高寒小嵩草草甸牦牛优化放牧强度的研究

高寒小嵩草草甸牦牛放牧强度试验表明:(1)不同放牧强度下各植物类群的地上生物量和总的地上生物量之间差异极显著,莎草科植物地上生物量的百分比组成之间差异极显著,禾本科和杂类草地上生物量的百分比组成之间差异显著,而且禾本科和莎草科(除对照外)植物的地上生物量及其百分比组成随放牧强度的增加而减小,杂类草的变化与之相反;(2)优良牧草比例和草地质量指数与放牧强度之间均呈负相关,而优良牧草比例的年度变化和牦牛个体增重的年度变化之间呈正相关;(3)群落的相似性系数随放牧强度的增加而减小.通过建立植被变化度量指标,认为优良牧草比例的年度变化是评价高寒小嵩草草甸放牧价值的直接度量指标,而相似性系数的变化和草地质量指数的变化与牦牛生产力没有明显的联系,不能反映草场植被放牧价值的变化,只能指示植物群落整体的相对变化程度;牦牛的放牧强度约为1.86头/hm2是小嵩草高寒草甸暖季草场可持续生产而不退化的最大放牧强度.     

牦牛放牧强度对小嵩草草甸两季轮牧草场植物群落数量特征的影响

基于小嵩草(Kobresia parva)草甸连续2年的牦牛放牧控制试验,研究了暖季和冷季放牧草场植物群落数量特征的变化.结果表明:在2年的放牧期内,小嵩草草甸2季草场优良牧草的盖度随放牧强度的提高呈降低趋势,而杂草的盖度呈增加趋势;2季草场对照、轻度放牧和中度放牧组的优势种均为小嵩草和垂穗披碱草,但暖季草场重度放牧下主要优势种变为鹅绒委陵菜和阿拉善马先蒿,冷季草场重度放牧下小嵩草和鹅绒委陵菜为主要优势种;放牧强度之间的差异越大,2季草场各放牧处理间群落的相似性程度越低,说明放牧强度是引起群落差异的主要原因,也是群落变化的主导因子.2季草场各放牧处理的物种丰富度、多样性指数、均匀度指数在对照组最低,中度放牧组最高,其指数排序为:对照＜轻度放牧＜重度放牧＜中度放牧,这一结果支持“中度干扰理论”.     

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。     

放牧干扰下高寒草甸物种和生活型丰富度与地上及地下生物量的关系

明晰放牧干扰下高寒草甸植物丰富度与生物量的相关关系,为草地植物不同生长时期生物量的预测提供依据。设置6个放牧强度样地,连续3a放牧,2014年进行3个季节(6月、8月、10月)的植物丰富度和地上、地下生物量调查,对比分析放牧干扰下物种和生活型丰富度(生活型的种类)分别与地上、地下生物量的相关关系。结果表明:(1)物种和生活型丰富度与地上生物量均受放牧强度的显著影响,物种丰富度仅在8月与放牧强度显著负相关,生活型丰富度在10月随放牧强度单峰变化,地上生物量在不同季节均与放牧强度显著负相关,而地下生物量与放牧强度无关。(2)物种丰富度与地上和地下生物量均受季节的显著影响,物种丰富度和地上生物量仅在低强度放牧区随季节呈单峰变化,地下生物量在中等强度放牧区随季节呈单峰变化;生活型丰富度与季节无关。(3)放牧干扰前物种和生活型丰富度与地上和地下生物量均显著正相关。3a放牧后仅在8月,物种丰富度只与地上生物量显著正相关,生活型丰富度与地上和地下生物量均显著正相关。(4)对于不同放牧强度,物种丰富度仅在低强度放牧区与地上生物量显著正相关,而生活型丰富度在所有放牧强度区均与地上生物量显著正相关。综上所述,放牧干扰扰乱了高寒草甸丰富度与生物量之间的关系,尤其影响了物种丰富度与地下生物量之间的相关关系。生活型丰富度与地上生物量之间的显著关系不受放牧强度干扰,使生活型丰富度在预测生物量方面表现出优势。     

