呼伦贝尔草原不同草地利用方式下生物多样性与生物量的关系

生物多样性与生产力的关系是当前生态学中研究的重点之一,以呼伦贝尔草原为研究对象,通过连续两个生长季的野外监测,从草地植物功能型的角度探讨了在不同利用方式下草地物种丰富度与地上生物量的关系,结果表明：（1）不同草地利用方式显著影响草地生物多样性和生产力,在3种不同利用方式中,生物多样性总体的趋势是割草〉围封〉放牧,其中Shannon-Wiener指数、Simpson指数和物种丰富度均差异显著;割草草地地上生物量最高,围封草地次之,放牧草地最少。（2）将草地植物按照植物功能型分类,放牧草地1、2年生植物占优势,随着物种丰富度的增加,1、2年生植物生物量没有明显的变化趋势;割草草地以禾本科植物和非禾本科植物为主,随着物种丰富度的增加,禾本科植物生物量呈下降趋势,而非禾本科植物变化不明显;围封草地中禾本科植物占优势,其他功能型植物分布较均匀,多度、频度和生物量等差异不显著。（3）3种草地利用方式中只有围封草地物种丰富度和地上生物量存在显著的正相关,即随着物种丰富度的增加,生物量也随之升高。其他两种利用方式下,物种丰富度对地上生物量没有显著影响。     

不同干扰对黄土区典型草原物种多样性和生物量的影响

对黄土区典型草原进行封育+施肥(EF)、封育+火烧(EB)、封育(E)和放牧(G)处理,实地调查分析群落盖度、高度、密度、地上现存量和物种多样性,以研究不同干扰对黄土区典型草原群落物种多样性和生物量的影响.结果表明:在4种干扰类型中,施肥+封育草地群落盖度和地上生物量最高,且优势度指数最高,这与禾本科草占优势地位有关,群落均匀度指数和多样性指数最低,符合“生态位理论”;放牧地群落高度、盖度、密度和地上现存量最低,群落丰富度指数和多样性指数最高,支持“中度干扰理论”;封育地密度和均匀度指数最高;具体表现为:4种干扰类型地上生物量的变化趋势为封育+施肥＞封育+火烧＞封育＞放牧;说明长时间的封育对草地是一种严重干扰.群落丰富度指数(R和Ma)的排列顺序为放牧＞封育+施肥＞封育+火烧＞封育,群落物种多样性指数(H'和D)的排列顺序为放牧＞封育＞封育+火烧＞封育+施肥,优势度指数与多样性指数相反,群落均匀度指数(Jsw和Ea)的排列顺序为封育＞放牧＞封育+火烧＞封育+施肥.不同干扰样地群落生产力与Shannon-Wiener和Simpson 多样性指数间呈负相关关系,这个结论可以用地上/地下竞争的相互作用来解释.     

放牧强度对草甸草原生产力和多样性的影响

采用比较样地法研究了不同放牧强度对羊草草甸草原群落多样性和生产力的影响。结果表明:α多样性指数随放牧强度的增加表现为先增加后降低的趋势,其值在轻度放牧区最大,支持了"中度干扰理论";β多样性指数随放牧强度的增加而变大;不同放牧强度的草地植物种类相似性变差、草地地上净初级生产力与Alatalo均匀度指数具有显著的线性相关性(P0.05);放牧和气候对草地地上净初级生产力均有较大的影响,但二者的互作效应不显著(P0.05);不放牧不能持续维持草地的健康状况,但健康的草地状况可以有效地缓冲放牧和气候干扰,并能够维持较高的草地生产力和生物多样性。     

