退化草地阿尔泰针茅与狼毒种群的小尺度种间空间关联

采用草地群落学调查与点格局分析方法,在祁连山北坡选择4种退化高寒草地群落,分析了阿尔泰针茅(Stipa krylovii)与狼毒(Stellera chamaejasme)种群的大小结构、斑块特征和种间关联关系。结果表明:随天然草地退化过程延续,阿尔泰针茅由大株丛结构演变为小株丛结构,种群密度和领地面积减小、空斑面积增大、领地密度先增大后减小,狼毒种群的株丛结构和斑块特征发生了相反的变化趋势;不同退化草地阿尔泰针茅和狼毒种群的空间关联呈现负关联、正关联和不关联规律;在未退化草地和轻度退化草地、中度退化草地,阿尔泰针茅与狼毒的关联性分别由0-14 cm、0-51 cm尺度上的负相关和0-85 cm尺度上的不相关,转变为14-100 cm、51-100 cm尺度上的不相关和86-100 cm尺度上的正相关。物种个体大小结构变化,以及狼毒种群的斑块吞并、合并和阿尔泰针茅种群的斑块破碎、被分割过程,既是物种关联性发生尺度转换的先决条件,又是引起草地群落中物种地位与作用改变的关键因素。     

退化草地阿尔泰针茅生殖株丛与非生殖株丛的空间格局

生殖株丛与非生殖株丛的空间格局是株丛自身特性和植物种内、种间关系综合作用的结果。采用草地群落学调查与点格局分析方法,在祁连山北坡高寒退化草地设置4个退化梯度,每个梯度内随机设置3个2 m×2 m的样方,分析了0-100cm空间尺度上阿尔泰针茅(Stipa krylovii)种群生殖与非生殖株丛的生物量、高度和空间格局。结果表明:未退化草地中,阿尔泰针茅生殖与非生殖株丛均出现聚集格局,且分布于不同的尺度区间;草地退化过程中,生殖与非生殖株丛聚集格局出现重叠且重叠的空间尺度发生转换,从18-19 cm、54-68 cm转换为45-78 cm;生殖株丛空间格局以聚集分布为主,聚集格局尺度随生物量和株高增加而增大;非生殖株丛以聚集和均匀分布为主,聚集格局尺度随生物量和株高下降而减小,均匀格局尺度增大。在干扰活动影响下,生物量分配和株高的转变是种群空间格局发生尺度转换的关键因素,反映了退化草地植物种群繁殖与更新的适应性途径。     

退化草地阿尔泰针茅种群个体空间格局及关联性

植物的空间格局及关联性是自身特性和环境因素综合作用的结果。采用草地群落学调查与点格局分析方法,在祁连山北坡阿尔泰针茅草原,根据株丛径大小将阿尔泰针茅(Stipa krylovii)分为3个大小等级:A级(1.1-7.0 cm)、B级(1.1-7.0 cm) 和C级(株丛径7.1 cm以上),分析了阿尔泰针茅种群的大小结构和不同大小等级个体的空间格局及关联性。结果表明:随天然草地退化过程延续,阿尔泰针茅种群个体空间格局由聚集分布转变为非聚集分布,个体间的关联性由正相关为主转化为不相关和负相关;不同大小等级个体的空间格局存在差异,C级个体仅在中度退化草地表现出聚集格局,A级和B级个体以聚集和随机格局为主,且在未退化和轻度退化草地由随机转向聚集格局;不同等级个体间的空间关联性与形体大小差异不存在相关性,A级与B级、C级个体间正关联尺度明显增大,B级与C级个体间则以不相关和负相关为主且负相关尺度增大。物种大小结构和个体间的竞争关系变化,是种群不同大小等级空间格局及关联性转换的关键因素,反映了退化草地植物应对干扰的更新途径。     

