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。     

Effects of fertilization and clipping on species diversity,productivity and their relationship in subalpine meadow

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。     

刈割、施肥和浇水对矮嵩草补偿生长的影响

通过对青海海北高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸进行为期3年的野外控制试验, 研究了刈割(留茬1 cm、3 cm及不刈割)、施肥(2.5 g·m^-2尿素+ 0.6 g·m^-2磷酸二胺、不施肥)和浇水(20.1 kg·m^-2、不浇水)处理对矮嵩草补偿生长(包括分株密度、株高和分株地上生物量)的影响, 及其比叶面积、叶片净光合速率和相对增长率的变化, 探讨矮嵩草补偿生长的机制。研究结果表明: 刈割后, 矮嵩草的补偿生长高度和比叶面积显著降低; 分株密度有增加的趋势, 但会随刈割强度的增加而下降; 株高和生物量的相对增长率随刈割强度的增加而呈上升趋势; 补偿地上生物量在重度刈割处理下最高。施肥能显著增加矮嵩草的补偿高度、分株密度、补偿地上生物量、株高相对增长率、生物量相对增长率、比叶面积和净光合速率; 与不浇水处理相比, 浇水处理对重度刈割处理下的分株地上生物量、密度相对增长率、比叶面积和净光合速率无影响, 而显著降低了中度刈割处理下的补偿高度和株高相对增长率, 提高了不刈割处理下的分株密度和重度刈割处理下的生物量相对增长率。刈割、施肥和浇水处理的交互作用也显示出刈割与施肥对矮嵩草补偿生长具有拮抗效应, 而刈割与浇水具有协同效应。上述结果说明, 矮嵩草在刈割后可通过增加分株密度和相对增长率等途径来提高补偿能力, 弥补在生长高度上出现的低补偿, 而施肥可显著抵消刈割的不利影响, 提高矮嵩草的补偿能力。     

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。     

施肥和刈割对冷地早熟禾补偿生长的影响

以青藏高原东部高寒草甸常见牧草冷地早熟禾(Poa crymophila)为研究对象,比较研究了肥力和不同刈割处理对植物生长和生物量补偿的影响。实验采用随机设计,肥力分为施肥和不施肥,刈割处理为刈割时间、刈割频度和刈割强度3因子组合。结果表明:不刈割情况下,施肥显著促进冷地早熟禾的生长,而在刈割情况下,施肥对植物的生长没有明显的促进作用甚至有负作用。不施肥,刈割可促进冷地早熟禾地上生物量的增加并发生超补偿,但补偿程度因刈割强度、刈割频度和刈割时间而异;施肥时,刈割没有或很少促进植株发生超补偿。超补偿发生时,资源贫瘠的条件可能是必需的。冷地早熟禾发生超补偿可能是以损耗地下部分的资源为代价的,刈割刺激分蘖的增加对超补偿的发生也有一定的贡献。     

长期氮添加对草甸草原生态系统氮库的影响

大气氮沉降增加深刻影响生态系统物种多样性、生产力及其稳定性,研究草原生态系统N库如何响应不断增加的大气氮沉降至关重要。本研究在内蒙古额尔古纳草甸草原开展刈割和不同水平外源氮添加试验,设置6个氮添加水平: 0、2、5、10、20和50 g·m^-2·a^-1,同时设置刈割处理,分为刈割和不刈割2个水平。在连续处理的第7年,采集群落中优势植物地上部分、群落根、地表凋落物和0～100 cm分层土壤样品,测定N含量并计算N库储量。结果表明: 氮添加显著增加植物地上部分和凋落物N含量,以及羊草、植物群落和凋落物的N库及生态系统N库总量。刈割处理显著增加羊草叶片和凋落物N含量,降低羊草、植物群落和凋落物N库,但并不改变它们对氮添加的响应格局。此外,刈割和氮添加对植物群落N库存在显著的交互作用。在不刈割处理下,高水平氮添加使更多的氮储存在凋落物中等待分解,植物群落N库的饱和阈值出现在10 g·m^-2·a^-1;在刈割处理下,植物群落N库表现为随氮添加量增加而不断增加,并且在相同水平氮添加条件下刈割后进入到植物群落N库中的氮更多。刈割可以缓解氮沉降不断增加对生物多样性和生态系统稳定性造成的不利影响,并可以在一定程度上推迟氮沉降增加引起的生态系统氮饱和的发生。     

