气候变暖对内蒙古羊草草原建群种的影响

通过对锡林郭勒盟锡林河流域羊草草原地区1981～1994年14年的温度观测和植被调查数据的逐年滑动平均处理,分析该地区气候和植被随时间的动态变化特征.结果表明,内蒙古羊草草原地区的气温在研究期内具有高低温变化不对称的特点,表现为全年最低温升高明显,最高温和平均温升高不明显.羊草草原的建群种羊草和大针茅对气温变化有不同的响应,最优建群种羊草的重要值和地上初级生产力随着最低温的升高有明显的下降趋势,次优建群种大针茅的重要值和地上初级生产力由于种间互补作用而略有升高.可以认为,如果这种趋势继续下去,大针茅有可能代替羊草,成为群落的最优建群种,使得群落的结构和功能发生改变.在研究与模拟羊草草原对温度变化的响应时,研究不同温度因子和年温度不同时段的变化特征,以及不同物种之间的竞争关系,有助于认识单个种群和整个生态系统对全球变化响应的机理.     

不同群落中米氏冰草和羊草的年龄结构动态

米氏冰草和羊草都是根茎型禾草,是典型的无性系植物。采取单位面积挖掘取样法,对呼伦贝尔沙地植被次生演替过程中的米氏冰草和羊草种群分株年龄结构进行调查。结果表明,在单生和混合群落中,米氏冰草分株分别由3和4个年龄级组成,羊草均由2个年龄级组成;米氏冰草分株数量和生物量年龄结构变化基本一致,即随着生长年限的延长,呈减少低龄级和增加高龄级比例的趋势,使单生群落中始终为增长型,但接近于稳定型,混生群落中由增长型变为稳定型。羊草分株数量和生物量年龄结构在连续2a均为明显的增长型。羊草各龄级平均单株生产力均高于米氏冰草,平均是米氏冰草的5.2倍。米氏冰草和羊草种群分株年龄结构的变化,蕴含着米氏冰草种群的优势地位将被羊草种群取代的趋势。     

草原沙漠化过程中植物叶面积的变化及其与土壤因子的关系

在自然状态下,对沙质草原沙漠化过程中主要植物叶面积变化及其与土壤因子的关系进行了研究。结果表明:随着沙漠化加剧,羊草和糙隐子草的比叶面积在沙漠化初期(梯度Ⅰ)下降显著(P0.01),菊叶萎陵菜和冰草的比叶面积在沙漠化后期(梯度Ⅲ)下降显著(P0.05),寸草苔比叶面积下降不显著(P0.05),冷蒿比叶面积从沙漠化中、后期开始显著增加(P0.05),扁蓿豆比叶面积从沙漠化初期开始显著增大(P0.01);羊草、糙隐子草和冷蒿的叶面积指数总体上呈显著下降趋势(P0.01),扁蓿豆叶面积指数显著增加(P0.01);羊草、糙隐子草叶面积指数与土壤粘粒、C、N含量、土壤含水量呈显著正相关(P0.01),与土壤C/N比呈显著负相关(P0.01);冷蒿和扁蓿豆叶面积指数与土壤因子的相关性和上述二者正好相反(P0.05);在叶面积指数与土壤因子线性拟合中,糙隐子草叶面积指数与土壤C/N拟合最高(R2=1),其次是羊草叶面积指数与土壤含水量的拟合(R2=0.992),扁蓿豆叶面积指数与土壤C/N拟合最低(R2=0.268)。土壤C/N是影响草原沙漠化过程中共有种叶面积的关键因子(P0.05),其影响大小为糙隐子草羊草冷蒿扁蓿豆。     

