恢复状态下羊草（Leymus chinensis）草原植被根冠比动态及影响因子

利用内蒙古羊草草原围栏样地连续两年的地上、地下生物量数据和当地同时期的降水、气温资料,分析了退化羊草草原,在恢复过程中植被根冠比动态及与水热因子之间的关系。研究结果表明：（1）羊草草原植被地上、地下生物量季节变化均呈单峰型曲线,峰值出现在8月。（2）羊草草原植被根冠比具有明显的季节变化,生长季初和生长季末根冠比值较大,最低值出现在地上生物量最高的8月中下旬。（3）羊草草原植被月根冠比与上上月月降水量相关关系极显著,与七月平均气温相关关系显著;以根冠比为因变量,上上月月降水量、上月平均气温为自变量可分别建立线性回归方程。该方程可以较好地模拟羊草草原植被生长季内月根冠比的动态变化,这样在草地恢复过程中,可由上月的水热因子来指导下月的草地管理,并为更准确地估算草原生态系统生产力及碳储存动态提供重要参数。     

内蒙古羊草群落、功能群、物种变化及其与气候的关系

基于1981-1994年内蒙古羊草草原的群落学调查数据和同期气象资料,分析了羊草草原群落、功能群与主要物种变化及其生物量与气候的关系.结果表明,1981-1994年5月羊草群落多样性指数、优势度指数、丰富度指数、群落高度、群落生物量的年际变异显著高于其他月,其中羊草群落生物量的变异性自5-9月依次降低,生物量和多样性不存在显著相关性.羊草群落、功能群、物种的年际变异依次增大;不同功能群中一二年生草本和中生植物的年际波动最大,不同物种间的均衡效应降低了群落的变异性.羊草群落生物量具有气候累积效应,主要受上年10月至当年12月的均温、4-8月降水、上年10月至当年8月累积降水的影响,表明羊草群落生物量变化由不同时段的水热因子协同作用决定.     

不同放牧强度下羊草草原群落斑块植被-土壤特征

植物群落斑块化是天然放牧草地最基本的特征之一,影响着草地生态系统结构和功能。本研究以不同放牧强度下典型羊草草原植物群落斑块为研究对象,对植物群落多样性特征、初级生产力、土壤理化性质、植物养分含量及其相关关系进行研究。结果表明:随着放牧强度的增加,斑块群落内植物种类组成发生改变并趋于简单化,放牧敏感物种消失,物种多样性降低;高放牧强度显著降低了植物群落的地上净初级生产力;初级生产力与土壤氮含量具有显著的正相关关系;随着放牧强度增加,土壤碳、氮、磷含量呈现增加趋势;由于放牧强度及斑块结构的影响,土壤碳、氮、磷含量存在空间分布差异;同时,斑块群落中植被碳、氮、磷含量与土壤碳、氮、磷含量之间没有显著的相关性。研究表明,放牧能够改变草地群落结构和功能,引起植被-土壤养分之间的非同步性发展。     

降水变化对内蒙古典型草原地上生物量的影响

降水格局的变化是气候变化影响干旱和半干旱区草原植物群落结构和功能的关键过程。作为植物群落结构和功能的基本组成单位——植物功能群——对气候变化的响应差异明显。有关不同植物功能群如何响应降水格局的研究, 有助于揭示气候变化对干旱与半干旱区生态系统关键功能与过程稳定性的变异机制。该文利用1982-2015年的典型草原群落地上生物量长期动态监测数据及其所对应的气候数据, 系统揭示降水变化对干旱与半干旱区生态系统生产力的影响。主要研究结果如下: 1) 1982-2015年内蒙古典型草原区降水变化特征明显, 主要表现在降水集中度呈显著的降低趋势; 小降水事件(≤5 mm)明显增多。2)降水变化导致群落生物量呈下降趋势。其中, 多年生丛生禾草的生物量呈上升趋势; 一二年生植物、多年生杂类草、多年生根茎禾类草的生物量均呈下降趋势。3)群落生物量与生长季降水量、降水集中度呈显著的正相关关系。各功能群中, 多年生杂类草、半灌木和生长季降水量呈显著正相关关系, 灌木与降水集中度呈显著负相关关系。4)群落生物量与各等级降水的频率相关性均不显著, 但与I-II类(0.1-10 mm)降水贡献率显著负相关。各功能群中, 多年生杂类草与I类降水(0.1-5.0 mm)的发生频率和降水贡献率均呈显著的负相关关系, 与VI类降水(20-25 mm)的发生频率和贡献率均呈显著的正相关关系。多年生根茎禾类草和VIII类降水(>35 mm)的发生频率和贡献率均呈显著的正相关关系。说明小降水事件的增加将显著降低群落的地上生物量, 小降水事件对干旱、半干旱区植被生长具有重要的生态学意义。     