刈割后两种不同体型植物的补偿式样对比研究

 对比了两种不同体型植物燕麦（Avena sativa）和油菜（Brassica campestris） 在不同施肥水平下的刈割反应特点。结果表明：对于燕麦而言,在不施肥条件下,3个时期的轻度刈割处理与对照相比,其生物量、总生物量、果重、果数等都有增加,但只有某些指标出现超补偿;在施肥条件下,各种刈割处理后均没有发生超补偿。并且无论施肥与否, 分蘖期与拔节期的补偿指数均高于抽穗期的补偿指数。可以认为,不施肥条件下营养期轻度刈割处理较有利于燕麦的补偿生长。对于油菜而言,花蕾期轻度刈割处理后植物补偿指数最大,且施肥条件下的补偿指数高于不施肥条件下的补偿指数。比较两种植物在不同资源下补偿反应的特点,可认为因休眠芽位置及其活动方式不同而所造成的体型差异对植物的补偿反应式样有很大影响。     

刈割和施肥对高寒草甸物种多样性和功能多样性时间动态及其关系的影响

强烈扰动和环境胁迫对植物群落的物种多样性(SD)和功能多样性(FD)有重要影响, 但SD和FD随时间的变化模式及其关系至今少有研究。该研究通过对高寒矮生嵩草(Kobresia humilis)草甸为期7年(2007-2013年)的刈割(3个水平: 不刈割、留茬3 cm和留茬1 cm)和施肥(2个水平: 施肥和不施肥)控制实验探讨了SD和FD随时间的变化模式及其关系。研究结果显示: (1)刈割显著增加了SD和FD, 施肥处理则降低了SD, 对FD增加仅有微弱影响; (2)各处理群落的SD随着时间而下降, FD则随时间增加; (3)随着刈割强度的增加, SD(x)-FD(y)关系由正线性相关变为无相关, 斜率大小为slope_l ≥ slope_m > slope_h (下标l、m和h分别表示轻度、中度和重度扰动强度), 施肥并不会改变此关系形式和斜率; (4)刈割与施肥对SD和FD的互作效应都不显著, 且不施肥群落SD(x)-FD(y)关系的斜率也为slope_l ≥ slope_m > slope_h。上述结果说明, 刈割并不一定导致植物功能性状的趋同构建, 也能引发趋异构建, 而施肥引起的强烈种间竞争也并未显著增强趋异构建过程, 这与植物群落构建理论的预测不完全一致。与施肥相比, 刈割扰动是决定群落中SD-FD时间关系形式的主要因素, 并决定着SD-FD关系斜率的变化。     

刈割强度对冷蒿可溶性碳水化合物的影响

通过对播种、移植于大小不同花盆的1年龄和多年龄冷蒿进行刈割实验。探讨冷蒿在不同刈割强度下可溶性碳水化合物含量和库的变化。结果表明。在不同的刈割强度下。冷蒿可溶性碳水化合物含量表现为：刈割1／4和刈割2／4比不进行刈割和刈割3／4高。可溶性碳水化合物库表现为：刈割1／4＞对照＞刈割2/4＞刈割3／4;刈割后在不同的资源与空间。冷蒿体内可溶性碳水化合物含量和可溶性碳水化合物库均表现为：大盆＞小盆＞移栽盆;在不同的刈割强度下生物量发生明显的变化,刈割1／4冷蒿生物量比对照增加,出现超补偿生长。别割3／4生物量降低。出现欠补偿生长。说明适度的干扰有利于冷蒿碳水化合物、生物量的积累;可利用资源、空间越多。可溶性碳水化合物含量越高。可溶性碳水化合物库的变化趋势与再生生长的趋势一致。说明可溶性碳水化合物库可以表征再生生长能力。     

