羊草草原退化演替中的状态转变和可持续性

生态系统稳定性已经成为研究的热点,对于认识生态系统功能,科学进行生态系统管理提供了重要的理论基础。本文结合内蒙古锡林河流域羊草(Leymus chinensis)草原放牧退化演替特征,建立了适用于该区的结构-功能状态转变模型,综述了羊草草原放牧退化演替过程中出现的几种草地生态系统状态及其相互之间的转变条件及特征,并阐述了该区草地生态系统的不稳定性和利用方式的不合理性。由状态转变模型可知,内蒙古羊草草原退化演替过程中出现了4种不同退化状态,其中,不退化的羊草+杂类草、轻度退化的羊草+针茅和中度退化的羊草+糙隐子草3种群落具有相似的环境特征,且这3种状态之间既可正向也可负向相互转化。但是,当草地进一步退化到冷蒿群落时,群落结构和功能将会发生较大的变化,且环境条件也严重恶化。因此,冷蒿群落的恢复,可能无法完成向前一个状态糙隐子草群落的演替,而是出现一种新的功能较低的群落类型。     

不同改良措施下退化羊草草原恢复速率的研究

本文研究了内蒙古锡林河流域退化羊草草原在不同人工改良措施下的恢复速率。在羊草草原的典型退化地段,采用了三种恢复措施:(1)围栏禁牧自然恢复;(2)表面蔬松土壤;(3)翻耕播种羊草。经过五年的观察取样,利用定量分析方法分析了动态参数的变     

放牧影响羊草和大针茅草原土壤退化的微形态研究

研究了内蒙古高原东部温带半干旱典型草原地区中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站内锡林河流域羊草草原和大针茅草原在不同放牧强度条件下土壤退化过程中微形态特征的变化及其封育覆壮效果。供试土壤为羊草草原暗栗钙土系列:包括强度放牧、中度放牧、正常放牧、封育禁牧4个点和大针茅草原钙积栗钙土系列:包括强度放牧、中度放牧、正常     

内蒙古典型草原灌丛化对生物量和生物多样性的影响

通过样方调查,研究了内蒙古典型草原不同退化程度草地中小叶锦鸡儿 (Caragana microphylla Lam.)灌丛斑块空间分布格局、草地生物量及生物多样性特征。结果表明,从轻度到中度、重度退化草地,草本植物生物量呈减少趋势,小叶锦鸡儿生物量呈增加趋势,总生物量呈先减少后增加趋势;灌丛斑块生物多样性呈增加趋势,草地斑块生物多样性呈先减少后增加趋势,其中轻度退化草地中灌丛斑块生物多样性低于草地斑块,中度和重度退化草地中灌丛斑块生物多样性高于草地斑块。本研究认为,内蒙古典型草原灌丛化过程中,生态系统可能存在草本植物占优势或小叶锦鸡儿占优势这样两种稳定状态,这两种状态能维持较高生物量和生物多样性,而在由草本植物占优势向小叶锦鸡儿占优势转化的过渡阶段,系统不稳定,仅能维持较低生物量和生物多样性。     

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．     

基于能量属性的植物功能群划分方法探索——以内蒙古锡林河流域草原植物群落为例

植物功能群(plant functional groups, PFGs) 是具有确定的植物功能特征的一系列植物的组合,是生态学家为研究植被对气候变化和干扰的响应而引入的生态学概念.目前功能群研究中最核心的问题仍在于决定植物功能群划分的植物特征的选择上.以内蒙古锡林河流域草原植物群落为例,选取3个草原类型(羊草草原、大针茅草原和羊草草甸草原)及其退化梯度系列(未退化、轻度退化、中度退化、重度退化),在对植物热值进行分析测定的基础上,依据植物的能量属性-单位重量干物质在完全燃烧后所释放出来的热量值,采用人为分段的方法对草原植物进行了能量功能群的划分(高能值植物功能群、中能值植物功能群和低能值植物功能群).并探讨了这种能量功能群划分方法在草原植被动态研究中的客观性与可行性.     

蒙古高原典型草原植物群落的生物多样性特征及其放牧动态规律

在蒙古高原东南部锡林河流域和东北部克鲁伦河流域,我们以羊草(Aneurolepidiumchinense)草原和大针茅(Stipa grandis)草原为代表,研究了典型草原植物群落的多样性特征及其在放牧影响下的变化规律。     

草原蝗虫形态特征与扩散能力之间关系的探讨

利用内蒙古锡林河流域典型草原２３种蝗虫的形态测量数据,对蝗虫的扩散能力进行了分析,结果表明,草原蝗虫的扩散能力与形态特征有密切的关系。     

内蒙古锡林河流域典型草原初级生产力和土壤有机质的动态及其对气候…

应用Ｃｅｎｔｕｒｙ生态系统模型,作模拟内蒙古锡林河流域羊草草原和大针茅草原在１９８０￣１９８９年的生物量动态,并估测气候变化和大气ＣＯ２浓度倍增对典型草原初级生产力和土壤有机质含量的影响。Ｃｅｎｔｕｒｙ模拟的生物量季节动态和年际变化同野外实测值显地吻合。在大针茅草原,野外实测值为１４２．４５￣１４４．３７ｇ／ｍ＾２,而模拟值为１２７．０４￣１５６．２３ｇ／ｍ＾２;在羊草草原,野外实测值为２１０     