降水变化对内蒙古典型草原地上生物量的影响

降水格局的变化是气候变化影响干旱和半干旱区草原植物群落结构和功能的关键过程。作为植物群落结构和功能的基本组成单位——植物功能群——对气候变化的响应差异明显。有关不同植物功能群如何响应降水格局的研究,有助于揭示气候变化对干旱与半干旱区生态系统关键功能与过程稳定性的变异机制。该文利用1982–2015年的典型草原群落地上生物量长期动态监测数据及其所对应的气候数据,系统揭示降水变化对干旱与半干旱区生态系统生产力的影响。主要研究结果如下:1)1982–2015年内蒙古典型草原区降水变化特征明显,主要表现在降水集中度呈显著的降低趋势;小降水事件(≤5 mm)明显增多。2)降水变化导致群落生物量呈下降趋势。其中,多年生丛生禾草的生物量呈上升趋势;一二年生植物、多年生杂类草、多年生根茎禾类草的生物量均呈下降趋势。3)群落生物量与生长季降水量、降水集中度呈显著的正相关关系。各功能群中,多年生杂类草、半灌木和生长季降水量呈显著正相关关系,灌木与降水集中度呈显著负相关关系。4)群落生物量与各等级降水的频率相关性均不显著,但与I–II类(0.1–10mm)降水贡献率显著负相关。各功能群中,多年生杂类草与I类降水(0.1–5.0mm)的发生频率和降水贡献率均呈显著的负相关关系,与VI类降水(20–25 mm)的发生频率和贡献率均呈显著的正相关关系。多年生根茎禾类草和VIII类降水(35 mm)的发生频率和贡献率均呈显著的正相关关系。说明小降水事件的增加将显著降低群落的地上生物量,小降水事件对干旱、半干旱区植被生长具有重要的生态学意义。     

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。     

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.     

典型草原围封后羊草地上功能性状对枯落物累积的响应

植物功能性状反映植物适应环境变化过程中在不同器官形态与功能间的资源权衡与分配策略。典型草原围封后枯落物累积导致群落光照、热量和水分的重新分配并改变微环境特征。在此过程中植物地上功能性状将通过怎样的变化来适应新的环境,目前尚不清楚。2015—2017年每年8月对内蒙古地区3种典型草原共有物种羊草（Leymus chinensis）的植株、叶片和茎干功能性状进行了测量与分析。结果表明：枯落物累积显著增加了羊草的植株高度、单株重量、茎叶比和总叶面积;枯落物累积显著增加了羊草的叶片长度、叶片重量、单叶面积、节间长度和茎干重量,这些性状属于敏感性状;枯落物累积对羊草的叶片数量和节间数量无显著影响,相对而言,这些性状属于惰性性状;羊草的单株重量与植株高度、叶片重量呈极显著的正相关关系（P<0.0001）;羊草的植株高度与节间数量、节间长度呈极显著的正相关关系（P<0.0001）。本研究结果从植物地上功能性状的角度阐明了典型草原植物对环境变化的适应方式,可为围封草原的合理管理提供基础数据与理论依据。     

