草地利用方式对草甸草原植被空间异质性的影响

研究不同利用方式下植物群落中物种的分布特征,有助于解释植物在不同利用方式干扰下的演替规律。本研究以内蒙古呼伦贝尔草甸草原为研究对象,通过野外调查,基于幂函数法则,探讨围封、放牧和刈割利用方式下草地植被物种分布状况和群落整体空间分布的变化。结果表明:在放牧和刈割利用及围封下,草甸草原植被物种分布规律符合幂函数法则;与围封相比,放牧增加了群落整体的空间分布异质性,而刈割则降低了这种变化,刈割和放牧草地物种异质性指数高于群落整体异质性指数的物种增多;物种出现频率发生变化,如对糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)种群而言,围封地中糙隐子草的出现频率为0.010,刈割和放牧增加了糙隐子草的出现频率(0.151和0.521),刈割和放牧降低了狭叶青蒿(Artemisia dacunculus)的出现频率(0.132和0.028)。     

不同利用方式下内蒙古典型草原群落物种相互关系的年际变化

放牧和刈割作为内蒙古草原主要利用方式,对大针茅群落演替以及建群种更替有着重要影响。以内蒙古典型草原大针茅群落为研究对象,2013—2015年连续3年对放牧和刈割两种利用方式下大针茅群落小尺度格局进行定点观测,其中,2014年气候极端干旱且温度较高;运用Ecosim7.72软件计算C-score和V-ratio来反映群落物种间相互作用关系,并分析相互作用关系的年际变化以及影响因素。结果表明:(1)2013年和2015年温度和降水与该区域年均值比较接近,放牧和刈割两种利用方式下群落植物间相互作用关系均为竞争;(2)2014年为极端干旱和高温的年份,放牧和刈割两种利用方式下群落植物间相互作用的值或方向发生了很大变化,其中,放牧利用加剧植物间的竞争,而刈割利用方式下植物间相互作用为促进。(3)所得结果表明气候波动是影响群落物种间相互作用的主要因素,而在极端年份,利用方式会影响群落物种间相互作用的方向和大小,这不仅为胁迫梯度假说的完善提供了实验数据,而且可为该区域草原的合理利用和保护措施的制定提供理论指导。     

放牧和刈割条件下草山草坡群落空间异质性分析

采用变异矩分析和分形方法,研究了草山草坡群落在放牧和刈割条件下的空间异质性及空间自相关性,结果表明,群落空间格局有尺度依赖性,刈割条件下空物异质性及空间相关性弱,多样性梯度即β多样性小,放牧消除地形引起的样地差异,因而使空间异质性简单化。     

不同利用方式下典型草原植物群落物种多度分布格局

物种多度格局是群落结构的重要反映,它描述了群落内不同物种个体数量的分布情况,能更好的体现出物种关系和作用机制。根据物种的多度格局追溯物种的作用机制过程是揭示群落本质的重要方式。试验以内蒙古典型草原为研究对象,采用生态位重叠模型(ONM)、生态位优先占领模型(NPM)、断棍模型(BSM)、优势优先模型(DPM)和随机分配模型(RAM)共5种生态位模型与群落植物物种进行拟合,按照拟合程度分析放牧、割草两种利用方式下植物群落物种多度分布格局。旨在探究不同利用方式下物种之间的多度关系,利用具有不同生态学意义的数学模型探讨各个利用方式下植物群落的真实分布,以达到运用模型研究群落结构的目的,进而揭示不同利用方式下典型草原群落结构变化,为草地合理利用提供依据。结果表明:刈割区、放牧区和围封区的物种数分别为33种、16种和29种,相较于围封对照区,刈割区的物种数增加了12%,而放牧区的物种数减少了44.8%。群落优势种大针茅、糙隐子草、知母、羊草和黄囊薹草在刈割区、放牧区及对照区的出现频度分别占整个群落物种总频度的88.33%、81.47%和75.6%。放牧、割草利用下最优拟合模型分别为随机分配模型RAM(χ~2=92.99,AIC=168.86,BIC=171.18)和生态位优先占领模型NPM(χ~2=22.29,AIC=246.17,BIC=250.27),而对照所表现的最优拟合模型也为生态位优先占领模型NPM(χ~2=90.51,AIC=321.32,BIC=325.81);生态位优先占领模型NPM对放牧利用下的拟合效果也较好,随机分配模型RAM对于割草和围封两种利用方式的吻合度较差。     

