大针茅和糙隐子草对养分资源的竞争策略Ⅰ.根和茎对施硫和其他养分的形态学反应

在德国植物营养和土壤科学研究所的温室中,用盆栽试验研究了3种不同的养分处理下(所有养分 硫肥、所有养分但无硫肥、空白对照(什么都不添加))大针茅(Stipa grandis L.)和糙隐子草(Cleistogenes squarrosa L.)对养分资源的竞争在形态学上的反应.竞争试验设计为替代序列设计,即每盆的植物密度为4株,大针茅的植株数从4→0,相反,糙隐子草的密度则从0→4.试验所用的土壤为内蒙古典型草原沙质栗钙土,2001年5月20日播种,待种籽发芽出苗后的第二天进行间苗.然后,每间隔10 d分别对两种草的叶层高度、叶片数、分孽数进行测定;并于试验的第80天,度量糙隐子草新近展开的顶部叶片的叶绿素含量,之后齐地面刈割地上部分测地上生物量,同时将试验盆浸泡在蒸馏水中,用60目的网筛轻轻冲洗根系,用滤纸吸干水分,称鲜重,以便测定根长、根半径和根表面积等;然后用无离子水冲洗根系,在65℃下烘48 h称重,过0.5mm筛粉碎装瓶备分析用.每个处理重复3次.结果表明,所有处理的大针茅和糙隐子草形态特征不存在竞争关系,即彼此比例的消长对对方无显著性的影响,且大针茅的根茎形态特征随两者比例的变化而变化不显著,在空白对照处理中糙隐子草也有类似的现象.然而,当供给养分时(无论是否同时添加硫肥),糙隐子草的比例大小显著影响其形态特征,即存在密度制约原理,且硫的供给与糙隐子草的比例间存在互作现象.养分添加显著增加了大针茅地上部分的生长利发育,但对根系的生长影响很小,且硫对其地上地下均无显著性的影响.而养分添加不仅增加了糙隐子草地上部分的生长发育,而且增加了根系的生长,硫的缺乏阻碍了糙隐子草地上地下的生长和发育.养分供给显著降低了糙隐子草的根茎比,但没有影响大针茅的根茎比.硫对糙隐子草根茎比的影响随糙隐子草比例的变化而变化,在其比例为100%和75%时,供硫显著降低了其根茎比.在所有养分处理中,25%比例的糙隐子草的根茎比显著小于100%比例的糙隐子草根茎比.供给其他养分而不供硫时,糙隐子草叶片的绿度显著淡于其它两种处理;且在养分供应(无论是否供硫)25%比例的糙隐子草叶片绿度显著深于100%比例的糙隐子草叶片绿度.该研究表明,大针茅与糙隐子草的形态之间似乎不存在竞争关系;由于所有处理大针茅种群生产力较低,其种间竞争很小,但糙隐子草种间竞争明显.养分的缺乏主要限制了大针茅地上部分的生长和发育,对地下部分影响较小,且对硫供给的状况反应不敏感.而养分供给对糙隐子草地上地下均有显著的影响,且硫的缺乏阻碍了糙隐子草的生长发育.土壤贫瘠时,由于糙隐子草种群生产力低,植物间竞争较小,相反,对养分资源的竞争加剧.对养分的竞争刺激了根系的生长,使更多的光合产物分配到根中.其他养分的供给,提高了糙隐子草的生产力,因而加剧了硫的缺乏,而在低养分状况下(不供给任何养分)则缓解了硫的缺乏症状.     