青藏高原高寒灌丛植被对长期放牧强度试验的响应特征

在青藏高原中国科学院海北高寒草甸生态系统定位研究站对金露梅高寒灌丛草场植被开展了长期不同放牧强度试验,分别在短期(4年)、中期(11年)和长期(18年)放牧阶段研究不同放牧干扰强度对草地植物物种多样性、群落结构、地上生物量和草场质量的影响.研究表明,在不同放牧阶段,随着放牧强度增加植物群落的高度和盖度都降低.在中期放牧干扰阶段,物种多样性数和均匀度指数随着放牧强度增加呈现典型的单峰曲线模式;在长期放牧干扰阶段,随着放牧强度增加,占优势地位的灌木和禾草被典型杂类草替代,其中的重度放牧干扰简化了高寒灌丛植被群落结构,减少了地上现存生物量,特别是可食优良牧草生物量.植被对放牧的响应除了与放牧强度和放牧时间阶段密切相关外,还与该地区水热条件的变化有一定的相关性.针对长期放牧干扰的反应特性可将金露梅灌丛草场中植物划分为增加型、敏感型、忍耐型和无反应型4种类型.除了丰富度指数、多样性指数和均匀度指数外,其它一些特征参数并不支持著名的中度干扰假说.本研究发现,长期重度放牧促进了青藏高原高寒草地退化,适度放牧有利于高寒灌丛草场的生物多样性保护和牧草利用;"取半留半"的放牧原则在青藏高原草场放牧管理实践中值得推荐,它将有利于防止草场退化,提高牧草利用率和维持较高的生物多样性.     

高寒草甸放牧扰动与两种植物的反应研究

对不同放牧强度下矮嵩草草甸植物垂穗披碱草和鹅绒委陵菜的生长和繁殖特性进行了5年研究。结果表明,垂穗披碱草株高、分蘖数、地上物量、地下生物量、有性繁殖效力在不放牧或轻度放牧下最大,营养生长效力在重度放牧中最大,而贮藏效力在重度放牧中最小。鹅绒委陵菜叶数、匍匐茎长度、地上生物量、匍匐茎生物量、开花数、生殖生物量、有性繁殖效力及营养繁殖效力在放牧区显著高于不放牧的对照区。说明适当的放牧干扰有利于垂穗披碱草营养生长,但放牧过重会抑制其有性繁殖;由于放牧采食减少了种间竞争影响,从而提高了鹅绒委陵菜营养,生长效力和有性繁殖效力。两物种地下贮藏物的比例随着放牧强度增加显著减少。放牧强度对高寒草甸的群落演替方向有显著影响。     

不同利用方式和载畜率对内蒙古典型草原群落初级生产力和植物补偿性生长的影响

基于2005年6月开始的放牧控制实验, 研究了不同草地利用方式和放牧强度对内蒙古典型羊草(Leymus chinensis)草原群落初级生产力和补偿性生长的影响。草地利用方式包括: 传统放牧、传统割草和放牧与割草轮换利用(混合利用)。结果表明: 传统放牧和混合利用方式下, 羊草群落地上生物量均随放牧强度增加逐渐降低。高载畜率下, 羊草群落地上净初级生产力表现为: 混合利用>传统割草>传统放牧, 说明混合利用方式优于传统放牧和传统割草利用方式; 而低载畜率则有利于草原的可持续利用和植物的补偿性生长。这一实验结果在一定程度上验证了放牧优化假说。在不同利用方式、地形因素的影响和采用不同的群落净生长量计算方法时, 随着放牧强度的变化, 等补偿、超补偿和欠补偿效应都可能出现。在低载畜率下, 群落大多表现出等补偿生长, 在高载畜率下, 群落大多表现出欠补偿生长。植物群落的补偿性生长与载畜率的关系可以用开口向下的二次函数或者斜率为负的线性函数模拟。说明随着载畜率的增加, 一些系统表现为欠补偿生长, 而另一些系统则表现为超补偿生长, 这可能与植物群落组成、地形部位(平地、坡地)和载畜率以及净生长量的计算方法有关。     

光照，施肥及刈割对垂穗披碱草生长的影响

以甘南高寒草甸常见牧草垂穗披碱草（Elymus nutans）为研究对象,比较不同光照、肥力条件下,垂穗披碱草对刈割的生长和补偿反应。研究发现,光照和肥力存在交互作用。施肥、中度光照下,未刈割单株垂穗披碱草地上生物量最大,为3．239g。施肥、中度光照下,比较刈割植株地上生物量补偿发现：晚期刈割单株地上生物量的补偿大于早期刈割;刈割强度无显著影响;刈割两次单株地上生物量的补偿最大。施肥、中度光照、晚期、轻度、一次刈割时,单株垂穗披碱草地上生物量累积最大,为4．500g。全光照、未施肥条件下,刈割对单株地上生物量的补偿无影响。就补偿机制而言,植株地上生物量的增加以地下生物量为代价。     