利用方式对大针茅草原优势种糙隐子草空间异质性的影响

为探讨不同草地利用方式下糙隐子草种群空间分布的变化特点,以内蒙古自治区锡林郭勒盟毛登牧场大针茅草原优势物种糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)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、放牧和刈割样地糙隐子草种群小尺度空间分布异质性。结果表明:糙隐子草种群密度分别为放牧(28.63株·m~(-2))围封(13.60株·m~(-2))刈割(3.85株·m~(-2))(P0.05),放牧显著增加糙隐子草种群密度(P0.05),而刈割显著降低糙隐子草种群密度(P0.05);通过半方差函数进行模型拟合,围封、放牧和刈割样地糙隐子草种群分布分别符合指数模型、球状模型和球状模型;空间分布格局分析表明,各样地糙隐子草种群的结构比分别为刈割(91.9%)放牧(75.3%)围封(71.1%),放牧与刈割样地的空间自相关性均较高,主要受结构性因素影响,而围封样地空间自相关处于中等程度,受随机性因素影响较大;结合分形维数、2D平面图及3D立体图分析,3块样地空间结构良好,空间分布简单,说明合理放牧及刈割不会对种群分布格局造成很大影响,但与围封样地相比,放牧增加了糙隐子草种群空间异质性,而刈割降低了种群异质性。     

放牧和刈割对大针茅草原土壤微生物群落结构及多样性的影响

放牧和刈割是内蒙古草原的两种主要利用方式,然而,长期放牧和刈割对大针茅草原土壤微生物群落的影响知之甚少,因此,以内蒙古大针茅草原为研究对象,设置放牧和刈割两种利用方式,以围封不利用为对照,基于高通量测序技术,研究大针茅草原在不同利用方式下土壤微生物组成及多样性的变化,并结合土壤理化因子进一步探究土壤微生物群落组成的主要影响因素。研究结果表明：不同利用方式下土壤细菌α多样性指数无显著差异,而刈割显著提高了土壤真菌Observed＿species、Chao1和ACE指数;土壤细菌群落的优势菌门是变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria),土壤真菌群落的优势菌门是子囊菌门(Ascomycota)和被孢霉门(Mortierellomycota),不同利用方式下部分微生物类群的相对丰度差异显著,放牧显著提高了细菌群落的变形菌门、疣微菌门(Verrucomicrobia)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)的相对丰度,刈割显著提高了真菌群落的担子菌门(Basidiomycota)相对丰度,此外,放牧和刈割均显著降低了厚壁菌门(Firmicutes...     

内蒙古贝加尔针茅草原不同利用方式土壤微生物功能多样性

基于Biolog-ECO技术,研究了贝加尔针茅草原在自由放牧、刈割和围封3种不同利用方式下土壤微生物群落功能多样性变化。结果表明:不同的利用方式能显著改变土壤微生物群落代谢活性,反映微生物活性的平均颜色变化率表现为围封>自由放牧>刈割,围封时土壤微生物群落代谢活性最高;不同的利用方式改变了土壤微生物群落多样性指数,自由放牧土壤微生物群落丰富度指数、均匀度指数和优势度指数均最高,围封次之,刈割最低。主成分分析结果表明:在自由放牧和刈割2种利用方式下土壤微生物群落碳源利用模式及代谢功能相似,而围封土壤微生物群落具有不同的碳源利用模式和代谢功能;糖类、氨基酸类和代谢中间产物及次生代谢物为土壤微生物利用的主要碳源。不同的利用方式改变了贝加尔针茅草原土壤微生物群落功能多样性。     