氮素添加和功能群去除对糙隐子草和大针茅根系特征的影响

由于草地不合理利用,中国北方草原严重退化,导致生态系统结构性破坏甚至功能性紊乱。随着草原退化,中能值功能群植物糙隐子草会取代高能值功能群植物大针茅成为群落中优势度最大的植物。为了解大针茅和糙隐子草在氮素添加以及去除功能群的情况下根系特征的变化趋势,选取锡林郭勒盟典型草原中的退化草原群落,分别开展两项实验,实验1:氮素添加梯度实验(0、10.5、17.5、28 gN/m~2),实验2:同时进行功能群的去除和氮素的添加,功能群去除实验(将植物分为高能值植物功能群、中能值植物功能群、低能值植物功能群3个功能群;每个处理分别剪除另外两个功能群,留取单一功能群),并同时进行氮素添加实验(0、17.5 gN/m~2)。在进行两年的实验处理后,通过Delta-T SCAN根系分析仪测量大针茅和糙隐子草根系的长度、直径、面积、体积指标。分析植物根系对氮素添加的响应,以及功能群去除是否改变这两种植物对氮素添加的响应格局。实验1研究结果表明:在受到其他功能群的竞争压力下,大针茅根系长度、面积、体积均在高氮素添加(28 gN/m~2)情况下显著增加,糙隐子草根系直径和体积在中氮素添加(17.5 gN/m~2)的情况下显著高于其他3个处理,退化样地中土壤氮素的增加,促使大针茅根系主要通过增加根系长度扩大在土壤中的空间分布,而促使糙隐子草主要通过增粗生长来扩大土壤分布空间。实验2研究结果表明:功能群的去除,中氮素添加对根系的影响,只有糙隐子草的根系直径显著增加。综合来看,功能群去除实验对大针茅的根系长度和面积有影响,对糙隐子草的根系长度、直径和面积有影响。功能群去除处理与氮素添加的交互作用对大针茅根系没有影响,对糙隐子草的根系直径和体积有影响。     

放牧对大针茅草原建群种与优势种空间分布关系的影响

为探讨放牧下大针茅草原建群种大针茅(Stipa grandis)和优势种羊草(Leymus chinensis)及糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)种群空间分布特点及关系,本实验以内蒙古自治区锡林郭勒盟毛登牧场大针茅草原建群种大针茅、优势种羊草和糙隐子草为研究对象,通过野外试验,以地统计学为基础,采用半方差函数、分形维数及克里格插值法,分析了围封(CK)和放牧(G)样地大针茅、羊草及糙隐子草种群小尺度空间分布关系。结果表明:围封样地大针茅、羊草及糙隐子草植株密度分别为10.94株/m~(2 )、12.95株/m~(2 )、13.60株/m~(2 ),放牧样地植株密度分别为16.84株/m~(2 )、48.28株/m~(2 )、28.63株/m~(2 ),放牧显著增加大针茅、羊草及糙隐子草种群密度(P0.05);半方差函数进行模型拟合发现,大针茅、羊草及糙隐子草种群空间分布函数关系均符合高斯模型;通过对空间分布函数关系分析,围封和放牧样地结构比为G (93.3%) CK(60.4%),表明放牧样地大针茅种群空间分布主要受结构性因素影响,而围封大针茅种群则受随机性因素影响较大;围封和放牧样地分形维数值为CK(1.796) G(1.361),表明放牧样地大针茅、羊草和糙隐子草所形成的空间分布格局相比围封样地较为复杂,大针茅空间分布对羊草和糙隐子草空间分布的依赖性较弱;通过立体图分析,在放牧利用过程中,羊草处于中低密度时,及糙隐子草处于高密度时,均与大针茅种群间的关系从围封中的竞争关系变为放牧过程中的亲和关系,可见放牧导致种间关系改变。     

冷蒿对三种禾本科植物种子萌发和幼苗生长的化感作用

研究了冷蒿茎叶水浸提液及冷蒿斑块土壤对羊草草原3种禾本科植物(羊草、克氏针茅和糙隐子草)种子萌发及幼苗生长的影响.结果表明:冷蒿茎叶水浸提液使受试植物种子的发芽指数降低,平均发芽时间延长.羊草、克氏针茅和糙隐子草幼苗苗高及克氏针茅幼苗根长均受冷蒿茎叶水浸提液抑制;浸提液浓度≥0.075g.ml-1时显著抑制羊草幼苗根长生长,≤0.05g.ml-1时则无显著影响;而茎叶水浸提液对糙隐子草幼苗根长有"低促高抑"的作用.冷蒿斑块土壤抑制受试植物幼苗生长;3种植物对冷蒿化感效应的敏感性依次为克氏针茅羊草糙隐子草,且幼苗根长的敏感性均大于苗高.     