长期封育演替下典型草原植物群落生产力与多样性关系

封育是退化草地的重要恢复措施, 理解长期封育过程中草地群落生产力和植物多样性变化特征及两者间关系, 有助于草地植被的恢复管理与利用。该研究依托宁夏云雾山国家级自然保护区典型草原长期封育演替梯度, 选择持续放牧、封育9年、26年和34年的草地群落作为研究对象, 分析其地上生产力、物种多样性和功能多样性的变化特征及内在联系。结果表明, 封育显著提高典型草原植物群落的地上生产力、凋落物生物量、功能丰富度和功能离散度, 未改变草地群落的物种丰富度、Shannon-Wiener指数和功能均匀度, 但Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数在长期封育(34年)后显著下降。此外, 封育对不同植物群落加权平均功能性状的影响存在差异。随机森林模型和方差分解结果显示, 群落加权平均功能性状对封育草地群落地上生产力变异的解释度高达70.70%, 其中植株高度是最主要的解释因子; 功能多样性的解释度为36.86%, 主要由功能丰富度贡献; 而物种多样性的解释度仅为14.72%。由此可见, 植物功能性状和功能多样性对草地群落地上生产力的贡献远高于物种多样性, 建议将其纳入植物群落恢复演替动态研究, 以便全面了解植物多样性与生态系统功能的关系, 为更好地实现生态恢复目标奠定基础。     

中国东北样带三种针茅草原群落初级生产力对降水季节分配的响应

分析3种针茅草原群落初级生产力的年季动态,并利用积分回归模型探讨其对降水量季节性分配的响应,揭示水分有效性对植物初级生产力的影响.结果表明,制约3类针茅群落初级生产力年度变化的是水分,即前一年11月到当年8月的月降水量的年度变异是直接导致群落初级生产力年度变化的主要原因.降水的季节分配对于3类针茅群落初级生产力的形成有着不同的作用.前一年11月至当年4月降水对于植物群落的初级生产力具有正效应,从5月开始降水对植物初级生产力的促进作用有了不同程度的降低.大针茅和克氏针茅群落的季节降水量格局较为相近,但是大针茅群落与克氏针茅群落相比对降水的利用效率较高;贝加尔针茅群落则表现出更高效的降水利用率.由此可见,降水量月季分配及其对针茅群落影响程度的不同是造成3种针茅草原地带性分布的原因.     

内蒙古羊草草原17年刈割演替过程中功能群组成动态及其对群落净初级生产力稳定性的影响(英文)

基于17 yr的野外实验数据,研究了内蒙古羊草草原群落刈割演替过程中的功能群组成动态,探索了功能群组成变化与群落净初级生产力(ANPP)之间的关系,分析了结构参数怎样影响功能参数。结果显示:在17 yr的割草演替过程中,群落的结构与功能均发生了变化。随着羊草群落刈割演替的进行,群落的功能群组成发生了显著变化,根茎禾草在群落中的优势地位相继被一、二年生植物、高丛生禾草和矮丛生禾草所取代。到17 yr末,群落变成根茎禾草、矮丛生禾草、高丛生禾草共同建群的群落。在对照群落中ANPP与年降水量显著相关,但在刈割群落中二者则不相关。年降水量解释对照群落ANPP变异的62％,而连年的刈割干扰则是刈割群落中ANPP动态的主要驱动因子。群落净初级生产则显出对刈割干扰的抵抗能力,在刈割干扰的前几年,依靠群落内功能群组成的不断调节,保持相对稳定的水平,当刈割进行5 yr之后,群落结构的变化积累到一定程度,净初级生产迅速下降到一个较低的水平,此后依靠群落结构的不断调节来维持这一功能水平。因此,群落结构是以渐变的方式改变的,而群落功能的下降则是以跃变的形式完成的。群落依赖于结构的不断调整来保持功能的相对稳定,但结构变化到一定程度也会导致功能的衰退。     