甘肃臭草型退化草地优势种群空间格局及其关联性

空间格局和空间关联性是研究种群扩散和群落演替的重要方法。在石羊河上游高寒退化草地,运用点格局分析法,对不同演替阶段甘肃臭草和阿尔泰针茅的格局及关联性进行了研究。结果表明:甘肃臭草在没有形成斑块(CK)和斑块形成阶段(A),所有尺度上为聚集分布,在斑块扩散(B)、稳定(C)和衰退阶段(D)分别在0-90 cm、0-70 cm和0-40 cm上为聚集分布,90-100 cm、70-150 cm和40-150 cm为随机分布;阿尔泰针茅在CK阶段所有尺度上为随机分布,在A、B、C阶段分别在0-47 cm、0-75 cm、0-130 cm上为聚集分布,在47-50 cm、75-100 cm和130-150 cm上为随机分布,D阶段在所有尺度上为聚集分布;从CK-D阶段,甘肃臭草和阿尔泰针茅之间的关联性由显著负关联向关联性不显著转变,负关联显著程度先增强,后减弱;甘肃臭草种群从CK到D样地,种群领地密度先增大后减小,阿尔泰针茅种群领地密度逐渐减小。优势种替代过程中,种内竞争和种间竞争的相互转化影响格局的分布类型,竞争的不对称性影响关联性程度的强弱。     

甘肃臭草型退化草地优势物种格局控制关系

在石羊河上游高寒退化草地,应用点格局和Ripley K函数检测种间格局控制关系,按照时间序列设置甘肃臭草退化的5个样地,包括未形成斑块(CK)、斑块形成(A),斑块扩散(B)、斑块稳定(C)和斑块衰退(D)样地,研究了不同样地中甘肃臭草与阿尔泰针茅之间的空间分布格局、空间关联性和格局控制关系.结果表明:CK→D样地阿尔泰针茅由随机分布转变为聚集分布;甘肃臭草和阿尔泰针茅之间的关联性由显著负关联向无显著关联转变,负关联显著性先增强后减弱;A、B、C样地中分别在0 ～15、0～12和0～10 cm尺度范围内甘肃臭草对阿尔泰针茅表现出格局控制关系,CK和D样地中没有格局控制关系.体型、规模大,竞争力强的物种,通过改变微生境,迫使其他物种改变分布方式,形成规则分布,进而形成对其他物种的格局控制作用.     

祁连山北坡高寒草地狼毒种群格局

在祁连山北坡高寒退化草地,采用空间序列代替时间序列与点格局相结合的分析方法,研究了小尺度上狼毒种群的组成特征和分布格局.结果表明:伴随狼毒分盖度的增加,狼毒植株数总体上呈现先增大后减小的分布规律;幼株分布格局由随机分布向聚集分布过渡,聚集强度表现出先增强后减弱的规律,成株分布格局基本表现为随机分布;狼毒分盖度较低时,不同大小级狼毒种群在0～100 cm尺度上均表现为随机分布,狼毒分盖度较高时,随着种群的发育,分布格局由聚集分布向随机分布过渡.种群的分布格局与种群的扩散阶段存在密切的关系,狼毒种群通过斑块合并、斑块吞并以及竞争作用和协同作用的相互转化实现种群的扩散.     

高寒退化草地甘肃棘豆小尺度点格局

植物种群的空间格局是植物与环境协同适应的结果,体现了植物种群的生活史对策。采用草地群落学调查与点格局分析方法,在祁连山北坡选择未退化(Ⅰ)、轻度退化(Ⅱ)、中度退化(Ⅲ)和重度退化(Ⅳ)4种高寒草地,研究了甘肃棘豆(Oxytropis kansuensis)种群小尺度格局的空间异质性。结果表明:随着天然草地退化程度的加剧,甘肃棘豆种群高度、盖度、地上生物量和密度增大,小株丛(一级)比例逐渐减小,大株丛(二、三级)比例逐渐增大;甘肃棘豆的分布格局表现出与尺度关联的变化趋势,在未退化(梯度Ⅰ)和轻度退化(梯度Ⅱ)草地,甘肃棘豆种群在较小尺度上表现为聚集分布,较大尺度上表现为随机分布;在中度(梯度Ⅲ)和重度(梯度Ⅳ)退化草地,种群空间分布格局则表现出相异的格局特征。随着草地退化程度加剧,甘肃棘豆种群的聚集分布格局由小尺度转向较大尺度,体现了植物种群的扩散和更新策略。     