内蒙古锡林河流域植被退化的格局及驱动力分析

草地退化是中国北方草原面临的主要生态问题。该文以1984和2004年草原植被群落调查数据为主要依据, 以优势种、建群种和群落类型及其比例的变化作为主要指标, 并与20世纪80年代的植被类型图比较, 分析了内蒙古锡林河流域草地的退化趋势及其空间分布。根据流域内草地退化的实际情况, 将其分为未退化、轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化5种退化类型。另外, 根据近20年前后草地植被变化的实际情况, 又划分了恢复和盐化两个类型。结果表明: 草地退化呈现明显的空间分布, 以锡林河为标志, 总体上从上游到下游退化程度逐渐加剧, 表现为浑善达克沙地进入锡林河的部分及沿河地区为重度退化, 锡林浩特市以北的区域, 尤其是流域的西北部, 已经达到了极度退化; 流域中部的白音锡勒牧场主要是中度退化; 轻度退化则均匀地分布于整个流域; 未退化类型多分布于锡林河的西部, 锡林河中下游地区由于农田退耕、草地围封出现了一定程度的恢复; 锡林浩特市以北沿锡林河植被的盐化程度较重。不同的植被类型退化程度也不同, 沙地灌丛植被轻度退化比例较高, 占植被的43%; 羊茅(Festuca ovina)草原和榆树(Ulmus pumila)疏林沙地中度退化草地的比重较高, 超过50%; 贝加尔针茅(Stipa baicalensis)草原和无芒雀麦(Bromus inermis)杂类草草甸的重度退化面积达50%以上; 极度退化比例较大的有克氏针茅(S. krylovii)草原和小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)灌丛化草原。对于羊草(Leymus chinensis)草原, 以轻度和中度退化为主。导致不同区域和不同植被类型草地退化的原因也不尽相同, 从近20年的时间尺度来看, 过度放牧、不合理的居民点布局, 以及道路等是草地退化的主要人为驱动因子。研究结果还显示, 仅以生物量的变化来划分草地退化存在一定的局限性, 因此, 该文以群落优势种和建群种来表征草地的退化类型更具有客观性和实际的应用价值。     

Grazing Dynamics of the Species Diversity in Aneurolepidium Chinese Steppe and Stipa Grandis Steppe

Aneurolepidium chinense and Stipa grandis steppes are the two main community-types in the temperate,typical steppe zone of Eastern Mongolian plateau. The changes of their species diversity under grazing influence were studied on two representative grazing gradients, situated in the Xilin River Basin, Inner Mongolia. The results showed: The species richness of the two communities is reduced with the increase of grazing intensity,while their in dices of evenness and diversity on moderately grazed sites were higher than those on both ungrazed and heavily grazed sites. The diversity changes of the steppe community on grazing gradient depended mainly on the competitive exclusion of the species and the different effects of grazing on different species. These two functions could be integratively reflected by the synusia structure in communities. So the diversity of the synusia structure in a community was a measure of the degrees of differentiation of the ecological niches in it,and could be effectively used to interprete the species diversity changes. A moderate grazing intensity prevented the competitive exclusion of the dominant synusia,and at the same time,had no restrictions to the development of other synusia, which led to a diversified synusia structure with a high species diversity. Based on the species-area curve analysis, the measurement of large nested quadrats on homogeneous habitat was suggested as a suitable method for inventory and monitoring species diversity in the steppe area.     

内蒙古退化荒漠草原土壤有机碳和微生物生物量碳含量的季节变化

为探明荒漠草原土壤有机碳（SOC）和微生物生物量碳（MBC）含量特征,分别在内蒙古达茂旗、四子王旗和苏尼特右旗设置样地,依次代表轻度、中度和重度退化草地,分析了不同样地表层土壤(0～20 cm)SOC和MBC含量变化及季节动态.结果表明：退化草地SOC和MBC含量均随草地退化程度增加而减小;除2006年夏季外,轻度、中度退化荒漠草地的土壤可培养微生物总数都高于重度退化荒漠草地;MBC含量和土壤可培养微生物总数均在夏秋季较高,春冬季较低.相关分析结果显示,SOC含量与MBC含量之间呈极显著正相关（P<0.01）,说明两者均可作为评价荒漠草原草地退化的敏感指标.     

