物多样性间的关系

用显微技术法分别在放牧率为1.33．4．00和6．67只／hm^2下对内蒙古细毛羊的食性进行了研究。结果表明,随着放牧率的增大,草场的植物种类组成及其相对比例发生了明显的变化。由于不同牧草的可利用性不同,其食性选择也发生了明显的变化。在重牧条件下,原先为随意采食的冷蒿和厌食的寸草苔则升级为“喜食”的植物,星毛委陵菜的选择性指数也有较大提高;且星毛委陵菜成为主要的食物资源,占全部食物的80%以上,这说明放牧率的增大和绵羊选择性的采食是草场植物种类组成发生变化的主要原因之一。食物的选择性主要与草地牧草的相对生物量、高度和频度显著相关;当草地植物多样性指数较高时,放牧绵羊的食物选择性较大。不同放牧率条件下,在以冷蒿和小禾草为主的退化草原上．草地植物多样性指数随放牧率的增大而显著降低,但食物多样性指数以放牧率4．00只／hm^2的处理最高。     

外源氮素添加对森林土壤氨基糖转化的影响

采用室内模拟培养法研究了不同数量氮素添加条件下森林土壤中3种微生物来源的氨基糖含量的动态变化,并且利用氨基葡萄糖和胞壁酸的比值分析了氮素添加条件下土壤真菌和细菌对土壤氮素转化和积累的相对贡献。结果表明:土壤中氨基糖含量的动态变化与土壤中的养分状况密切相关;当向土壤中添加氮源时,微生物会利用外加氮源合成自身的细胞壁物质,并且高氮处理胞壁酸含量高于低氮处理,而高氮处理氨基葡萄糖含量则低于低氮处理,说明随施氮量的增加更有利于以胞壁酸为代表的细菌残留物在土壤中的积累,不利于以氨基葡萄糖为代表的真菌残留物的积累,氨基半乳糖对氮素添加的响应较小;当土壤中养分缺乏时,氨基糖能够发生不同程度的分解;添加氮源条件下,真菌和细菌来源氨基糖的比值发生变化,细菌对土壤氮素转化的贡献大于真菌,并且高氮处理细菌的贡献更大。本研究表明,氮素添加改变了以氨基糖为代表的土壤氮素的微生物转化过程。     

近10年来蒙古高原植被覆盖变化对气候的响应

基于东亚干旱半干旱地区内蒙古和蒙古国67个气象站的观测资料和SPOTVEGETATION归一化植被指数(NDVI)数据,借助线性趋势、MK趋势性检验、最大化合成法和相关分析等常用数理统计方法,研究了内蒙古和蒙古国地区的植被覆盖变化和气候变化及其响应关系。结果表明:①近49年内蒙古和蒙古国地区年均气温显著上升,降水变化不明显。年均气温在空间上呈现出南高北低的空间分布格局,降水量表现出由西向东递增趋势。②空间分布上,内蒙的植被覆盖状况好于蒙古国。时间变化上,该地区植被覆盖变化分为2个阶段,1998—2001年NDVI呈整体退化趋势,2002—2012年波动上升,其中2009—2012年连续3a上升。空间变化上,内蒙古境内植被退化的区域主要集中在锡林郭勒盟周边地区,蒙古国境内退化的区域分布在中西部地区。③蒙古国境内荒漠和草原植被NDVI与降水呈正相关关系,与气温呈负相关。而对于内蒙古而言荒漠和草原植被的NDVI也与降水呈正相关关系,森林植被与气温呈正相关。就政策层面:内蒙古区域近年来受国家重大生态政策退耕还林、退牧还草的影响,大部分东部和西部植被恢复较快。在今后如果增强两国的文化和政策交流学习,将会对未来的游牧民族文化的保留和发展提供契机。