退化羊草草原在浅耕翻处理后植物群落演替动态研究

 在中国科学院生态中心草原站利用统计方法研究了退化羊草（Leymus chinensis）草原浅耕翻后群落演替规律。通过对18年数据的分析,结果表明：由于过度放牧而退化的羊草草原在浅耕翻处理后群落密度恢复较快,尤其是羊草与处理前相比已有很大变化,从而使群落得到了恢复。群落植物种的多样性、均匀性指数在这18年中均呈抛物线状分布。羊草、冰草（Agropyron michnoi）、变蒿（Artemisia commutata）、黄蒿（A．scoparia）、星毛委陵菜（Ｐotentilla　acaulia）的生物量与多样性指数和均匀性指数有显著的相关性。羊草的相对密度在第五年达到最高水平,然后逐渐下降,自第十五年后羊草的相对密度基本趋于平衡,其重要值呈单峰型曲线。退化羊草草原18年恢复过程可划分为4个阶段：第一阶段（1～3年）为根茎禾草+一、二年生杂类草群落,第二阶段（4～9年）为纯羊草群落 ,第三阶段（10～13年）为羊草+冰草+多年生杂类草过度型群落,第四阶段（14～18年）为羊草+冰草+丛生禾草、多年生杂类草群落。经过处理后18年的恢复演替,退化群落仍未恢复到原生群落,演替将继续进行。     

典型草原建群种羊草对氮磷添加的生理生态响应

由于人类活动和气候变化的共同作用, 大气氮(N)沉降日益加剧, 使得陆地生态系统中的可利用性N显著增加, 生态系统更易受其他元素如磷(P)的限制。然而, 目前关于N、P养分添加对草原生态系统不同组织水平的影响研究较少, 相关机制尚不清楚。该文以内蒙古典型羊草(Leymus chinensis)草原为研究对象, 通过连续两年(2011-2012年)的N和P养分添加实验, 研究建群种羊草的生理生态性状、种群生物量和群落初级生产力对N、P添加的响应及其适应机制。结果表明: 羊草草原不同组织水平对N、P添加的响应不同。群落水平上, 地上净初级生产力在不同降水年份均受N和P元素的共同限制, N、P共同添加显著提高了地上净初级生产力; 物种水平上, N、P添加对羊草种群生物量和密度, 以及相对生物量均没有显著影响, 表明羊草能够维持种群的相对稳定; 个体水平上, 在正常降水年份(2011年), 羊草生长主要受N素限制, 而在湿润年份(2012年), 降水增加使得羊草生长没有受到明显的养分限制。羊草通过增加比叶面积、叶片大小和叶片N含量, 提高整体光合能力, 以促进个体生长。总之, 内蒙古典型草原群落净初级生产力受N、P元素共同限制, 作为建群种的羊草, 其对N、P添加的响应因组织水平而异, 也受年际间降水变化的影响。     

内蒙古典型草原几种不同植物的生长动态比较

选择内蒙古典型草原羊草 大针茅群落中的优势植物羊草、大针茅、冰草和冷蒿,采用多种数量化指标,分别比较一个生长季内的生长动态、绝对生长速率(AGR)、相对生长速率(RGR)。结果表明:植物地上生物量均呈S形增长,8月中旬达到最大值;主要生长季内受降水不足的抑制作用依次为羊草>冰草>大针茅>冷蒿。羊草和冰草AGR均呈双峰曲线,大针茅呈三峰曲线,冷蒿呈单峰曲线。生长主要集中在中前期,AGR大小依次为冷蒿(0.099g.株-1.d-1)>大针茅(0.029g.株-1.d-1)>羊草(0.003g.株-1.d-1)>冰草(0.002g.株-1.d-1)。RGR与AGR有相似的季节性变化,其中羊草、冰草、冷蒿RGR均呈单峰曲线,大针茅呈三峰曲线;生长季初期RGR均表现出最高,生长潜能较大,7月末至8月中旬呈现负值;4种植物的最大净积累效率依次为冷蒿(0.108g.株-1.d-1.g-1)>大针茅(0.064g.株-1.d-1.g-1)>羊草(0.055g.株-1.d-1.g-1)>冰草(0.042g.株-1.d-1.g-1)。不同生活型的生长曲线及生长速率均存在较大差异,但同属于根茎型的羊草和冰草生长动态曲线明显相似。     