放牧对布氏田鼠主要食物选择的影响

动物的食物选择受食物资源量、质量和喜好度决定。尽管放牧可减少鼠类的喜食植物的数量和质量,但其如何影响鼠类的食物选择尚不清楚。本研究于2014年5月至10月,在内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市毛登牧场的大型试验围栏内进行了布氏田鼠的食物选择实验。利用大型实验围栏内5年连续放牧处理所构建的植被变化条件,采用扣笼试验,调查了布氏田鼠对其三种主要植物的取食情况。研究发现：连续放牧后,糙隐子草的盖度增加,而羊草、克氏针茅盖度降低;糙隐子草的盖度显著高于羊草、克氏针茅,成为各季节的优势植物种类。放牧对布氏田鼠取食羊草、克氏针茅和糙隐子草的绝对取食频次均无显著影响。在季节上,布氏田鼠对克氏针茅和糙隐子草的取食在三个季节均无差异,但布氏田鼠对羊草取食的绝对频次夏季显著高于春季和秋季;布氏田鼠对三种植物的喜好程度依次为羊草>克氏针茅>糙隐子草,但季节和放牧因素对布氏田鼠对这三种植物的喜好度无显著影响。结果表明,布氏田鼠的食物选择及食物组成相对稳定,表现为其对放牧或季节因素造成的喜食植物资源量的变化具有很好的适应性,推测是其调整取食努力来实现食物组成的平衡。     

刈割干扰下内蒙古草原两种丛生禾草繁殖策略的适应性调节

刈割是内蒙古草原的主要利用方式之一。当植物面对刈割干扰时, 可以通过繁殖策略的调节适应变化的环境。研究刈割干扰下植物繁殖策略的调节对于揭示植物的适应与进化机制具有重要意义。为此, 选择内蒙古典型草原的大针茅(Stipa grandis)和糙隐子草(Cleistogenes squarrosa), 在1979年围封的羊草(Leymus chinensis)样地(对照)和毗邻的长期刈割区对其繁殖策略进行了研究。结果显示: 1)长期刈割干扰下, 大针茅的种群生物量与对照区无显著差异, 由于其株丛生物量显著降低, 大针茅种群生物量的维持得益于种群密度的显著增加。糙隐子草的种群生物量比对照区显著提高, 由于其株丛生物量与对照区无显著差异, 糙隐子草种群生物量的增加也是因为密度的显著提高。因此, 密度调节是两种植物应对长期刈割干扰的重要的调节机制。2)长期刈割干扰下, 两种植物在无性繁殖和有性繁殖过程所采取的密度调节策略并不相同。大针茅种群生殖株丛的密度无显著变化, 非生殖株丛的密度显著提高, 导致其非生殖株丛的相对密度显著增加, 而生殖株丛的相对密度显著降低。因此刈割干扰下大针茅种群在密度调节上采取了保持有性繁殖株丛密度, 增加无性繁殖株丛密度的策略。糙隐子草种群非生殖株丛的密度显著增加, 但生殖株丛的密度增加幅度更大, 导致其非生殖株丛的相对密度显著降低, 而生殖株丛的相对密度显著提高。因此刈割干扰下糙隐子草种群在密度调节上采取了增加无性繁殖株丛密度的同时, 更大幅度地增加有性繁殖株丛密度的策略。3)长期刈割干扰下, 两种植物对生物量生殖分配的调节采取了不同的策略。大针茅株丛生物量向生殖枝分配的比例无显著变化, 通过降低生殖枝向穗的生物量分配比例, 降低了对有性生殖过程的生物量分配的投入; 而糙隐子草则通过增加株丛生物量向生殖枝分配的比例, 维持生殖枝向穗的生物量分配比例, 从而增加了对有性繁殖过程生物量分配的投入。4)长期刈割干扰下, 大针茅的株丛面积和株丛分蘖数与对照区无显著差异。糙隐子草株丛面积降低, 但是株丛分蘖数无显著变化。本实验说明, 植物种群有性繁殖和无性繁殖之间的密度调节和资源分配调节是草原植物应对刈割干扰下的重要调节机制, 不同的响应策略影响着植物种群的消长动态。     