Species turnover drives grassland community to phylogenetic clustering over long-term grazing disturbance

放牧通过改变草地群落物种组成和生物多样性,进而影响草地群落结构,对草地生态系统服务和功能产生深远的影响。然而,有关系统发育多样性和系统发育群落结构对长期放牧干扰的响应和适应的研究仍然很少,尤其是对于分布在极端环境中的生态系统。我们在青藏高原高寒草地上开展了多放牧强度的试验,探讨放牧干扰对植物系统发育多样性和群落结构的影响。研究发现,放牧干扰增加了植物群落的物种丰富度,促进了群落物种周转,从而改变了群落物种组成。低强度放牧对系统发育多样性和群落结构没有显著影响,而高强度放牧促使群落结构由分散向聚集变化。高强度放牧通过强烈的环境过滤作用,选择了一些耐牧的草地植物物种。在高强度放牧条件下,草地群落的聚集结构由近缘种的入侵和远缘种的丢失共同驱动。在植物功能性状水平上,我们发现与低强度放牧相比,高强度放牧通过改变根系深度对物种入侵产生影响,在很大程度上提升了物种的入侵性。我们的研究强调,仅仅利用物种丰富度和多样性并不能全面反映放牧干扰对草地群落的影响,而且在以后的放牧生态学研究中应该更加关注物种周转对群落系统发育多样性和群落结构的影响。     

施肥和刈割对青藏高原东部高寒草甸群落生物量补偿效应的影响

通过对青藏高原东部高寒草甸植物群落在4个施肥处理及7个刈割水平下的群落生物量、物种丰富度和补偿指数的比较,分析了该类草甸群落主要特征对施肥及刈割强度差异的响应.结果表明:施肥显著增加了群落生物量,并降低物种丰富度,而刈割处理虽然增加了物种丰富度,但对群落生物量无显著影响;随着施肥量的增加,高寒草甸由莎草科和杂草类物种占优势的群落构成逐渐向禾本科物种占优势的群落构成转变;施肥可提高群落的补偿能力,在不同施肥梯度中,刈割后植物群落补偿能力也不相同;随着施肥量的增加,增加刈割强度,减少刈割次数,发生超补偿的机率增大;可见,施肥是主效应,刈割对群落主要特征的影响随营养水平的不同而发生变化.     

施肥和刈割对亚高山草甸物种多样性与生产力及其关系的影响

施肥和刈割分别对植物群落物种多样性和生产力有重要的影响。采用不同施肥水平和刈割频度, 研究了施肥和刈割对亚高山草甸植物群落物种多样性与生产力及其关系的影响。结果显示, 5年的施肥和刈割处理对群落地上生物量均有显著影响, 但对物种多样性影响不显著; 物种多样性与生产力之间的关系因施肥和刈割次数的不同而不同, 有负相关、二次函数关系和不相关等几种类型, 多数为不相关。此结果表明施肥和刈割并不总是一致性地影响群落物种多样性与生产力。因此, 不同施肥和刈割处理下的亚高山草甸植物群落生产力与物种多样性之间并没有确定的关系。     

松嫩平原碱化草地植物群落分布的空间和环境因素分析

在１９９６年野外实地采样的基础上,运用ＤＣＡ消势对应分析（ｄｅｔｒｅｎｄｅｄｃｏｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓ）对群落主要变化趋势及其与土壤环境因子之间的关系进行了分析。运用ＤＣＣＡ消势典范对应分析（ｄｅｔｒｅｎｄｅｄｃａｎｏｎｉｃａｌｃｏｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓ）对影响松嫩平原碱化草地群落结构季节动态的空间和环境因素进行了定量的分解。结果表明：在影响群落分布的各因子中,环境因子独立约占４０％,而环境＿空间耦合因子占３５％,空间因子独立约占３％,其他因子约占２０％。在诸多因子中,土壤的盐渍化程度在整个生长季起着决定性作用,但土壤水分和氮素的作用因季节而变化。在干旱季节,植物生长的主要制约因子为土壤碱化度和土壤水分,而土壤氮素的作用处于次要地位。但在降雨较多、土壤湿润度较大的季节,土壤氮素的影响明显增强,成为仅次于土壤碱化度的决定性因素。     