内蒙古羊草草原植物群落地上初级生产力时间动态对降水变化的响应

植被生产力对水热因子的反应是气候 -植被关系研究的焦点之一。利用 1981～ 1994年的固定围栏样地植物群落调查数据及同期降水资料 ,分析了羊草草原群落地上初级生产力和降水的年际变化特征及植物群落地上初级生产力的时间动态与降水年际变化的相互关系。结果表明 ,羊草草原年降水以及月降水的年际波动明显 ;年内降水分配不均匀 ,降水集中分布于 6～ 8月份。月均降水以 7月份最高 ,基本呈对称分布。群落地上初级生产力年际间变化介于年降水与月降水的年际变化之间。影响群落地上初级生产力时间动态最显著的因子是植物生长周期内前一年 10月至当年 8月的累积降水 ,而与年降水和月降水无显著相关。群落地上初级生产力时间动态对累积降水波动的反应呈显著的二次曲线关系 ,与空间尺度上地上初级生产力与年降水呈线性相关关系不同。因此 ,降水波动对羊草草原地上初级生产力的影响是一个累积效应 ,确定对植物生长产生影响的有效降水时间对建立羊草草原生产力模型关系具有十分重要的意义。     

草原放牧系统实验研究初报

在内蒙古锡林格勒地区以冷蒿(Artemisia frigida)、糙隐子草(Cleistogenes squar-rosa)、冰草(Agropyron cristatum)和寸草苔(Carex duriuscula)等为主的典型草原放牧场上,以内蒙古细毛羊为对象,我们开展了草原放牧系统优化模式实验研究,旨在探     

降水差异对内蒙古温带草原植物根系和叶片功能性状的影响北大核心CSCD

植物能够调整叶片或根系功能性状的变化来适应气候变化,从而形成多样性的环境适应策略。该研究以内蒙古温带草原降水量存在差异的草原群落(较为湿润的多伦草原和较为干旱的正镶白旗草原)为研究对象,分别测定两个草原群落优势种(多伦20种和正镶白旗13种)和共有种(8种)的根系功能性状(根直径、比根长和根组织密度)和叶片功能性状(叶面积、比叶面积、叶干物质含量、叶碳含量、叶氮含量),分析根叶性状的变异规律及其关系,以探究草种对不同降水环境的适应策略,为不同降水区域草种的选择以及草原经营管理提供理论依据。结果显示:(1)随着降水量的变化,草种的根性状在两个群落间无显著差异,多伦草原植物的比叶面积显著高于正镶白旗草原,而叶干物质含量和叶碳含量则呈相反趋势;两个草原群落的单子叶禾草类植物根直径最小,比根长最大,叶干物质含量最高;单子叶百合科类植物的根组织密度最小,叶干物质含量和叶氮含量最低;双子叶非禾草类植物的根组织密度最大,比叶面积最高而叶面积最低。(2)随降水量的减少,两个群落共有种的叶面积、比叶面积降低,叶干物质含量和叶碳含量增加;其中,羊草、冰草、糙隐子草的直径增加,比根长和根组织密度降低,而猪毛蒿的直径和比根长则呈相反的趋势;糙隐子草、羊草、猪毛蒿的叶氮含量增加,冰草、克氏针茅叶氮含量降低。(3)主成分分析表明,单个草原或综合两个草原的植物根与叶性状几乎不相关。研究表明,单子叶禾草类植物的根系性状在降水变化中差异较为明显,而双子叶非禾草类植物基本没有变化;干旱对植物叶性状的影响大于根性状;在不同降水环境下,草原植物根系存在独特的资源获取方式,根与叶性状对环境变化的适应策略均具有独立性。     