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。     

放牧格局和生境资源对矮嵩草（Kobresia humilis）分株生物量分配和补偿性生长的影响

为研究密集型克隆植物对放牧扰动和生境资源变化的生物量分配和补偿生长响应特性,验证克隆植物的觅食模型和3个有关植物个体补偿反应的假说(①放牧优化假说,grazing optimization hypothesis,GOH;②反应连续谱假说,continuum of responses hypothesis,CRH;③增长率模型,growth rate model,GRM),在具有不同放牧利用格局和土壤养分水平的高寒矮嵩草草甸(Ⅰ.畜圈草地:重度放牧、资源丰富;Ⅱ.牧道草地:中度放牧、资源贫乏;Ⅲ.封育草地:不放牧、资源贫乏)中通过设置扣笼/无扣笼样方对其建群种矮嵩草(Kobresia humilis)进行了研究.结果表明不论当年解除家畜放牧与否,春季采摘率越高(畜圈草地),分株生物量向生长的投入越少,向贮藏器官的投入越多.繁殖分配在中度采摘下最高(牧道草地),扣笼内外分株各部分的生物量分配无差异.矮嵩草分株在中度采摘×资源贫乏条件下产生了超补偿响应,在重度采摘×资源丰富条件下为等量补偿,重度采摘导致分株密度显著减少.生物量分配格局与觅食模型的预测不符.补偿生长响应特性证实了GOH和GRM的预测,但与CRH的预测不符.这说明在研究地区放牧扰动格局对克隆植物矮嵩草分株的生物量分配和补偿生长具有重要影响,适度放牧利用更利于引起超补偿,而重度利用可能会对该种群的长期保持产生不利影响.     

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.     

青藏高原高寒草甸初级生产力及其主要影响因素

青藏高原有各类天然草地14×108hm2,其中高寒草甸和高寒灌丛约占青藏高原天然草地面积的50%,占全国草地总面积的16.2%。嵩草草甸是高寒草甸的主体,包括矮嵩草草甸、金露梅灌丛草甸、藏嵩草草甸、小嵩草草甸和高山嵩草草甸等,这5类高寒草甸平均地上生物量分别为354.2、422.4、445.1、227.3和368.5g/m2,地下生物量分别为3389.6、3548.3、11922.7、4439.3、5604.8g/m2,地下与地上生物量的比例分别为10.55、10.15、27.82、14.82和15.21,远大于IPCC(2006)报告中地下/地上生物量比例的默认值(2.8±95%)。地下生物量对气候变化和放牧的反应比地上生物量更敏感,干旱和重度放牧均降低了地下/地上生物量的比例。在极度退化状态下地下/地上生物量的比例2。对于轻度和中度退化的高寒草甸应以围封禁牧为主要恢复措施,但如果结合补播和施肥,则恢复速率会加快;对于重度和极度退化的高寒草甸,由于草地植物群落中优良牧草的比例极低,仅靠自然恢复很难进行恢复或需要的年限很长,所以必须采用人工重建的措施,并结合毒杂草防除和施肥等措施进行恢复,通过建立人工或半人工草地的措施予以重建。     