青藏高原东缘封育和退化高寒草甸种子库差异

采用幼苗萌发法研究了青藏高原东部高寒草甸封育和退化地区土壤种子库的差异.结果表明:(1)两个样地总共有10161株幼苗萌发,分属55个物种,23个科.封育样地多年生植物比例高于退化样地,禾草和单子叶植物比例在两个样地间差异不大.(2)退化样地土壤种子库种子密度((6105±1530) m-2)显著高于封育样地((3883±798) m-2),而物种丰富度差异不显著.所研究区域拥有较为丰富的种子库资源,退化地区资源更丰富,说明恢复不存在种子限制问题,土壤种子库可以成为植被恢复的潜在资源.(3)种子密度和物种丰富度在垂直分层上差异显著,且随着深度的增加而显著减小.(4)用Srensen coefficient指数计算出土壤种子库和地上植被之间的相似性在整体上较低,封育样地(45.3%)略高于退化样地(40.4%),两个样地地上植被之间的相似性为50%,而种子库之间相似性高达84.6%,说明种子库起到一个"缓冲器"的作用.(5)Shannon-Wiener多样性指数分析显示,无论在地上植被或种子库中,物种多样性都是封育样地显著高于退化样地.过度放牧不仅导致地上植被的生物多样性丧失,而且使种子库中的物种多样性降低,而封育管理可以维持地上植被和种子库中的物种多样性.     

围栏封育对黄河源区斑块化退化高寒草甸碳交换及其组分的影响

为明确围栏封育对斑块化退化高寒草甸净生态系统碳交换(NEE)不同组分的影响，本研究选取青藏高原黄河源区斑块化退化高寒草甸进行围封试验，设置4个围封年限(1、2、5、11 a)和1个正常放牧对照，研究NEE及组分对不同围封年限的响应。结果表明，围封5 a退化高寒草甸总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(ER)显著大于正常放牧、围封1 a、2 a和11 a,围封2 a和5 a退化高寒草甸NEE显著小于正常放牧、围封1 a和11 a样地(P<0.01),其他NEE组分对不同围封年限的响应情况不一致。植被自养呼吸(Ra)、根系呼吸(Rr)和土壤异养呼吸(Rh)占ER的比例在不同围封年限间差异显著(P<0.01)。此外，土壤温度与NEE呈二次曲线的关系，与ER以及除Rh以外的其他呼吸组分呈指数关系，土壤含水量与NEE、GPP、ER、土壤呼吸(Rs)、Ra、Rr呈线性关系(P<0.05)。全氮、全磷、生物量和NEE及组分存在显著的相关关系。说明围封5 a能显著提高退化草地的土壤养分和固碳功能，并能维持草地生产力，无需进行长期围封。     

放牧对鄂尔多斯高原油蒿草场生物量及植被-土壤碳密度的影响

以围封保护和自由放牧油蒿草场为研究对象,通过野外调查与室内分析,研究了围封和放牧条件下沙地草场生物量和植被-土壤碳密度。结果表明:(1)自由放牧使油蒿群落中植物种类增加,但降低了植物群落盖度。自由放牧不仅导致油蒿草场地上、地下总生物量降低,也使得油蒿地上、地下生物量占群落地上、地下总生物量的比例减小。生长季自由放牧样地凋落物生物量显著大于围封保护样地(P0.05);(2)围封保护样地植被碳密度大于自由放牧样地,土壤碳密度却小于自由放牧样地,但两个样地间差异不显著(P0.05);(3)油蒿草场90%以上的碳储存于土壤中,围封保护样地和自由放牧样地油蒿草场土壤碳密度占植被-土壤系统碳密度的91%、93%;(4)围封保护油蒿草场碳密度为2.29 kg/m2,自由放牧油蒿草场碳密度为2.68 kg/m2,两个样地间差异不显著,自由放牧对油蒿草场碳密度影响不大。     