长期不同施氮水平对草原植物群落结构的影响

为探讨施氮对贝加尔针茅草原植物群落结构的影响,该研究于内蒙古贝加尔针茅草原设置不同施氮水平0(N0)、15(N15)、30(N30)、50(N50)、100(N100)、150(N150)、200(N200)和300(N300)kg·hm-2·a-1,研究连续施氮9年后贝加尔针茅草原群落物种组成、重要值、多样性及生物量等指标对不同施氮水平的响应。结果表明:(1)长期施氮导致植物群落物种组成发生了明显的变化,在高浓度氮素添加量下群落物种数最低,但可显著提高优势种在群落中的重要值(P<0.05)。(2)长期施氮使贝加尔针茅草原植物多样性指数不同程度地降低,使优势度指数增加,其中N300添加水平效果最为明显(P<0.05)。(3)长期施氮使草原植被生产力(地上、地下生物量)整体呈先上升后下降的趋势,地上生物量在N100水平时出现峰值,地下生物量在N50水平时出现最大值(P<0.05),且根系分布具有明显的表聚特征(0~10 cm)。(4)RDA分析表明,寸草苔和狭叶柴胡地上生物量与土壤pH呈显著正相关关系(P<0.05);展枝唐松草和二裂委陵菜地上生物量与土壤有机质含量呈显著正相关关系(P<0.05)。研究认为,长期不同施氮水平均可改变贝加尔针茅草原群落物种组成,降低物种多样性,对植物群落结构有着明显的影响。     

无牧草原生态系统营养元素的生物地球化学特征

以内蒙古锡林河流域的两种优势草原群落羊草草原和大针茅草原为研究对象,探讨了中纬度地区未放牧情况下的草原生态系统植物营养元素的生物地球化学特征．结果表明,两类草原群落土壤-植物系统中土壤分室N、P、K、S、Ca、Mg、Si的贮量远大于植物亚系统的贮量,地上活体和枯草分室的各元素贮量小于根分室．在两类草原群落中,N、P、K、S从枯草分室中消失的速率要大于Ca、Mg和Si．羊草草原的枯草分室元素流失量大于大针茅草原．研究区草原生态系统中,羊革草原物质的生物地球化学循环近于平衡状态,大针茅草原处于失衡状态．物质循环量羊草草原远大于大针茅草原．     

内蒙古锡林河流域羊草草原净初级生产力及其对全球气候变化的响应

利用CENTURY模型对内蒙古锡林河流域羊草草原在未来气候变化以及大气CO₂浓度增高条件下的年地上净初级生产力(annual aboveground net primary productivity，ANPP)动态进行了模拟研究.结果表明：CENTURY模型可以较好地预测ANPP的变化.进一步的情景模拟发现，虽然全球气候变化所引起的温度和降水改变、以及大气CO₂浓度升高都会影响ANPP，但降水是关键的影响因子.多个全球气候模型(GCM) 预测该地区未来降水量会减少，故可能导致其ANPP降低，但在以下气候变化情景下研究区ANPP可能会升高：1)CO₂浓度倍增，温度升高2 ℃，降水保持不变或增加10%～20%；2)CO₂浓度保持不变，温度升高2 ℃，降水增加20%.气候变化将对内蒙古锡林河流域羊草草原产生显著影响.     

Press–pulse interactions: effects of warming,N deposition,altered winter precipitation,and fire on desert grassland community structure and dynamics