内蒙古羊草草原17年刈割演替过程中功能群组成动态及其对群落净初级生产力稳定性的影响

基于17 yr的野外实验数据,研究了内蒙古羊草草原群落刈割演替过程中的功能群组成动态,探索了功能群组成变化与群落净初级生产力(ANPP)之间的关系,分析了结构参数怎样影响功能参数.结果显示:在17 yr的割草演替过程中,群落的结构与功能均发生了变化.随着羊草群落刈割演替的进行,群落的功能群组成发生了显著变化,根茎禾草在群落中的优势地位相继被一、二年生植物、高丛生禾草和矮丛生禾草所取代.到17 yr末,群落变成根茎禾草、矮丛生禾草、高丛生禾草共同建群的群落.在对照群落中ANPP与年降水量显著相关,但在刈割群落中二者则不相关.年降水量解释对照群落ANPP变异的62%,而连年的刈割干扰则是刈割群落中ANPP动态的主要驱动因子.群落净初级生产则显出对刈割干扰的抵抗能力,在刈割干扰的前几年,依靠群落内功能群组成的不断调节,保持相对稳定的水平,当刈割进行5 yr之后,群落结构的变化积累到一定程度,净初级生产迅速下降到一个较低的水平,此后依靠群落结构的不断调节来维持这一功能水平.因此,群落结构是以渐变的方式改变的,而群落功能的下降则是以跃变的形式完成的.群落依赖于结构的不断调整来保持功能的相对稳定,但结构变化到一定程度也会导致功能的衰退.     

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.     

Effects of soil texture and precipitation on above-ground net primary productivity and vegetation structure across the Central Grassland region of the United States

Abstract. A potentially important organizing principle in arid and semi-arid systems is the inverse-texture hypothesis which predicts that plant communities on coarse-textured soils should have higher above-ground net primary productivity (ANPP) than communities on fine-textured soils; the reverse is predicted to occur in humid regions. Our objectives were: (1) to test predictions from the inverse-texture hypothesis across a regional precipitation gradient, and (2) to evaluate changes in community composition and basal cover on coarse- and fine-textured soils across this gradient to determine how these structural parameters may affect ANPP. Sites were located along a precipitation gradient through the Central Grassland region of the United States: mean annual precipitation ranges from 311 mm/y to 711 mm/y, whereas mean annual temperature ranges from 9 °C to 11 °C. For both coarse- and fine-textured sites in 1993 and 1994, August - July precipitation in the year of the study explained greater than 92% of the variability in ANPP. Soil texture did not explain a significant proportion of the variability in ANPP. However, soil texture did affect the proportion of ANPP contributed by different functional types. Forbs and shrubs made up a larger proportion of total ANPP on coarse- compared to fine-textured sites. Shrubs contributed more to ANPP at the drier end of the gradient. Basal cover of live vegetation was not significantly related to precipitation and was similar for both soil textures. Our results revealed that across a regional precipitation gradient, soil texture may play a larger role in determining community composition than in determining total ANPP.     

内蒙古地区羊草草原植被对温度变化的动态响应

 1981～1994年连续14年内蒙古羊草草原温度随时间变化结果显示,该区域温度变化具有不对称性,冬季最低均温升高明显,而最高温及平均温度无明显增加趋势。羊草草原气候的变化主要表现在冬季最低温的增加,而不是平均温度的增加。羊草群落的结构和功能对冬季最低均温变化的响应研究表明,随着冬季最低均温的升高,阿尔泰狗哇花(Heteropappus altaicus)和冰草(Agropyron michnoi)的重要值及地上初级生产力将明显增加,而寸草苔(Cares duriuscula)则呈下降趋势,作为群落主要优势种的羊草(Leymus chinensis)和大针茅(Stipa grandis)及其它优势植物对冬季最低均温变化反应不明显。同时,群落的生物多样性指数(Simpson指数、Shannon-Wiener指数)、物种饱和度及地上初级生产力对冬季最低均温也均无显著相关,14年间冬季最低均温的变化并没有对群落的结构和功能产生明显影响。然而,因寸草苔和冰草等少数优势植物对冬季最低均温变化反应的敏感,温度变化的幅度增加或时间延续很可能造成少数优势种在群落中地位的改变,进而可能导致羊草群落结构和功能的变化。这表明在进行气候变化的模拟和模型研究时,不能仅简单地考虑平均温度增加的情况,而应确定主导影响因子,从而了解草原生态系统对全球变化的响应,选取适宜的模型参数。     