亚洲小车蝗对内蒙古典型草原3种禾本科植物取食特性研究

通过了解亚洲小车蝗Oedaleus asiaticus的取食特性,为有害生物的防治和草原生态环境的保护提供理论依据。在分析亚洲小车蝗发生与羊草Leymus chinensis、克氏针茅Stipa krylovii及糙隐子草Cleistogenes squarrosa等3种禾本科植物特征参数关系的基础上,通过罩笼试验调查了罩笼内亚洲小车蝗3~5龄蝗蝻的存活率,比较了亚洲小车蝗的取食数量、取食高度及取食率等特性。结果表明,克氏针茅和糙隐子草生态优势度与亚洲小车蝗发生数量显著正相关,亚洲小车蝗喜食克氏针茅和糙隐子草(0.25≤RFN<0.5),少食羊草(0.025≤RFN<0.25)。4龄和5龄蝗蝻对克氏针茅和糙隐子草取食量显著大于羊草。亚洲小车蝗取食高度位于植物中下部(9~10cm),与3种植被高度无关;取食后上部掉落造成损失,特别是对克氏针茅的为害更大;亚洲小车蝗取食克氏针茅和糙隐子草时的存活率显著高于取食羊草时的存活率。结论:以克氏针茅和糙隐子草为优势植物的典型草原更适合亚洲小车蝗的发生与为害,应加强该类草原亚洲小车蝗的监测预警和防控。     

羊草草原群落6种植物叶片功能特性对氮素添加的响应

 该文比较了羊草草原群落中包括建群种和优势种在内的6种植物,羊草（Leymus chinensis）、西伯利亚羽茅（Achnatherum sibiricum）、大 针茅（Stipa grandis）、 冰草（Agropyron cristatum）、糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）和黄囊苔草（Carex korshinskyi）的比叶 面积(Specific leaf area, SLA)、叶片含氮量和叶绿素含量等叶片功能特性( Leaf functional trait)对氮素添加的响应,旨在探讨草原生态 系统中,不同物种对氮素可利用性改变的响应和适应对策。结果表明：随着氮素添加量的增加,物种对光资源的竞争增强,不同物种在光资源 的竞争策略和竞争力间存在着显著的差异。羊草通过提高SLA、单位质量叶片的叶绿素含量和含氮量,使单位面积叶片含氮量和叶绿素含量均呈 线性提高,进而增强了其对光的竞争力。西伯利亚羽茅主要通过提高SLA增加光合总面积,来增强自身的光竞争力。冰草在SLA和单位质量叶片 的叶绿素和氮含量均有一定的可塑性,但对光的竞争力明显弱于羊草和西伯利亚羽茅。大针茅和黄囊苔草对SLA的调节能力较低,加之大针茅 SLA较低,而黄囊苔草处于群落的下层,这两种植物的光竞争力较弱。糙隐子草具有较高的SLA,对单位质量叶片叶绿素和氮含量的调节能力相 对较强,其光竞争力高于黄囊苔草。同时,糙隐子草叶片叶绿素a与叶绿素b的比值沿氮素添加梯度显著降低,进一步证实氮素添加改变了群落 的光环境。     

气候变化和放牧活动对糙隐子草种群的影响

 糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)是一种多年生丛生小禾草,属C4植物,在研究气候变化和放牧活动对草原C4植物的影响方面是一种很好的指示植物。本文探讨了在气候变化及放牧干扰条件下糙隐子草种群地上生物量、种群特征和资源利用方式等方面的变化,分析了C4植物对气候变化的响应和在放牧干扰下的生态对策。结果表明：在气候温暖化的情况下,糙隐子草种群生物量及其在群落中的比例都有所上升,放牧大大加快了这一过程。通过逐步回归分析得出糙隐子草种群最大地上生物量与生长季（4～8月）总降雨量(r)和平均温度(t)的关系为：y=-12.451 1+0.018 7r+0.060 1t2 (p=0.003)。总体上,放牧明显降低了其种群高度和每丛生物量,但显著提高了其密度、盖度和地上生物量;密度的变化受气候和放牧互作的影响。如果以植物光合所固定的100 g的碳（C）所需要的其它大量营养元素来衡量植物的养分利用效率,则可以发现,与其它主要植物如羊草（Leymus chinensis）相比,糙隐子草对氮(N)和硫（S）的需求量最少,利用3.17 g的N和0.31 g的S就能生产100 g的C,而羊草则需要4.24 g的N和0.41 g的S才能生产100 g的C。 说明在放牧使土壤比较贫瘠的条件下,糙隐子草的养分利用效率较高,这可能是其在土壤比较贫瘠的退化植物群落竞争中处于优势地位的又一重要原因。     