放牧强度对短花针茅荒漠草原甲虫群落分布格局的影响

放牧对脆弱的荒漠草原生态系统有着重要影响,且随放牧强度及持续时间不同而变化。鞘翅目昆虫是环境监测与生物多样性变化的指示生物。利用巴氏罐诱法对短花针茅荒漠草原不同放牧强度草地的甲虫群落组成和多样性进行调查,探究放牧对荒漠草原甲虫群落的影响。结果表明:(1)步甲科、金龟科为短花针茅荒漠草原甲虫群落优势类群,埋葬甲科、芫菁科、拟步甲科和花金龟科为常见类群。(2)放牧强度增加不利于维持更多的捕食性甲虫;对照和轻度放牧样地可维持更多的腐食性甲虫。(3)甲虫数量随放牧强度增加而递减;群落多样性以重度放牧草地最大,轻度放牧草地最小;群落优势度为对照、中度、重度显著高于轻度放牧草地。各甲虫类群在不同放牧强度草地出现时间、高峰期均不同。(4)对照、轻度、重度放牧样地的甲虫优势类群群落结构不同于其他生境,但均与中度放牧样地存在相似性。轻度、中度、重度放牧样地的甲虫稀有类群群落结构不同于其他生境,但均与对照样地存在相似性。(5)甲虫群落个体数与植物群落物种丰富度、盖度、植物平均高度、生物量呈显著正相关。Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数均与植物群落物种丰富度、生物量显著负相关。研究结果为荒漠草原甲虫多样性保护提供参考依据。     

长期围封和自由放牧对高寒草甸土壤微生物群落结构及碳源代谢多样性的影响

土壤微生物群落结构和代谢多样性对于维持草地生态系统的功能和稳定性具有重要意义.本研究运用磷脂脂肪酸法(PLFA法)和Biolog微平板技术,研究了青藏高原长期围封和自由放牧2种草地利用方式下的土壤微生物群落结构和群落碳代谢多样性的差异以及影响机制.结果表明: 1)长期围封和自由放牧草地上的土壤微生物群落结构和碳代谢多样性存在显著差异;2)长期围封显著增加了土壤中总PLFA、细菌、真菌和放线菌生物量;3)长期围封草地土壤微生物的碳代谢活性、多样性和丰富度高于自由放牧草地,而均匀度低于放牧草地;4)与自由放牧相比,长期围封显著增加了土壤微生物对聚合物类、糖类、羧酸类、胺类碳源的利用;5)冗余分析表明,植被盖度显著影响了微生物的群落结构和碳代谢多样性.长期围封草地的土壤微生物量、碳代谢多样性指数和丰富度均高于自由放牧土壤,表明长期围封有利于提高草地生态系统中土壤微生物群落及其对碳源代谢的多样性.     

围封对元江稀树灌草丛林下植被物种组成及生物量分配的影响

以元江干热河谷稀树灌草丛植被为对象,通过设置围封与自由放牧两种处理,对稀树灌草丛林下植被物种组成、多样性指数及生物量进行了研究,以探明两种处理下稀树灌草丛林下植被群落结构的变化趋势及林下植被生物量的分配特点。结果表明:围封显著增加了林下灌木和草本的高度、盖度和生物量(P0.05);但降低了物种多样性指数。相比放牧样地,围封对灌木地下/地上生物量之比的影响不明显(P0.05),但围封显著提高了灌木的枝叶生物量比(P0.05);同时,围封还降低草本的地下/地上生物量比(P0.05),这是植物通过改变自身的资源分配,以应对干扰等不利环境对自身发育的影响,是一种适应性机制。总之,围封对植被的恢复是有效的,但适当的干扰对维持生态系统稳定和群落演替是有利的。     