黑河上游高寒退化草地狼毒种群小尺度点格局分析

植被斑块化是自然界的一种普遍现象, 斑块的形成和变化对植物种群格局的形成和变化具有重要影响。在黑河上游祁连山北坡高寒退化草地, 采用点格局分析方法, 研究了小尺度上狼毒(Stellera chamaejasme)种群的种群密度、组成格局以及分布格局。结果表明: 随着狼毒种群分盖度的增大, 种群密度、领地密度和组成格局呈现规律性的变化, 斑块内部狼毒种群的数量出现增减交替变化趋势, 组成格局规律明显; 狼毒种群的分布格局表现出与尺度关联的变化趋势, 在31%-40%分盖度下, 狼毒种群在所有尺度上表现为随机分布, 在41%-50%、51%-60%、61%-70%、71%-80%分盖度下随着尺度增大, 分布格局的基本模式为: 随机—聚集—随机或均匀—随机—聚集—随机分布, 在聚集状态下, 聚集强度不同。以成株为核心的斑块内部种群表现为随机分布或均匀分布, 相对于外部表现为聚集分布, 随着成株个体数量的逐渐增多, 种群竞争关系由种间竞争转化为种内竞争, 促进了斑块扩张与合并、斑块增多与吞并, 从而实现了种群扩散。     

宁夏荒漠草原蒙古冰草(Agropyron mongolicum)种群小尺度空间分布及其关联性

植物种群的空间分布格局及其关联性不仅反映种群的生态调控能力和环境可塑性机制,也是其在群落中地位与生存能力的外在表现。在宁夏盐池县,选择以蒙古冰草为优势种的荒漠草原为对象,按丛径将蒙古冰草个体划分Ⅰ级株丛(0—5 cm)、Ⅱ级株丛(5.1—10 cm)、Ⅲ级株丛(10.1—15 cm)、Ⅳ级株丛(15.1—20 cm)和Ⅴ级株丛(﹥20 cm)5个株丛级,采用点格局分析中的O-ring函数统计方法,分析了蒙古冰草种群的株丛结构、各级株丛的空间分布格局及关联性。结果表明:(1)蒙古冰草种群中Ⅰ、Ⅱ级株丛占比(79.24%)明显高于Ⅳ、Ⅴ级株丛占比(8.46%),种群中可供更新的幼苗充足,种群表现出良好的发展趋势。(2)在小尺度范围内,蒙古冰草Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级株丛主要表现为聚集分布,而且个体越小聚集程度越高,随尺度的增大,逐渐过渡到随机分布和均匀分布,Ⅳ、Ⅴ级株丛在所有尺度上均为随机分布。(3)蒙古冰草种群Ⅰ级株丛与Ⅱ、Ⅲ级株丛,Ⅱ级株丛与Ⅲ级株丛在小尺度内呈显著正关联,随研究尺度的增大趋于无关联,其余各级株丛在0—5 m尺度上主要呈无关联。     