去除干扰对内蒙古典型草原植物叶片功能属性的影响

以内蒙古典型草原为研究对象,选取放牧和割草、去除放牧、去除放牧和割草样地进行群落调查和叶片属性测量,比较分析各样地土壤性质、群落生产力及主要物种的比叶面积(SLA,Specific Leaf Area)、叶片干物质含量(LDMC,Leaf Dry Matter Content)、叶片氮含量(LNC,Leaf Nitrogen Concentration)在个体、功能群和群落水平对去除干扰的响应。结果表明,1)去除干扰处理在短期对土壤特性和群落生产力的影响不显著;2)多数物种在放牧和割草样地SLA较低,说明典型草原多数物种的SLA表现为放牧逃避;3)不同功能群植物叶片属性对去除干扰的响应不一致,去除放牧后,多年生杂类草的SLA和LDMC不受影响,但LNC变小;多年生禾草的SLA增加,而LDMC和LNC无显著变化。一年生植物在去除放牧和割草后,LNC显著增加。去除割草后,多年生禾草SLA减小,而多年生杂类草SLA、LNC增加,LDMC减小;4)在群落水平,放牧和割草样地由于较占优势的多年生禾草SLA较低,群落比叶面积最低,在去除放牧和割草样地,群落叶片氮含量显著增加;5)在内蒙古典型草原,LDMC能够很好地将多年生禾草和多年生杂类草区分,SLA在个体、功能群和群落水平均比LDMC敏感。     

科尔沁沙质草地植物群落高度空间异质性对不同放牧方式的响应

放牧是影响草地植被空间异质性的重要生物驱动因素。大型草食动物会通过采食、践踏和排泄粪便等方式影响草地植被空间异质性。同时, 植物群落高度是重要的草地结构参数, 但目前关于不同放牧方式对草地植物群落高度空间异质性的研究较少。该研究基于传统及地统计学方法, 设置未放牧(NG)、牛单牧(CG)、羊单牧(SG)、牛羊混牧(MG) 4种处理, 探究科尔沁沙质草地植物群落高度空间异质性对不同放牧方式的响应。结果表明: 研究样地内植物群落平均高度为SG (38.86 cm) > NG (21.01 cm) > MG (17.29 cm) > CG (13.36 cm)。各处理下变异系数的结果均为中等变异, 且变异范围在37.82%-66.97%之间, 依次为NG > MG > CG > SG。通过对半方差函数参数进行最适模型拟合, NG、MG、CG、SG 4种处理分别对应球状模型、指数模型、线性模型、线性模型, 且结构比大小为MG (82.7%) > NG (80.3%) > SG (40.2%) > CG (39.1%)。此外, 采用Kriging插值法和分形维数对研究样地内植物群落高度空间格局分析表明, NG样地中植被高度呈现斑块化空间分布特征, MG维持了植被群落高度斑块化的空间格局, CG、SG则均质化植被群落高度空间格局。各放牧处理中分形维数(D₀)均较接近2, 即各放牧样地内植被高度格局简单, 空间结构较好。综上所述, 牛羊混牧能够维持草地植物群落高度的空间异质性, 而牛单牧和羊单牧则降低了其空间异质性, 由此建议科尔沁沙质草地可采取牛羊混合放牧的管理制度来维持草地植被空间异质性, 进而可能间接促进草地动物多样性。     

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.     