刈割、围封、放牧三种利用方式下草原生态系统的多功能性与植物物种多样性之间的关系

随着全球变化对生物多样性的影响不断加剧,生物多样性与生态系统功能之间相互关系(BEF)的研究显得极为重要。过去的20多年,BEF的研究大多集中在对物种多样性与单一或少数生态系统功能之间关系的探讨,但生态系统最为重要的价值是同时维持多种服务和功能的能力,基于此,该文首次在国内引入近年来不断完善的生态系统多功能性(multifunctionality)的概念,并对目前主流的评价方法进行了改进,从而对内蒙古三种利用方式(刈割、围封、放牧)下的草地群落进行了多功能性评价,并探讨了多功能性与物种多样性之间的关系。结果显示本研究改进的方法和目前主流方法评价得出的多功能性指数在样方和样地尺度上都有很高的相关性(R~2=0.695 6,p0.000 1;R~2=0.923 1,p0.000 1),表明该文作者改进后的方法是可靠的。重度放牧的草地群落物种多样性水平最低,绝大多数土壤功能指标较差,表现出退化特征;7年的围封和刈割群落均有较高的物种多样性水平和改善的土壤功能指标;三者的多功能性指数为刈割(0.217 8)围封(0.070 4)放牧(–0.803 1)。植被样方主要沿水肥梯度分布;多样性指数中,均匀度指数(Pielou index)和丰富度指数(Margelf index)对多功能性的影响作用最大,均为样方尺度(R~2=0.187 1,p0.000 1;R~2=0.160 1,p0.000 1)小于样地尺度(R~2=0.592 1,p=0.009 3;R~2=0.749 9,p=0.000 7),有尺度依赖性;多功能性在样方和样地尺度上均与物种均匀度呈线性正相关关系,而与物种丰富度呈单峰曲线关系。该文研究结果表明,相对于重度放牧和围封,刈割更有利于维持该地区生态系统的多功能性;物种丰富度适中且物种分布均匀的生态系统可能有更好的多功能性。     

Effect of grazing on community structure and productivity of a Uruguayan grassland

Grasslands and their grazers provide some of the most compelling examples for studying the relationship between diversity, productivity, and disturbance. In this study, we analyzed the impact of grazing-induced changes in species composition and community structure upon the productivity of a grassland in the Campos region, Uruguay. We compared three treatments: a continuously grazed area, a 9-year old exclosure to domestic herbivores, and grazing-simulated plots inside the exclosure, which were clipped so that their standing biomass resembled that of the grazed area. We studied the community composition of the grazed and ungrazed situations, and determined biomass and above-ground net primary production (ANPP) of the three treatments during 1 year. Grazed plots had higher species richness and diversity than the exclosure. Grazing resulted in the replacement of some cool-season, tussock grasses by warm-season, prostrate grasses. ANPP was 51% higher under grazing than in the exclosure, but the grazing-simulated plots inside the exclosure were the most productive treatment, 29% higher than the grazed plots. Thus, two components of grazing effect may be postulated for this grassland. The structural component resulted in higher ANPP, probably due to the elimination of standing dead biomass. The species composition component resulted in lower ANPP once the structural component was controlled, probably due to the shift to warm-season phenology and prostrate habit. Our findings contrast with a similar experiment carried out in the neighbouring Flooding Pampa region, which suggests that the relationship between grazing and community structure and function is difficult to generalize.     

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。     

放牧干扰下高寒草甸物种、生活型和功能群多样性与生物量的关系

为明晰放牧强度对高寒草甸物种、生活型以及功能群多样性和生物量的时间累积作用以及对多样性与生物量之间相互关系的影响。选择青藏高原东北缘高寒草甸,在6个放牧强度样地连续4 a(2012—2015)进行物种、生活型、功能群多样性和生物量调查。采用重复测量方差分析和线性回归法分析放牧强度和放牧年份对物种、生活型、功能群多样性以及多样性与生物量之间的相关关系的影响。结果表明:(1)放牧强度和放牧年份均对生物量产生显著影响。随放牧强度增加,生物量显著降低。但随放牧年份延长,不同放牧强度区生物量无一致的变化规律。(2)放牧年份对物种、生活型和功能群丰富度、均匀度和优势度的影响均达到显著水平。但放牧强度和放牧年份只对物种丰富度产生交互作用,放牧强度对物种丰富度的影响具有时间的累积效应。(3)放牧干扰下不同层次多样性,仅物种丰富度与所有多样性指数显著相关,物种丰富度可以作为物种多样性测度的代表性指标。(4)多样性与生物量关系的研究,对丰富度而言,仅低放牧强度样地(Plot2)中物种丰富度随生物量增加而显著降低,其余放牧强度样地的物种、生活型和功能群丰富度均与生物量无关。对均匀度而言,高放牧强度样地(Plot4、Plot5、Plot6)生活型均匀度随生物量的增加而显著降低。对优势度而言,高放牧强度样地生活型优势度随生物量的增加而显著增加。生活型多样性可作为放牧干扰下生物量变化快速预测的有效指标。     