高寒退化草地狼毒与赖草种群空间格局及竞争关系

种群空间格局的尺度转换效应反映了植物种内、种间竞争关系的变化过程。采用草地群落学调查与点格局分析方法,在祁连山北坡阿尔泰针茅草原,分析了干扰状态下狼毒(Stellera chamaejasme)和赖草(Aneurolepidium dasystachys)种群的空间格局及竞争关系。结果表明:随着草地退化过程加剧,狼毒种群空间格局由聚集分布转变为非聚集分布,反映了协作转向竞争的种内个体间关系;赖草种群以聚集格局为主,体现了种内相互协作的个体间关系;二者空间关联性存在正相关、不相关和负相关的转换过程,正相关尺度逐渐缩小,负相关仅在重度退化草地出现,种群间关系表现为由协作转向竞争且竞争强度逐渐增大。干扰状态下,种群空间格局的尺度转换效应影响植物种内、种间的竞争关系及强度,反映了退化草地物种应对干扰的更新途径。     

内蒙古典型草原4种优势植物凋落物的混合分解研究

混合凋落物的研究对预测生态系统群落水平的分解以及相应的养分释放和进一步的循环等生态学过程具有重要意义。该研究使用网袋法, 对克氏针茅(Stipa krylovii)、糙叶黄芪(Astragalus scaberrimus)、星毛委陵菜(Potentilla acaulis)和羊草(Leymus chinensis) 4种凋落物单种及其混合物的分解速率及分解过程中的养分动态进行了野外实验研究, 以探讨凋落物多样性对内蒙古典型草原生态系统分解速率和过程的影响。通过对凋落物分解速率和养分含量变化历时1年的实际测定, 得到下列研究结果(1)分解341天后, 单种凋落物的剩余重量与初始氮(N)含量呈显著负相关关系(p < 0.001, r = - 0.979)。混合凋落物中, 糙叶黄芪-星毛委陵菜组合剩余重量的实测值比期望值高7.5%, 表明凋落物混合具有显著的正效应, 但在其他几种组合中没有发现显著的凋落物混合效应; (2)在分解初期的N释放阶段, 克氏针茅-糙叶黄芪和克氏针茅-羊草组合的实测N剩余率分别比期望值低4.7%和10.0%, 表明混合凋落物对初期N元素释放具有显著的负效应。不同凋落物混合组合的磷(P)释放或累积在不同分解时期都得到了一定程度的促进, 尤其是星毛委陵菜-克氏针茅、克氏针茅-羊草和克氏针茅-糙叶黄芪组合, 它们在分解前期、中期和后期, 实测P剩余率与期望值的差异分别为31.1%、23.1%和21.8%。研究结果表明, 在内蒙古典型草原生态系统, 多数混合凋落物对分解速率不产生显著的混合效应; 相反, 大多数混合凋落物对分解过程中的养分动态, 尤其是P元素, 具有显著的混合效应, 而混合效应的方向(正或负)可能是十分复杂的。     

内蒙古典型草原克氏针茅与冰草的生存策略

在内蒙古自治区多伦县中科院植物所生态恢复试验站,选择优势种克氏针茅(Stipa krylovii) 和冰草（Agropyron cristatum）,使用Li-6400便携式光合测定系统观测光合生理生态特征的生长季变化(DOY155-265)。结果表明：水分是本区域植物生长的最重要的限制因子。冰草与针茅受5cm和20cm表层土壤含水率的影响较大。水分是本区域植物生长的最重要的限制因子。冰草与针茅受5cm和20cm表层土壤含水率的影响较大。植物的光合速率和蒸腾速率受自身的气孔导度限制,光合速率和蒸腾速率随气孔导度的增大而增大,冰草这一特征较为明显,即冰草对环境响应更为敏感。作为优势种冰草和针茅的生态适应策略并不相同,针对当地现有环境条件,针茅更具生存优势。随着全球环境变化,干旱胁迫对草原生态系统产生了重大影响,使得这些地区成为响应环境变化的敏感区域,通过对半干旱温带草原优势种克氏针茅和冰草对光、水等环境资源的利用及之间的关系研究,有助于我们对全球环境变化提出本区域合适的应对策略。     