Carabid beetle (Coleoptera: Carabidae) richness and functional traits in relation to differently managed grasslands in the Alps

Species richness, composition, and functional traits of carabid beetle assemblages (Coleoptera: Carabidae) were studied in relation to different grassland management. Carabid beetles were sampled during the summers 2008 and 2009 by 165 traps located in 11 sites in the central-eastern Italian Alps. Using mixed effect models to account for potential spatial bias, we found that mown grasslands had significantly more species, a lower proportion of wingless species and a lower proportion of species with long larval development than grazed and natural grasslands. Within grazed and mown grasslands, neither cattle density nor number of cuts had any significant effect neither on species richness nor on any of the traits. The influence of grassland management can be summarised as follows: (1) grazing does not change community structure and functional traits compared to natural grasslands; (2) mowing negatively affects the carabid beetle assemblages; (3) the intensity of grazing and of cutting may not affect the structure of species assemblages of ground beetles. Our results support the hypothesis that agroecosystem practices in alpine grasslands influence carabid beetle communities. Specifically, the species with traits typical of undisturbed habitats (low dispersal abilities and long larval development) are more sensitive to perturbations (e.g. cutting). Our suggestion for agricultural and environmental planning and for conservation schemes is that the preservation of natural grasslands (e.g. forest gaps) and the implementation of grazing should be promoted during the planning of agroecosystem mosaics.     

三种利用方式对羊草草原土壤氨氧化细菌群落结构的影响

本文以内蒙古呼伦贝尔羊草草原为研究对象,利用聚合酶链式反应－变性梯度凝胶电泳(PCR－DGGE)技术及扩增产物序列分析方法比较研究了刈割、放牧和围栏封育三种利用方式对羊草草原土壤氨氧化细菌多样性和系统发育的影响,结果表明：羊草草原土壤中氨氧化细菌的优势类群为亚硝化螺旋菌属和亚硝化单孢菌属的细菌,分别占氨氧化细菌总数的72.4%和28.6%,Cluster 4和Cluster 6在各个样地中均为优势类群但所占比例不同,放牧样地中氨氧化细菌的多样性最高,逐步回归分析的结果表明,影响多样性指数的关键理化因子是土壤硝态氮含量。放牧样地中脲酶活性和硝化率都显著高于其他两种利用方式,其中,脲酶活性与土壤硝态氮和全磷含量表现出极显著的相关性,与速效磷含量表现出显著相关性;而硝化率仅与硝态氮含量表现出显著相关性。不同利用方式土壤氨氧化细菌群落与土壤理化因子的典范对应分析结果表明铵态氮的含量对氨氧化细菌群落的影响显著。     

Responses of grassland ecosystems to precipitation and land use along the Northeast China Transect

Abstracts. The Northeast China Transect (NECT) has been used to study how water availability influences the composition of plant functional types, soil organic matter, net primary production, trace gas flux, and land‐use patterns. We discuss relations of plant species number, soil C and N and above‐ground biomass with a precipitation gradient and interactions with land‐use practices (grassland fencing, mowing and grazing), on the basis of data from the west part of NECT. The results indicate: 1. The above‐ground biomass of grassland communities has a linear relationship with precipitation under three land‐use practices, while plant species number, soil C, and total soil N have linear relationships with precipitation under fencing and mowing; under grazing the relationships are non‐linear. 2. Plant species number, soil C and total soil N have strong linear relationships with above‐ground biomass under both fencing and mowing, while they seem to have nonlinear relationships under grazing. 3. Land‐use practices along the precipitation gradient result not only in changes in grassland communities but also in qualitative changes of their structure and function. 4. Grasslands are more vulnerable to changes in climate under mowing than under fencing, and are more capable to store C in soil and plants. 5. At a given precipitation level, number of plant species, above‐ground biomass, and soil C are higher under low to medium intensity of human activities (mowing and grazing). A better understanding of how different intensities of human activities will affect the structure and function of grassland will require further research.     