Global environmental change is altering temperature, precipitation patterns, resource availability, and disturbance regimes. Theory predicts that ecological presses will interact with pulse events to alter ecosystem structure and function. In 2006, we established a long‐term, multifactor global change experiment to determine the interactive effects of nighttime warming, increased atmospheric nitrogen (N) deposition, and increased winter precipitation on plant community structure and aboveground net primary production (ANPP) in a northern Chihuahuan Desert grassland. In 2009, a lightning‐caused wildfire burned through the experiment. Here, we report on the interactive effects of these global change drivers on pre‐ and postfire grassland community structure and ANPP. Our nighttime warming treatment increased winter nighttime air temperatures by an average of 1.1 °C and summer nighttime air temperature by 1.5 °C. Soil N availability was 2.5 times higher in fertilized compared with control plots. Average soil volumetric water content (VWC) in winter was slightly but significantly higher (13.0% vs. 11.0%) in plots receiving added winter rain relative to controls, and VWC was slightly higher in warmed (14.5%) compared with control (13.5%) plots during the growing season even though surface soil temperatures were significantly higher in warmed plots. Despite these significant treatment effects, ANPP and plant community structure were highly resistant to these global change drivers prior to the fire. Burning reduced the cover of the dominant grasses by more than 75%. Following the fire, forb species richness and biomass increased significantly, particularly in warmed, fertilized plots that received additional winter precipitation. Thus, although unburned grassland showed little initial response to multiple ecological presses, our results demonstrate how a single pulse disturbance can interact with chronic alterations in resource availability to increase ecosystem sensitivity to multiple drivers of global environmental change.     

东北羊草草原主要植物群落土壤过氧化氢酶活性的研究

东北羊草草原3种植物群落土壤过氧化氢酶活性的季节变化曲线基本都呈抛物线型,虎尾草群落季节变化幅度比羊草群落和碱茅群落大,造成这种现象的原因可能是“种子效应”,对不同土层度过氧化氢酶活性与环境因子的相关分析表明,土壤过氧化氢酶活性随着土层的加深而递减,并与降雨量和大气温度有较强的相关性,且受土壤温度和土壤含水量的协同作用,此外,土壤过氧化氢酶活性与地上植被明显相关,可以反映出植物群落的生长状态。     

内蒙古锡林河流域典型草原狭翅雏蝗种群动态与气象关系的研究

狭翅雏蝗是我国西北草原的重要害虫之一。在内蒙古锡林河流域典型草原,其种群发生与气象因素有着密切关系。一般冬暖和6月干旱有利于其种群发生;7—8月多雨及7月平均最低温度较高有利于提高种群存活率。 在强度放牧条件下,在锡林河流域,狭翅雏蝗主要发生地冷蒿群落和羊草群落,由于小地形和下垫面性质不同,具有不同的小气候条件。1984年的小气候观测表明:在6月,冷蒿群落土壤含水率低于羊草群落,相应的前者狭翅雏蝗种群密度高于后者;在7—8月,冷蒿群落的温度、相对湿度以及温度和相对湿度的日变幅均低于羊草群落,冷蒿群落对小气候的调节能力较羊草群落强,冷蒿群落狭翅雏蝗蝻的存活率高于羊草群落。     

内蒙古草原不同基因组大小植物对氮水添加的响应

被子植物基因组大小的种间差异巨大,约为2400倍.基因组大小与植物从细胞核到个体水平的一系列性状密切相关,进而影响植物对环境变化的响应.作为水分和养分共同限制的生态系统,内蒙古草原植物群落对氮素、水分有效性变化的响应具有明显的种间差异,这种差异可能与种间基因组大小不同有关.本研究利用流式细胞术测定了内蒙古典型草原水分、氮素添加实验平台植物的基因组大小,研究了不同基因组大小植物地上净初级生产力(ANPP)和物种丰富度对水分、氮素添加及其交互作用的响应.结果表明:基因组大小显著影响了不同植物ANPP对水分的响应,小基因组植物ANPP对氮水添加响应更敏感,加水和氮水共同添加显著增加了小基因组植物ANPP,而大基因组植物ANPP对所有处理响应均不显著.加氮对大小基因组植物ANPP都无显著影响.大小基因组植物的物种丰富度对氮水添加的响应也均不显著.基因组大小影响内蒙古草原不同植物ANPP对水分增加的响应.作为植物细胞核水平上十分稳定且种间差异巨大的物种性状,将基因组大小引入生态学研究将对全球变化背景下生态系统结构与功能变化研究起到重要作用.     