白音华矿区草地群落主要物种组成及空间分布

以内蒙古白音华矿区周边草地为对象,研究了矿区草地植物群落的主要物种组成及其空间分布特征。结果表明: 草地群落共出现55种植物,优势种为大针茅、黄囊苔草和糙隐子草,常见种有羊草、冰草和知母等,该6个物种的累计相对重要值为79.6%,其密度分别为 26.6、204.7、105.4、107.1、68.2和55.1株·m^-2。对6个主要物种的种群密度通过半方差函数进行模型拟合, 其种群分布分别符合指数模型、指数模型、指数模型、球状模型、线性模型和高斯模型;对其空间分布格局进行分析,各种群的结构比分别为59.2%、97.2%、89.1%、94.5%、62.6%和72.1%,表明黄囊苔草、糙隐子草和羊草种群的空间自相关性程度均较高, 主要受结构性因素影响, 而大针茅、冰草和知母种群主要受随机性因素影响。对分形维数进行分析发现, 大针茅、黄囊苔草、糙隐子草和冰草种群分布格局较简单,空间依赖性较强,而羊草和知母种群分布格局较复杂,空间依赖性较弱,结合2D及3D图看, 大针茅和知母呈现出梯度扩散,而黄囊苔草、糙隐子草、羊草和冰草则主要呈现斑块化分布,表明矿区草地群落主要物种的空间分布与开矿无显著关联性。     

不同放牧率下糙隐子草种群补偿性生长的研究

糙隐子草（Cleistogenes squarrosa(Trin.)Keng）是研究草原植物在放牧利用条件下补偿性生长及其机制的较理想的实验植物,通过对该草生产力的形成及其构成的研究表明,在适牧条件下,糙隐子草种群明显地存在超补偿性生长。适牧可以刺激糙隐子草个体地上净光合效率,而地下净光合效率不受影响;但在高强度牧食下,糙隐子草个体则通过降低地下简略主的生产来达到地上较低的补偿性生产。糙隐子草种群的超补偿性生长主要是形成小株丛和高密度的种群结构以适应较贫瘠的生境条件。因此,糙隐子草与食草动物的关系,在适牧条件下可能是互惠的,即既可提高牧草的光合效率和利用效率,又可提高动物的生产;而在重牧和条件下,可能是交换的,对牧草是以降低地下生产而获得地上生产的;对食草动物,也只能是暂时较高比例的利用牧草。这种“互惠”和“交换”的关系较好地支持了放牧优化假设。     

放牧强度对内蒙古典型草原糙隐子草功能性状的影响

研究糙隐子草株高、丛幅等11个性状指标对不同强度放牧(不放牧;5、7月两次放牧;全生长季5次放牧)的响应。结果表明: 以不放牧为对照,经过连续5年的放牧处理,糙隐子草的生殖枝数、株高、茎质量、比叶面积和总叶面积显著降低,5、7月放牧处理各指标降幅分别为61.7%、21.5%、33.3%、21.6%、26.7%,全生长季放牧处理各指标降幅分别为75.7%、24.7%、46.7%、28.5%、43.7%,降幅随放牧强度的增加显著增强。在不同放牧强度下,糙隐子草的营养枝数、叶片数、总叶面积、茎质量、总叶质量、丛幅均与整丛地上生物量呈现协同变化关系,营养枝数与茎质量和总叶质量呈显著正相关。糙隐子草应对不同放牧强度干扰表现出矮小-密枝化的避牧响应策略,减轻放牧强度有利于维持其个体性状的稳定。     