放牧对荒漠草原克氏针茅种群和土壤生态化学计量特征的影响

该研究选取内蒙古荒漠草原,设计无牧区(NG)、中度放牧(MG)、重度放牧(HG)3个处理,测定分析不同放牧强度处理5年后,优势植物克氏针茅以及土壤的C、N、P营养元素的化学计量特征及其协同关系,以揭示放牧生态系统养分循环的影响机制,为区域草地的利用以及修复提供理论依据。结果表明:(1)轻度放牧下荒漠草原的物种多样性均显著高于中度和重度放牧条件(P<0.05)。(2)土壤中C、N含量以及C∶N、N∶P、C∶P,均随着放牧强度的增加呈先升高后降低的变化趋势,土壤P含量随放牧强度的增加而升高。(3)随放牧强度增加,克氏针茅地上部分C含量降低,N、P含量以及N∶P先升高后降低,C∶P则先减少后升高;克氏针茅地下部分的C、N含量以及N∶P一直呈增加的趋势,P含量先减少后升高,而C∶N、C∶P则是与P含量规律相反。(4)与地上部分各元素含量相比,克氏针茅地下部分各元素含量及其比值与土壤中各元素含量的相关性更高,说明放牧条件下荒漠草原优势植物的根系与其所处的土壤环境具有一定的协同变化能力。     

Genetic comparisons between seed bank and Stipa krylovii plant populations

The soil seed bank represents the potential plant population since it is the source for population replacement. The genetic structure of a Stipa krylovii (Roshev.) plant population and its soil seed bank was investigated in the Xilinguole Steppe of Inner Mongolia using random amplified polymorphic DNA (RAPD) analyses. The population was sampled at two sites that were in close proximity to each other (0.5 km apart). Thirty plants and 18 seed bank samples were taken from each site to determine the genetic diversity between sites and between sources (plant or seed). The material was analyzed using 13 primers to produce 92 loci. Eighty-six were multi-loci, of which 23 loci (26.74%) of allele frequencies showed significant differences (P < or = 0.05). The genetic similarity between two seed bank sites was 0.9843 while the genetic similarity between two plant sites was 0.9619. Their similarities were all greater than that between the seed bank and plant populations. An analysis of their genetic structure showed that 87.86% of total variation was derived by two-loci. Genetic structures between plant and soil seed bank populations in S. krylovii were different due to the variance of mean gametic disequilibria and mean gene diversity. AMOVA results showed that the majority of variance (88.62%) occurred within sites, 12.75% was from between-groups. Further research is needed to investigate the selective function in maintaining the genetic diversity of Stipa krylovii plant populations.     

Precipitation regulates plant gas exchange and its long-term response to climate change in a temperate grassland

Aims Climate change largely impacts ecosystem carbon and water cycles by changing plant gas exchange, which may further cause positive or negative feedback to global climate change. However, long-term global change manipulative experiments are seldom conducted to reveal plant ecophysiological responses to climatic warming and altered precipitation regimes.Methods An 8-year field experiment with both warming and increased precipitation was conducted in a temperate grassland in northern China. We measured leaf gas exchange rates (including plant photosynthesis, transpiration and instantaneous water use efficiency [WUE]) of two dominant plant species (Stipa sareptana var. krylovii and Agropyron cristatum) from 2005 to 2012 (except 2006 and 2010) and those of other six species from 2011 to 2012.Important findings Increased precipitation significantly stimulated plant photosynthetic rates (A) by 29.5% and 19.9% and transpiration rates (E) by 42.2% and 51.2% for both dominant species S. sareptana var. krylovii and A. cristatum, respectively, across the 8 years. Similarly, A and E of the six plant functional types were all stimulated by increased precipitation in 2011 and 2012. As the balance of A and E, the instantaneous WUEs of different plant species had species-specific responses to increased precipitation. In contrast, neither warming nor its interaction with increased precipitation significantly affected plant leaf gas exchange rates. Furthermore, A and E of the two dominant species and their response magnitudes to water treatments positively correlated with rainfall amount in July across years. We did not find any significant difference between the short-term versus long-term responses of plant photosynthesis, suggesting the flexibility of leaf gas exchange under climate change. The results suggest that changing precipitation rather than global warming plays a prominent role in determining production of this grassland in the context of climate change.     