种群密度与施肥对垂穗披碱草刈割后补偿作用的影响

 以甘南亚高山草甸常见牧草垂穗披碱草(Elymus nutans)为对象,通过考察种群密度、施肥与刈割处理等对植物生长和生殖的影响效应,比较了垂穗披碱草在5个密度及2个施肥实验处理条件下对4种刈割处理的补偿性反应特点。结果表明,在所有密度及施肥处理条件下,早期轻度刈割处理 (分蘖期刈割,留茬4 cm) 都有利于植物的补偿作用,后期重度处理 (拔节期刈割,留茬2 cm) 可显著降低植物的地上部分生物量及生殖部分干重 (穗重)。在不施肥情况下,刈割对垂穗披碱草的影响程度随种群密度而加大,在低密度处理中早期轻度刈割的植物发生了超补偿。可以认为,低密度种群中植物具有较多的分蘖是植物在刈割后表现出较高补偿能力的一个重要生物学原因。实验还发现,施肥可提高植物个体的分蘖能力和秆叶再生能力,因而总体上可增强植物的补偿能力,并且在中等密度条件下垂穗披碱草的补偿能力较强,尽管没有发生超补偿现象。不过,施肥主要是有利于植物地上营养器官的补偿,生殖器官的补偿程度较小一些。试验结果对科学管理人工草场具有一定的指导意义。     

土壤肥力和物种属性决定亚高寒草甸实验群落的生产力

生物多样性与生态系统功能之间的关系及其形成的内在机制还存在很多争议。为了揭示植物群落生产力形成的生态学机制, 采用盆栽方法探讨了物种多样性、物种属性以及施肥水平与植物群落生产力之间的关系。研究结果显示: 在不施肥和每盆施5.0 g磷酸二铵的条件下, 随着物种多样性的增加, 地上生物量增加不显著; 在每盆施10.0 g磷酸二铵的条件下, 随着物种多样性的增加, 地上生物量显著增加。相对于中华羊茅(Festuca sinensis)而言, 垂穗披碱草(Elymus nutans)和垂穗鹅观草(Roegneria nutans)对群落生产力的贡献较大, 但在不同施肥水平和播种密度下, 其影响不完全相同。这表明物种多样性对群落生产力的影响随着土壤肥力的变化而变化; 并且植物群落生产力受组成群落的物种属性影响较大, 而物种属性又与特定时间和特定生境下资源的利用方式相联系。在高肥力水平下, 物种多样性之所以对群落生产力具有正效应, 可能是因为高肥力水平增加了可利用的生态位空间, 最终仍体现在物种组合上。因此, 植物群落的生产力与物种多样性之间没有必然的联系, 而与土壤肥力和土壤肥力决定的物种属性有关。     

施肥和杂草多样性对土壤微生物群落的影响

常年使用化肥和除草剂以及农业新技术的高投入,使我国粮食主产区耕地出现了生产力降低、土壤生物多样性失调和污染严重等生态问题。采用磷脂脂肪酸(PLFA)方法来评估施肥和杂草多样性对冬小麦土壤微生物群落结构的影响。实验采用裂区实验设计,施肥作为主因素,杂草多样性作为次因素。化肥和有机肥两个施肥处理,在两个施肥处理中进行杂草多样性设置,实验盆中心种植作物(冬小麦8株),四周种植杂草(8株),杂草种类选择野燕麦、苜蓿、菊苣、播娘蒿。杂草多样性处理设为0、1、2、4种杂草处理,0种杂草处理仅种植作物,有6盆;1种杂草处理为每盆种1种杂草,有12盆;2种杂草处理为每盆种两种杂草,有12盆;4种杂草处理为每盆种4种杂草,有6盆。结果表明:在两种施肥处理中,增加杂草多样性显著增加了土壤碳氮比和p H值,碳氮比都是在4种杂草处理中最高。施化肥处理中,增加杂草多样性显著影响真菌和细菌比,真菌和细菌比在4种杂草处理中最大,显著高于0、1、2种杂草处理。在施有机肥处理中,增加杂草多样性显著影响阳性菌和阴性菌比,阳性菌和阴性菌比在0种杂草处理中最低,显著低于1、2、4种杂草处理。在两个施肥处理中,土壤碳氮比与各类群微生物量显著相关,杂草多样性通过改变土壤碳氮比改变微生物群落构成,并且微生物群落结构转变方式不同。     

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.     