半干旱草地长期封育进程中针茅植物根系格局变化特征

以云雾山不同封育年限草地针茅植物根系和土壤为研究对象,对其根系特征、土壤特性及两者关系进行研究,以探讨分析封育对针茅根系格局的影响。结果表明:(1)针茅植物根系生物量、根长密度、根表面积和根体积在封育初期轻微下降,之后缓慢上升,并在封育30 a草地得到显著增加。(2)随封育年限增加,各根系指标在3种针茅物种间的组成格局具有类似变化规律,具体表现为:长芒草在放牧草地所占比例最高,之后逐渐降低,并在封育30 a草地消失;大针茅所占比例呈先升后降变化规律,并在封育22 a草地达到最大值;甘青针茅仅出现于封育30 a草地,且占据优势地位。(3)大针茅和甘青针茅0—0.6 mm径级根系比例高于大针茅,使其根系直径显著低于大针茅,比根长和比根面积显著高于大针茅;此外,长芒草根组织密度显著高于长芒草和甘青针茅。(4)长期封育在显著提高土壤水分、养分含量和土壤氮磷比的同时显著降低土壤碳氮比,但对微生物生物量碳、氮无明显影响。(5)针茅根系特征与土壤指标的关联性分析显示针茅根系受土壤氮资源的显著影响。     

草地利用方式对温性典型草原优势种植物功能性状的影响

当外界环境发生变化后植物能够改变自身功能性状及时调整适应策略, 因此植物功能性状能够有效地反映植物对草地利用变化的响应, 然而在内蒙古草原从植物功能性状角度开展草地利用方式影响的研究略少。该研究以内蒙古典型草原大针茅(Stipa grandis)、羊草(Leymus chinensis)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)和冷蒿(Artemisia frigida) 4种主要优势种为研究对象, 探讨在长期自由放牧、割草、短期围封和长期无干扰的影响下优势种植物功能性状的差异, 以期从功能性状视角, 揭示植物在受到外界干扰后的适应策略, 旨为天然草地的可持续管理提供基础数据支持和科学依据。结果表明: 1)除糙隐子草外, 在长期放牧后内蒙古典型草原优势植物植株高度、根长和植物碳氮含量降低, 这些性状的变化能够使植物个体小型化, 适口性降低, 表明植物通过逃避放牧的策略适应长期自由放牧的干扰; 在割草管理方式下, 优势种的高度和比叶面积有增加的趋势, 其中冷蒿的氮含量对割草响应最敏感, 其根、茎、叶中的氮含量均在割草样地最低; 围封和长期无干扰处理下植物的碳氮含量增加, 表明在干扰强度降低后, 植物通过功能性状的改变从资源获取策略向资源储藏策略转变。2)对优势种功能性状集合分析表明, 糙隐子草具有较低的植株高度和较高的比叶面积, 冷蒿具有较高的木质素含量和氮含量, 这些性状能够使两种植物被家畜采食量减少, 并保证其具有较强的再生能力, 这可能是糙隐子草和冷蒿耐牧的原因; 大针茅具有最高的植株高度、最大的叶片干物质含量, 以及最高的茎、叶纤维素含量, 说明大针茅是非常典型的竞争物种, 在干扰较低的条件下, 大针茅采取竞争策略对其他物种产生较大的竞争压力可能是其占优势的重要原因。     

大针茅草原6种主要植物叶凋落物和根系分解特征与功能性状的关系

开展凋落物分解特征与植物功能性状间的关系研究对于认识生态系统功能的维持机制至关重要。为了阐明不同物种叶凋落物和根系分解的主要影响因素, 该研究以大针茅(Stipa grandis)典型草原的大针茅、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、知母(Anemarrhena asphodeloides)、羊草(Leymus chinensis)、银灰旋花(Convolvulus ammannii)和黄囊薹草(Carex korshinskyi) 6种植物的叶凋落物和根系为研究对象, 采用凋落物袋法通过501天的野外分解实验对叶凋落物和根系的分解速率常数进行研究, 并测定6种植物的叶片干物质含量、根比表面积、根组织密度以及叶凋落物和根系的碳(C)、氮(N)含量、纤维组分含量等功能性状, 探讨了6种植物叶凋落物和根系的分解特征与其功能性状之间的关系。结果表明, 6种植物叶片和根系性状的种间差异显著, 大部分性状的最大值和最小值的比值在1到2之间, 而个别性状如根系的C:N和根比表面积相差近4倍。叶凋落物和根系在分解过程中质量剩余率与分解速率常数整体变化趋势都表现出前期分解迅速, 中期相对变缓, 后期分解最慢的规律; 并且糙隐子草的叶凋落物和根系分解最慢, 而银灰旋花的叶凋落物分解最快, 知母根系分解最快。通过相关分析和逐步回归分析发现, 在不同分解时期, 叶凋落物和根系的分解过程受到不同性状的影响。结构性碳水化合物含量是叶凋落物前期和后期分解以及根系前期分解的主要影响因素, 非结构性碳水化合物含量则是根系中期和后期分解的主要影响因素; 另外, 叶凋落物在分解中期的分解速率主要受叶片干物质含量的影响, 根系在分解中期和后期的分解速率还分别受到根系C:N和N含量的显著影响。研究结果对于预测大针茅草原的碳和养分循环过程具有重要指导意义。     