RAPD analysis of genetic diversity and population genetic structure of Stipa krylovii Reshov. in Inner Mongolia steppe

Random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis was used to characterize the genetic diversity and population genetic structure of Stipa krylovii populations in Inner Mongolia steppe of North China. Thirteen 10 bp oligonucleotide primers, which generated 237 RAPD bands, were used to analyze 90 plants of five populations from three regions, meadow steppe, typical steppe and desert steppe, from the east to the west. The genetic diversity of Stipa krylovii that was revealed by observed number of alleles (na), expected number of alleles (ne), Nei's diversity index (h), Shannon's diversity index (H), amplificated loci, polymorphic loci and the percentage of polymorphic loci (PPB) increased from the east to the west. The Pearson's correlation analysis between genetic diversity parameters and ecological parameters indicated that the genetic diversity of Stipa krylovii was associated with precipitation and cumulative temperature variations along the longitude (humidity were calculated by precipitation and cumulative temperature). Dendrogram based on Jaccard's genetic distance showed that the individuals from the same population formed a single sub-group. Although most variation (56.85%) was within populations, there was high genetic differentiation among populations of Stipa krylovii, high differentiation within and between regions by AMOVA analysis. Either Nei's unbiased genetic distance (G(ST)) or gene flow (Nm) among pairwise populations was not correlated with geographical distance by Mantel's test (P > 0.05), suggesting that there was no consistency with the isolation by distance model in these populations. Natural selection may have played a role in affecting the genetic diversity and population structure, but habitat destruction and degradation in northern grassland in China may be the main factor responsible for high genetic differentiation among populations, within and among regions.     

围栏封育和自由放牧对克氏针茅草原植被空间异质性的影响

群落组成结构的异质性是群落动态的主要属性。本研究采用样线、样方调查方法,基于物种频度与幂函数法则,分析了内蒙古克氏针茅草原围栏封育和自由放牧条件下群落物种结构与空间异质性的变化。结果表明:在围栏外和围栏内不同利用方式下,物种均呈现集中分布;从水分生态型、生活型、生育型、种子传播型和植物科属等不同功能群类别来看,旱生植物和中旱生植物广泛分布,生活型以多年生草本植物为主,依靠重力传播种子的植物占有相对较大的比例,达到60%以上,禾本科、百合科、菊科和豆科等适牧植物具有相对优势;在围栏保护状态下,物种多样性增加,群落异质性降低,放牧退化草原开始向群落状况良好的草原类型演替。     

内蒙古荒漠草原主要草食动物食性及其营养生态位

为探讨荒漠草原主要食草动物(绵羊、达乌尔黄鼠和亚洲小车蝗)的食性及其种间生态位变化与草原退化的关系,以内蒙古苏尼特右旗荒漠草原为研究对象,于2003年7-8月运用饱和链烷技术研究小针茅群落不同放牧强度下绵羊、达乌尔黄鼠和亚洲小车蝗的食性及其生态位变化.结果表明:随牧压的增大,群落中小针茅数量显著减少,猪毛菜比例随着增加;绵羊、达乌尔黄鼠、亚洲小车蝗3种食草动物的主要食物均来源于猪毛菜,且采食比例随牧压增大而递增;3种食草动物对牧草的选择性指数随牧压的变化而变化,双齿葱和多根葱优先被采食;三者生态位重叠程度很高且生态位宽度随牧压的增加而变窄.重度放牧改变了小针茅群落的植物组成,使其演替为猪毛菜群落,3种食草动物对草地资源存在激烈的竞争,因此,控制鼠、虫的种群密度,防止鼠、虫害的发生对保证放牧家畜的食物安全具有十分重要的现实意义.     

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