Management of a semi‐natural grassland; results from a 15‐year‐old experiment in southern Sweden

Abstract. Vegetation changes in a semi‐natural grassland of wooded meadow type that had been grazed for centuries are described following the introduction of various management regimes: mowing each year, mowing every third year, burning, mechanical removal of woody plants, chemical treatment of woody plants, continuous grazing and abandonment. The experiment was established in southern Sweden in 1972 and has been in progress for 15 years. In 1972, 1980 and 1986 the botanical composition in these plots was investigated in permanent subplots. The study clearly demonstrates that mowing or grazing is necessary to preserve community structure and that mowing is to be preferred in cases where maintaining species richness is of primary concern. Mowing every third year delayed vegetation change and prevented woody species from spreading. Therefore, periodic mowing might be an alternative way to preserve the flora. In contrast, yearly burning does not seem to be a viable management in this type of semi‐natural grassland. To preserve the open landscape regeneration of woody plants has to be prevented. However, in plots where woody plants were removed the typical grassland flora declined. Abandonment resulted in closed forest.     

Disturbance effects on plant community diversity: spatial scales and dominance hierarchies

It is proposed that evaluations of disturbance effects upon community diversity will be influenced by two factors currently overlooked in models addressing disturbance-diversity relationships: (1) the spatial scale of inquiry, and (2) the level of the species abundance (dominance) hierarchy at which the search for diversity is done. We analyzed how two disturbance types—cattle grazing and large flooding—affected community diversity at two spatial scales (stand and patch) and three levels of species dominance in a grassland of the Flooding Pampa, Argentina. The effect of disturbance interaction was also examined. Species diversity at the stand scale was reduced by either grazing or flooding. Both disturbances decreased community spatial heterogeneity. At the patch scale, diversity declined with flooding but was enhanced by grazing. Flooding increased diversity under grazing conditions. However, stand diversity was highest in the undisturbed grassland; pattern diversity was the salient feature in this condition. The combination of disturbances yielded the highest patch-scale diversity; grazing increased richness whilst flooding enhanced evenness. Comparisons among grassland conditions appeared scale-dependent. Moreover the extent of disturbance effects varied with the level of dominance hierarchy considered. We point out the relevance of site history and initial conditions, encompassing the possibility of disturbances interaction, to the patters produced by disturbance events. Effects perceived at different spatial scales, or in species positioned at separate dominance levels, may parallel meaningful changes in the relative importance of factors controlling species coexistence and community organization.     

长期人为干扰对桂西北喀斯特草地土壤微生物多样性及群落结构的影响

人为干扰是喀斯特草地正向演替的主要障碍因素, 从土壤微生物角度探讨草地对干扰的响应可为喀斯特生态恢复与科学利用提供依据。该研究依托中国科学院环江喀斯特生态系统观测站长期干扰监测样地, 通过高通量测序测定3个干扰模式(火烧、刈割、刈割除根)和1个对照(封育)处理的土壤细菌、真菌α多样性和群落结构, 并分析它们与环境因子(坡位、土壤理化性质)的关系, 揭示人为干扰对桂西北喀斯特草地土壤微生物的影响及机制。结果显示: 1)对于α多样性, 在中坡和下坡, 火烧均显著降低了真菌Chao1指数, 刈割均显著降低了细菌的香农指数和谱系多样性指数; 刈割除根在中、下坡分别显著降低了真菌Chao1指数和细菌香农指数。2)对于群落结构, 火烧、刈割和刈割除根在中、下坡均显著降低了酸杆菌门细菌相对丰度, 火烧在下坡使子囊菌门真菌相对丰度从74.49%显著降低至34.72%。3)冗余分析显示, 微生物生物量碳含量解释细菌和真菌α多样性变化的29.8%和26.8%以及细菌群落结构变化的31.7%; 细根生物量解释细菌α多样性和真菌群落结构变化的13.9%和10.3%。可见, 长期人为干扰对土壤微生物α多样性产生负面影响, 并显著改变微生物群落结构, 影响程度因干扰方式、微生物种类不同而异, 且受坡位调控。土壤微生物生物量碳含量和细根生物量的减少是人为干扰影响土壤微生物多样性和群落结构的重要因素。α多样性及子囊菌的减少将不利于土壤生态系统稳定性的维持, 酸杆菌的减少将不利于土壤有机质降解和铁循环。因此, 长期火烧、刈割等人为干扰将导致喀斯特草地生态系统功能发生退化。