Restoration of native vegetation following exclosure establishment on communal grazing lands in Tigray,Ethiopia

Questions: Is plant species richness, diversity and above‐ground standing biomass enhanced after establishing exclosures on communal grazing lands? What factors influence the effectiveness of exclosures to restore degraded native vegetation in Tigray, Ethiopia? Location: Northern Ethiopia. Methods: We used a space‐for‐time substitution approach to detect changes in plant species richness, diversity and above‐ground standing biomass after conversion of communal grazing lands to exclosures. We selected replicated (n=3) 5‐, 10‐, 15‐ and 20‐year‐old exclosures and paired each exclosure with an adjacent communal grazing land to ensure that soil and terrain conditions were as similar as possible among each pair. Results: All exclosures displayed higher plant species richness, diversity and biomass than the communal grazing lands. Differences in plant species richness and biomass between an exclosure age and adjacent communal grazing land were higher in oldest than in youngest exclosures. In exclosures, much of the variability in plant species composition and biomass was explained by a combination of edaphic (total nitrogen, phosphorus, texture and soil pH) and site (precipitation and altitude) variables (R²=0.72–0.82). Edaphic and site variables also explained much of the variability in plant species composition in communal grazing lands (R²=0.76–0.82). Our study shows that all exclosures are at an early stage of succession. The increase in economically important indigenous shrub and tree species with exclosure age suggests that, with time, a valuable afromontane forest may develop. Conclusions: Establishment of exclosures on communal grazing lands is a viable option to restore degraded native vegetation. However, before expanding exclosures, the ecological consequences of additional exclosures should be investigated as further expansion of exclosures could increase grazing pressure on remaining grazing areas. Furthermore, consideration of edaphic and site variables will help optimize selection of areas for establishment of exclosures and enhance natural regeneration in exclosures in the future.     

短期围栏封育后再利用对草地植物群落的影响

短期围栏封育后再适度利用是当前生态治理工程中使用较多的草地恢复措施,明确其实施效果对后续生态工程的优化调整具有重要意义。目前关于围栏封育和放牧对草地影响的研究较为丰富,但鲜有研究探讨短期围栏封育后再利用对草地的长期影响。以京津风沙源工程2002—2005年间在锡林郭勒地区实施的围栏封育地块为研究对象,通过配对采样调查和遥感数据分析,开展围栏封育期和重新放牧利用期连续近20年的草地植物群落变化研究。结果表明,草地植被高度、覆盖度和地上生物量在3年的围栏封育期内迅速增加,重新放牧利用后这些指标虽有所下降但仍显著高于持续放牧草地,并最终达到稳定状态。2002—2020年间短期围栏封育后再利用地块的植被覆盖度(FVC)整体上呈不显著的增加趋势、净初级生产力(NPP)呈显著增加趋势,FVC和NPP呈增加趋势的地块比例在温性草甸草原区、温性荒漠草原区和温性草原区依次减少。总的来说,3年的围栏封育后再放牧利用对草地植物群落具有一定的恢复作用。     