Divergent changes in plant community composition under 3-decade grazing exclusion in continental steppe

An understanding of the factors controlling plant community composition will allow improved prediction of the responses of plant communities to natural and anthropogenic environmental change. Using monitoring data from 1980 to 2009, we quantified the changes in community composition in Leymus chinensis and Stipa grandis dominated grasslands in Inner Mongolia under long-term grazing-exclusion and free-grazing conditions, respectively. We demonstrated that the practice of long-term grazing exclusion has significant effects on the heterogeneity, the dominant species, and the community composition in the two grasslands. The community composition of L. chinensis and S. grandis grasslands exhibited directional changes with time under long-term grazing exclusion. Under free grazing, the L. chinensis community changed directionally with time, but the pattern of change was stochastic in the S. grandis community. We attributed the divergent responses to long-term grazing exclusion in the S. grandis and L. chinensis grasslands to litter accumulation and changes in the microenvironment after grazing exclusion, which collectively altered the growth and regeneration of the dominant species. The changes in the grazed grasslands were primarily determined by the selective feeding of sheep during long-term heavy grazing. Overall, the responses of the community composition of the Inner Mongolian grasslands to long-term grazing exclusion and heavy grazing were divergent, and depended primarily on the grassland type. Our findings provide new insights into the role of grazing in the maintenance of community structure and function and therefore have important implications for grassland management.     

Importance of Seasonality for the Response of a Mesic Temperate Grassland to Increased Precipitation Variability and Warming

Timing of precipitation events within the growing season and the non-uniformity of warming might be decisive for alterations in productivity and community composition, with consequences for ecosystem functioning. The responses of aboveground production, community composition, functional group and species evenness to altered intra-annual precipitation variability and their interactions with winter or summer warming were examined in European, mesic temperate grassland. Increased precipitation variability with an induced spring drought resulted in a 17% reduction in ANPP, and late drought reduced ANPP by 18% compared to regular rainfall patterns throughout the entire growing season. Winter warming increased ANPP by 12%, whereas summer warming showed no significant effect on biomass but decreased species richness. The effects of increased precipitation variability and warming on ANPP were independent of each other. Forbs benefited from high precipitation variability with spring drought events, likely due to reduced competitive pressure by decreasing, water stressed grasses. Increased precipitation variability coinciding with higher summer temperatures led to reduced species evenness and likely promoted the establishment of specialists and drought-tolerant species. Seasonality of climatic factors, here early versus late drought events in the high precipitation variability treatments, was important in driving shifts in community composition but not for decreases in ANPP. Non-uniform warming, here winter versus summer, affected the direction of response of both community composition and ANPP. Variability of resources is affecting ecosystem processes and species interactions. Recognition of seasonality and non-uniformity of climatic factors will improve predictions of plant performance and biotic interactions in response to climate change.     

内蒙古典型草原物种组成和群落结构对长期放牧的响应

 该文比较研究了内蒙古羊草草原和大针茅草原放牧演替系列经过20 a (1985~2005年)放牧, 利用群落组成与结构的变化分析了这两个放牧演替系列上15个植物群落的变化趋势, 并依此探讨长期放牧对草原生态系统结构和功能的影响。结果表明: 在大针茅(Stipa grandis)牧压梯度系列上, 群落仍以大针茅群系为主, 冷蒿(Artemisia frigida)为建群种的群落消失; 在羊草(Leymus chinensis)牧压梯度系列上, 羊草和冷蒿不再是建群种, 被西伯利亚羽茅(Achnatherum sibiricum)、大针茅、冰草(Agropyron cristatum)和糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)所替代。综合两个牧压梯度系列的研究结果得出以下基本结论: 长期过度放牧进一步加速了草原群落的退化进程, 但退化草原具有较高的恢复弹性, 控制放牧使部分群落得到一定程度的恢复。同一植物群落时间变化, 或不同演替阶段的植物群落在空间序列上的位移程度主要取决于放牧史和利用强度。过去20 a中, 特别是2003年以来草原管理政策的改变并没有导致该区域草地的整体退化, 而是在一定程度上有利于草地的恢复。