刈割强度对大针茅草原地上生物量时间稳定性的影响

在草地刈割过程中, 群落地上生物量的时间稳定性与物种多样性及物种异步性关系密切。本文基于2014-2018年的野外刈割实验, 研究了围封(对照, 无刈割)、轻度(留茬8 cm)、中度(留茬5 cm)和重度(留茬2 cm)等不同刈割强度对内蒙古大针茅(Stipa grandis)典型草原地上生物量时间稳定性的影响。结果表明: (1)与围封相比, 刈割对群落时间稳定性无显著影响, 但对种群平均时间稳定性影响显著, 重度刈割处理的种群平均时间稳定性显著降低; 且种群平均时间稳定性与群落时间稳定性无显著相关关系, 表明这二者独立波动。(2)与围封相比, 重度刈割处理的物种丰富度显著降低, 但它与群落时间稳定性无显著相关关系, 表明物种丰富度不是群落地上生物量时间稳定性的主导因素; 此外, 重度刈割处理的群落抵抗力显著降低, 但也与群落时间稳定性无显著相关关系。(3)异步性与群落稳定性存在极显著正相关关系, 但刈割对异步性无显著影响, 故未造成群落稳定性显著变化。因此, 异步性可能是影响群落时间稳定性的主导效应之一, 在草地管理与利用过程中, 可从物种异步性角度来对草地稳定性进行评价。     

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。     

刈割与施肥干扰下高寒草甸植物功能性状的构建模式

针对目前关于植物群落功能性状构建模式及其驱动因素存在的争议, 研究了33个物种10个功能性状的构建模式。研究结果显示: (1)在刈割-施肥复合梯度上, 这些功能性状主要表现为随机构建模式, 发生随机性和确定性构建的样方比例分别为82.7%和17.3%; (2)在10个功能性状中, 生长型、生活周期、单株地上干质量、叶面积和叶干质量5个功能性状为随机构建模式, 不受试验处理和群落特征(地上净初级生产力、刈割生物量损失、群落高度)变化的影响。植物倾斜度、繁殖方式、固氮性、株高和比叶面积5个功能性状的构建模式与试验处理或群落特征变化有关, 表现出趋同或趋异构建响应。其中, 植物倾斜度和比叶面积的构建模式仅受群落特征影响, 而固氮性、繁殖方式和株高3个性状的构建模式同时还受刈割或施肥处理的影响, 其构建模式因功能性状而异; (3)群落的生物量损失和地上净初级生产力是解释植物功能性状构建模式变化较理想的群落特征; (4)刈割和施肥处理对株高的构建模式具有相反效应, 而刈割和施肥的交互作用对其无显著影响。上述结果说明该研究群落植物功能性状的构建存在不同模式, 以随机构建模式为主, 确定性构建模式居次要地位。确定性构建模式与试验处理和群落特征变化有关, 而且是性状依赖的。相反选择力对趋同和趋异构建模式的平衡效应能引起功能性状发生随机构建。     

氮素添加和刈割对内蒙古弃耕草地土壤氮矿化的影响

以内蒙古多伦县恢复生态学试验示范研究站弃耕10余年的草地为研究对象,于2006年起分别设置对照、氮素添加、刈割和氮素添加+刈割4种处理,每种处理6次重复,研究弃耕草地氮素添加和刈割对土壤氮矿化的影响,结合土壤理化性质和植被地上生产力的动态变化,分析弃耕草地土壤氮矿化对植被恢复的响应,为当地草地恢复与重建提供理论依据和数据支持。实验结果表明:1氮素添加显著增加了植物地上净初级生产力(ANPP)和土壤无机氮库,与对照相比分别提高115%和196%,同时显著提高了土壤总硝化速率;但是氮素添加对总氨化速率、土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量碳氮比(MBC/MBN)、微生物呼吸(MR)以及呼吸熵(q CO2)均无显著影响;2总氨化速率和硝化速率对刈割处理的响应均不显著,但是刈割处理显著降低了土壤MR(P0.05);3氮素添加+刈割处理5—7a后,土壤总氨化和硝化速率均无显著变化;但是氮素添加+刈割处理显著增加了ANPP、土壤无机氮库和q CO2,同时显著降低了MBC和MBC/MBN。这说明在弃耕草地适应性管理中,氮素添加可以显著提高草地生产力,但是长期的氮添加对土壤微生物氮的转化是否有利还值得我们进一步研究。