Sensitivity of mean annual primary production to precipitation

In many terrestrial ecosystems, variation in aboveground net primary production (ANPP) is positively correlated with variation in interannual precipitation. Global climate change will alter both the mean and the variance of annual precipitation, but the relative impact of these changes in precipitation on mean ANPP remains uncertain. At any given site, the slope of the precipitation‐ANPP relationship determines the sensitivity of mean ANPP to changes in mean precipitation, whereas the curvature of the precipitation‐ANPP relationship determines the sensitivity of ANPP to changes in precipitation variability. We used 58 existing long‐term data sets to characterize precipitation‐ANPP relationships in terrestrial ecosystems and to quantify the sensitivity of mean ANPP to the mean and variance of annual precipitation. We found that most study sites have a nonlinear, saturating relationship between precipitation and ANPP, but these nonlinearities were not strong. As a result of these weak nonlinearities, ANPP was nearly 40 times more sensitive to precipitation mean than variance. A 1% increase in mean precipitation caused a ?0.2% to 1.8% change in mean ANPP, with a 0.64% increase on average. Sensitivities to precipitation mean peaked at sites with a mean annual precipitation near 500 mm. Changes in species composition and increased intra‐annual precipitation variability could lead to larger ANPP responses to altered precipitation regimes than predicted by our analysis.     

Inter‐annual variation in primary production of a semi‐arid grassland related to previous‐year production

Mean annual precipitation accounts for a large proportion of the variation in mean above‐ground net primary production (ANPP) of grasslands worldwide. However, the inter‐annual variation in production in any grassland site is only loosely correlated with precipitation. The longest record of variation in production and precipitation for a site corresponds to a shortgrass steppe in Colorado, USA. A previous study of this record showed that current‐year precipitation accounted for 39% of the inter‐annual variation in ANPP. In this note, we show that ca. one third of the unexplained variation is related to previous‐year ANPP: ANPP per mm of precipitation was higher in years preceded by wet, more productive years than in years preceded by average years; similarly, ANPP per mm of precipitation was lower in years preceded by dry, less productive years than in years preceded by average years. Since previous‐year ANPP was, in turn, associated with precipitation of a year before, current‐year ANPP was also explained by precipitation of two previous years. Our finding not only increases our predictive ability, but it also changes our understanding of how ANPP responds to fluctuations in precipitation. If ANPP is thought to vary according to current‐year precipitation only, it will simply track annual precipitation in time. According to this new result, however, ANPP fluctuations are buffered if wet, more productive years alternate with dry, less productive years, and they are amplified if wet or dry sequences of several years take place.     

Dynamics of root-shoot ratio and environmental effective factors of recovering Leymus chinensis steppe vegetation in Inner Mongolia, China

A field study was conducted to examine the relationships between the root-shoot ratio dynamics and the precipitation and temperature of the typical Leymus chinensis steppe recovering from grazing in Inner Mongolia, China. A former piece of pasture land that had been fenced off for 2 years was selected for the study, and aboveground and belowground biomass was collected from the study site along with local precipitation and temperature observations during the study period and was used in the analysis. The results indicated that 1) the seasonal change in both aboveground and belowground biomass in Leymus chinensis steppe demonstrated a pattern with a single peak occurring in August. 2) The root-shoot ratio showed a seasonal variation, with relatively high values at the beginning and the end of the growing season. The minimum ratio occurred in late August when the aboveground bio-mass reached its maximum. 3) The monthly root-shoot ratio was significantly correlated (p < 0.05) with the monthly precipitation two months ago, and with the mean temperature in the previous month. A regression model was built with the root-shoot ratio as the dependent variable, and precipitation and temperature as the independent variables. This regression could be used to model the monthly root-shoot ratio dynamics of Leymus chinensis steppe during the growing season.