藏香猪翻拱型放牧对不同类型高寒草甸植物特征的影响及土壤环境驱动力

生态系统脆弱的高寒草甸是生态学研究的热点。藏香猪翻拱土壤并取食地下草根层,是藏族自治区一种特有的放牧类型,关于该放牧类型对藏区高寒草甸的影响尚缺乏研究。以滇西北高原国际重要湿地——纳帕海流域的典型高寒草甸为对象,研究了不同高寒草甸类型(陆生草甸与沼泽化草甸)中的植物群落结构特征对藏香猪翻拱型放牧的响应。结果表明,翻拱型放牧显著降低了植被盖度(63.5%)、地上生物量(84.6%)与地下生物量(97.4%),并促进植物生物量向地上部分的再分配。翻拱型放牧下随着植被盖度与生物量降低,植物竞争强度减小,植株高度与空间利用率提高。然而,不同草甸类型中的植物群落结构对翻拱型放牧表现出差异响应。陆生草甸上的群落组成基本未变,而沼泽化草甸上的优势植物华扁穗草(Blysmus sinocompyessus)向1年生水生植物水蓼(Polygonum hydropiper)演替。土壤含水率是导致植物响应差异的关键驱动力。综上,藏香猪翻拱型放牧对植物生物量及盖度等特征均产生不利影响,导致高寒草甸生物量积累锐减,而植物群落结构的变化是放牧干扰与土壤水分、空间竞争协同作用的结果,反映出植物在不同环境中对放牧干扰的差异化响应。研究区域环境特征与放牧干扰的耦合关系,可以为藏香猪放牧作用下的高寒草地植物多样性保护及恢复提供理论依据。     

高寒矮嵩草草甸物种多样性与功能多样性对初级生产力的影响

自然生态系统中植物物种多样性是否随功能多样性变化而影响初级生产力的问题存在很大争议。在高寒矮嵩草草甸,对不同放牧强度、不同利用格局和土壤资源水平的4种生境（Ⅰ.畜圈：重度放牧、资源丰富;Ⅱ.牧道：中度放牧、资源适中;Ⅲ.人工草地：轻-中度放牧、资源贫乏;Ⅳ.封育草地：不放牧、资源贫乏）中物种多样性与功能多样性的变化及其对初级生产力的影响进行了研究。结果表明：物种多样性在牧道生境最高,符合中度干扰理论的预测;人工草地物种多样性低但功能多样性却最高;封育草地物种多样性和功能多样性均较高;物种多样性与地上生物量呈正相关,而功能多样性则与地上生物量呈负相关。表明功能多样性不随物种多样性而变化,二者可能在一定程度上是相互独立地作用于生产力的。群落生产力和生物多样性受生境资源、物种特征、放牧历史和放牧强度等因素的综合影响。     

放牧强度对川西北高山草甸两个优势物种凋落物分解的影响

研究了川西北高山草甸两个优势物种垂穗鹅冠草(Roegneria nutans)和四川嵩草(Kobresia setchwanensis)凋落物在不同放牧强度下的分解及其碳氮损失率。经过一年的分解,放牧不同程度地加速了两种凋落物的分解。垂穗鹅冠草凋落物在不放牧、轻牧、中牧和重牧草地的失重率分别为26.0、27.2、29.6和32.8%;川嵩草凋落物的失重率分别为44.0,46.2,50.4和56.2%。不放牧、轻牧、中牧和重牧草地垂穗鹅冠草凋落物碳的损失率分别为26.1%、27.5%、29.4%和32.9%,氮的损失率分别为13.6%、14.4%、17.3%和19.1%;川嵩草凋落物碳的损失率分别为41.9%、44.3%、48.5%和54.4%,氮的损失率分别为39.4%、41.4%、46.4%和52.8%。研究表明,增加的放牧强度加快了两种凋落物的分解速率,加速了凋落物中碳氮的释放;同时也表明,川嵩草凋落物的分解速率要快与垂穗鹅冠草凋落物。     

不同放牧强度下高寒灌丛植物的生长特点

 不同放牧强度下高寒灌丛植物在生长发育、生理生态,物质生产和群落结构等方面主要有以下变化：1．在高寒灌丛草场,禾草类、莎草类和灌丛类植物的叶面积指数和平均生长速率随着放牧强度的减轻而增大;随着放牧强度的增加而减小。植株平均高度,植被盖度水平也与放牧强度呈负相关(p<0.01)。2．各项生长分析参数中：叶面积比率(LAR)、叶面积干重比(SLA)和叶干重比(LWR)与放牧强度之间存在负相关。叶面积指数(LAI)与地上生物量呈正相关(p<0.5),地上部现存在量与放牧强度呈负相关(p<0.01)。3．不同放牧强度条件下,高寒灌丛中的禾草类、莎草类、灌丛类和杂类草植物的种类组成和数量变化明显。其中禾草类和莎草类、灌丛类植物的生物量和种类组成比例在重度放牧下减少,在轻度放牧下增大。反之,重度放牧下杂类草的组成和数量明显增加,而轻度放牧下其比例降低。