放牧扰动下高寒草甸植物多样性、生产力对土壤养分条件变化的响应

为了揭示高寒小嵩草草甸群落在放牧扰动下,探讨土壤养分供给水平的变化对生态系统初级生产力和多样性影响,为高寒草地的退化演替机理研究提供依据,以野外样地调查和室内分析法研究了放牧扰动下高寒草甸植物多样性、生产力对土壤养分条件变化的响应.结果表明,放牧干扰不仅改变了高寒小蒿草草甸群落土壤根系和蕴育土壤根系的"载体"量及根土比例,改变了植物群落的结构和功能,而且使土壤的物理和化学特性发生了明显的改变.随着放牧强度的增加,蕴育土壤根系的基质量逐渐减少,根土比特别是0～10 cm土层的根土比例增加;"载体"量减少导致大部分地下根系由于营养供给水平的降低而死亡,归还土壤中有机质的数量逐渐减少,加之地上部分持续利用,土壤养分也在不断消耗,土壤基质量的减少和土壤资源持续供给能力的下降,草地发生逆向演替(退化),表现在:物种数减少、多样性下降、能量的分配转向地下等;土壤性状上的某些改变(土壤容重、土壤湿度等),也会引起植被组成、物种多样性变化;放牧主要通过影响土壤环境及其养分含量来改变草地群落生物量(地上、地下);土壤表面的适度干扰和原有植物的适度破坏为新成员提供了小生境,从而允许新的植物侵入群落,并提高了植物的丰富度.但是,在受到强度干扰时,草地植物群落的主要物种的优势地位发生明显的替代变化.     

黄土高原半干旱区退化草地恢复与利用过程研究

草地退化表现为土壤和植被遭到彻底破坏,草地演替过程受到强烈抑制.实验采用长期(30年)封禁措施,定位监测退化草地从次生半裸地演变为近似原生植被(进展演替)的变化过程.结果表明,随着封禁时间的变化,退化草地恢复演替经历了4个阶段,群落盖度、植株密度、物种丰富度和多样性指数、地上生物量和地下生物量在草地群落恢复过程中逐渐增加,其特征变化出现的峰值均在封禁第20年(地下生物量峰值在第15年),其中地上生物量最高达520.5 g/m2;直到封禁的第20~25年,以本氏针茅为建群种的草原群落衰败退化现象明显,而大针茅种群密度剧增;在封禁的第26年以上以大针茅为优势的群落生长较为稳定,从目前群落演替进程看,大针茅有替代本氏针茅的趋势.另外,在草原沟道两侧以斑块状聚集分布有中旱生灌木,群落的演替进入了一个新的阶段.随着封禁时间的延续,退化草地从自然封禁恢复的0~26年,通过侵入-竞争-扩散-定居的几个演替阶段,目前形成以大针茅为建群种相对稳定的"亚顶级".虽然草地生物量有一定下降,但草地质量提高,物种多样性丰富,促进草地的进展演替.草地植物群落主要由禾本科、豆科和菊科组成;多年生植物、C3和旱生物种可以作为草地演替过程和植被恢复的指示物种.长期封育对草地物种更新和生态系统稳定性有负面影响,因此,合理的封育时间是草地生态恢复中非常重要的一个因素.本研究提出,在黄土区退化草地封育10~15年后可以开始进行合理的利用,例如通过两年一次刈割和轻度放牧(2只羊/hm2).本研究可为干旱区、半干旱区相似的退化草地恢复提供理论依据.     

阿尔泰山两河源牧区草地群落生物量及物种多样性

群落生物量和物种多样性是表征草地生态系统数量特征的重要指标。该研究以新疆阿尔泰山南麓两河源放牧区草地为研究对象,利用样方法对两河源不同放牧区的草地植被进行调查,分析研究区生物量和物种多样性变化,探讨二者与环境因子之间的关联性,为草地群落物种保护以及草地可持续利用提供理论依据。结果表明：(1) 两河源不同牧区间群落盖度、高度、植株密度、地上生物量和单位盖度生物量存在差异。(2) 两河源牧区草地群落地上生物量与群落盖度、植株密度呈显著正相关关系(P<0.05),且地上生物量主要受草地群落盖度的影响;不同牧区的物种多样性指数有一定差异,但物种分布相对均匀。(3)两河源牧区草地群落生物量及物种多样性主要受气温和降水的影响。