刈割留茬高度对大针茅草原群落结构及稳定性的影响

2014—2018年8月在内蒙古锡林郭勒盟毛登牧场大针茅典型草原,以围封为对照,设置2、5和8 cm 3个刈割留茬高度,研究刈割留茬高度对群落结构及稳定性的影响。结果表明: 群落中共出现15科23属27种植物;优势种为大针茅、知母、羊草及糙隐子草,累计相对重要值为76.1%。多年生杂类草15种,一、二年生植物5种,多年生丛生禾草和灌木半灌木植物各有3种,多年生根茎禾草有1种。大针茅等处于群落上层;知母、羊草等植物处于群落中层;糙隐子草、刺穗藜、猪毛菜等植物处于群落底层。刈割造成大针茅及多年生丛生禾草相对重要值降低,使得糙隐子草、刺穗藜、猪毛菜及一、二年生植物相对重要值增加。留茬2 cm降低羊草相对重要值,而留茬5、8 cm使其增加;留茬5 cm增加知母相对重要值,而留茬2、8 cm使其降低;留茬8 cm降低杂类草相对重要值,而留茬2、5 cm使其增加。物种及功能群多样性年度间差异显著。总体上,刈割对物种丰富度无显著影响,对其物种多样性影响较小,但对功能群多样性存在一定影响。表明在刈割过程中,群落各功能群存在一定的补偿作用,使得群落保持相对稳定。刈割使群落稳定性增加,留茬5和8 cm时群落稳定性较大;留茬5 cm时群落变异性较大,而留茬8 cm时最小。留茬8 cm时群落稳定性高且变异性小,能促进群落长期稳定。     

羊草与大针茅根系构型对水分梯度响应的比较研究

羊草(Leymus chinensis)与大针茅(Stipa grandis)是内蒙古锡林郭勒典型草原的两大建群种,也是内蒙古草原的重要优良牧草。选取锡林郭勒草原以大针茅和羊草为优势种的围封草场为研究样地,通过原状土柱移栽,进行了两年的水分梯度控制实验(150、300、450、600 mm),分别模拟当地年降雨量由干旱年到是湿润年的变化情况,分析比较羊草种群和大针茅种群地上高度和根系构型对水分梯度的响应情况。结果表明:相比大针茅种群,羊草种群对水分梯度的响应更敏感,随着水分梯度的增加,羊草地上高度和根系直径显著增加,根系长度和根系深度显著减少;而大针茅的地上高度和根系特征各项指标均没有显出与水分梯度的相关性,显然大针茅比羊草更能适应干旱生境。在干旱条件(模拟年降雨量150 mm处理)下,大针茅种群地上高度达到峰值,生长状况良好;羊草种群则采用地上个体小型化,地下主根变细,分叉,向土壤深层扩展的生长策略。因此,在气候变化背景下,干旱化的气候将导致大针茅种群在群落中的优势地位逐渐增加,反之羊草种群则会随着气候湿润化而占据更大的优势。     

氮磷养分共同添加促进退化典型草原恢复的机制

土壤养分含量降低是我国草原退化的主要原因之一,养分添加是退化草原恢复的有效措施,但过量养分添加会导致物种多样性降低。为了探讨适宜的养分添加量以及养分添加促进退化草原恢复的机制,本研究选择内蒙古典型草原的退化群落,通过氮(N)磷(P)养分共同添加梯度试验,研究了退化典型草原在群落、功能群和物种3个组织水平上对养分添加的响应。结果表明: 在群落水平,养分添加显著促进了退化典型草原生物量,但没有降低物种多样性;群落生物量随养分添加水平表现为饱和曲线响应,在12.0 g N·m^-2、3.8 g P·m^-2水平趋于饱和;物种多样性在低养分添加水平(N<9.6 g·m^-2、P<3.0 g·m^-2)较对照显著增加,在其余养分添加水平未发生显著变化。在功能群水平,随着养分添加量的增加,多年生根茎禾草在群落中优势度增加,生物量和密度均显著提高;一年生植物生物量和密度在高养分水平添加下显著增加,多年生丛生禾草和杂类草无显著变化。在物种水平,6个物种对养分添加响应不同,羊草通过增加种群密度和个体大小显著增加了种群生物量;大针茅、冰草和糙隐子草种群生物量没有显著变化;星毛委陵菜和黄囊苔草分别因为降低个体大小和种群密度减少了种群生物量。养分添加作为草原恢复的措施,可以显著增加退化草原生物量和物种多样性,降低植物群落中退化指示种,增加多年生根茎禾草。     

高寒草甸主要植物地上地下生物量分布及退化对根冠比和根系表面积的影响

研究高寒草甸主要植物地上地下生物量的分布及其对退化的响应有利于了解高寒草甸的退化过程。该研究首先在西藏那曲生态环境综合观测研究站小嵩草围栏内(2009年围封)选择原生植被较好的地点随机选择小嵩草(Kobresia pygmaea)、矮嵩草(K.humilis)、紫花针茅(Stipa purpurea)、二裂委陵菜(Potentila bifurca)和青藏苔草(Carex moorcroftii)等5种植物斑块,选择退化斑块上(与原生植被相比)的二裂委陵菜和青藏苔草;然后用烘箱烘至恒重并称重,用扫描仪对根系进行扫描用于估算根系表面积;最后利用2因子方差分析检验不同物种个体、不同取样层次对地上和地下生物量的影响,利用物种和退化状态2因子方差分析检验对地上生物量的影响,以及利用物种、取样层次和退化状态3因子方差分析检验对二裂委陵菜和青藏苔草地下生物量、根冠比和根系表面积的影响。结果表明:在未退化条件下,小嵩草、矮嵩草和紫花针茅0~10cml地下生物量占0~30cm地下生物量的70%以上,0~30cm地下生物量占其地上地下总生物量的96%以上;二裂委陵菜(Potentilla bifurca)和青藏苔草(Carex moorcroftii)0~10cm地下生物量占0~30cml地下生物量的50%以上,其中二裂委陵菜0~30cm地下生物量占其地上地下总生物量的57%,青藏苔草0~30cm地下生物量占其地上地下总生物量的87%;对于退化草甸的主要植物,退化显著降低了二裂委陵菜的地上生物量、地下生物量和根冠比,对其根系表面积影响不大,但显著增加了青藏苔草的地上生物量,降低了其根冠比,对其地下生物量和根系表面积影响不大。     

川西北高寒沙区切断根茎对赖草和沙生苔草克隆生长的影响

为了研究高原亚寒带沙化生境中切断根茎对克隆植物基株扩展能力和分株定居能力的影响,在川西北若尔盖高原沙化区内,对根茎禾草赖草和沙生苔草进行了以切断根茎为处理的野外实验。结果表明,赖草和沙生苔草基株的幼小部分(观测单元)地上枝总长度增量、主根茎长度增量和根茎总长度增量显著减少,而对根茎数增量、主根茎节增量和根茎节总数增量影响不显著;赖草观测单元地上枝数增量显著减少,而对沙生苔草地上枝数增量无影响;赖草地上枝与根茎的相关性质发生逆转。这表明．在高原亚寒带半湿润沙化生境中．克隆整合效应显著促进基株幼小部分地上枝和根茎的伸长生长,但对新生根茎的产生和根茎节分化没有影响;切断根茎处理导致赖草、沙生苔草生殖生长与营养生长间竞争加剧,同时使赖草地上部分与地下部分间竞争加剧;观测单元在缺少与基株(或上级株系)的克隆整合作用时,赖草受到的影响大于沙生苔草。