不同放牧强度下冷蒿种群小尺度空间格局

时间、空间格局的发展和维持及其对种群和生态系统的影响一直是生态学研究的中心议题 ,这些问题的核心是观察的尺度怎样影响格局的描述。冷蒿 (Artemisia frigida)种群伴随着典型草原退化演替的各个阶段 ,对其所在群落的结构和功能具有重要的影响。应用 Ripley's K函数以及蒙特卡罗 (Monte Carlo)随机模拟方法 ,定量分析了 4种放牧强度下冷蒿种群在 0～10 0 cm尺度上的空间格局及其随尺度的变化规律 ;研究了放牧对冷蒿种群空间格局的影响以及冷蒿在放牧胁迫下的生态适应对策。并以放牧条件下冷蒿的生活史特征、生态适应对策以及群落内植物种间的相互作用为基础 ,探讨产生和维持这些格局的机理。研究结果表明 :1放牧对冷蒿种群空间格局有显著影响。同一放牧强度下冷蒿种群在不同尺度 (0～ 10 0 cm)上的空间格局存在显著差异 ;2在 0～ 10 0 cm尺度上 ,无牧、轻牧条件下冷蒿种群的空间格局为聚集分布 ;中牧条件下在 0～ 6 0 cm尺度上冷蒿种群的空间格局为聚集分布 ,而在 6 0～ 10 0 cm尺度上为均匀分布 ;重牧条件下在 0～ 72 cm尺度上冷蒿种群的空间格局为聚集分布 ,而在 72～ 10 0 cm尺度上为均匀分布 ,这与其自身的生物学特性和种群对放牧压力的生态适应对策密切相关 ;3放牧活动的加剧改变了群落中的各种     

内蒙古锡林郭勒克氏针茅退化草原土壤种子库特征

以内蒙古锡林郭勒地区克氏针茅(Stipa krylovii)草原不同退化等级群落为对象,研究克氏针茅退化草原可萌发土壤种子库特征.结果表明,随着草原退化程度的增加,不论是土壤总种子库还是持久土壤种子库,组成和密度均明显下降, 重度和极度退化草原土壤总种子库密度下降至仅为轻度退化草原的46.8%和11.1%.代表土壤总种子库的4月份取样, 轻度、中度、重度和极度退化草原各样地0～9 cm土壤种子库密度分别为2800、1278、1311和311粒·m-2;代表持久土壤种子库的6月底取样,4个样地土壤种子库密度分别为1667、967、334和167粒·m-2.多数植物土壤种子库主要分布在0～6 cm土层,各样地种子库密度随土壤深度的增加而减少,轻度、中度、重度和极度退化草原4月份0～6 cm土层种子库分别占总种子库(0～9 cm)的98.4、96.5、95.8 和85.7%.不同退化等级草原地上植被与土壤种子库的Sorensen相似性指数介于0.24～0.48.     

内蒙古草原草场放牧退化模式研究及退化监测专家系统雏议

本文将定位研究与路线考察相结合,将放牧影响下草原的动态演替及其在牧压梯度上的空间变化相对比,研究了内蒙古主要草原草场的放牧退化模式,并在此基础上初步探讨了判别草场退化的数量指标和退化监测专家系统。1)植物种与牧压关系的分析,区别出放牧的定性和定量指示植物及宜中牧植物,并划分植物为不同的放牧生态种组。2)退化草原恢复过程的研究表明,根茎禾草的恢复快于丛生禾草;群落恢复过程是单稳态的,且恢复演替动态与其牧压梯度上的空间变化相对应。3)内蒙古高原主要草原草场在持续放牧影响下均趋同于冷蒿(Artemisia frigida)草原。冷蒿是最可靠的正定量放牧指示植物,但同时又是优良牧草和草原退化的阻击者。4)讨论了草原草场退化的概念,论述了草原逆向演替与草场退化的区别和联系,提出了区分草原的逆向演替为草场熟化和退化两个过程,并依草场群落与牧压的关系建立了判定草场是否退化及退化程度的数量指标。5)初步设计了草原草场退化监测—决策专家系统,包括监测、判别和决策三个步骤。     

Impact of grazing on soil carbon and microbial biomass in typical steppe and desert steppe of Inner Mongolia

The potential of grazing lands to sequester carbon must be understood to develop effective soil conservation measures and sustain livestock production. Our objective was to evaluate the effects of grazing on soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), microbial biomass carbon (MBC) in Typical steppe and Desert steppe ecosystems, which are both important grassland resources for animal grazing and ecological conservation in China, and to derive region-specific soil C changes associated with different stocking rates (ungrazed, UG; lightly grazed, LG; moderately grazed, MG; heavily grazed, HG). This study substantiated that significant higher SOC, TN and MBC appeared with the treatment of LG in typical steppe. From 2004 to 2010, grazing treatments increased soil carbon storage in desert steppe, which was partly due to the grazing history. The higher MBC concentration and MBC/SOC suggest a great potential for carbon sequestration in the desert steppe ecosystem. The greater MBC in desert steppe than typical steppe was mainly the result of higher precipitation and temperature, instead of soil substrate. The change of MBC and the strong positive relationships between MBC and SOC indicated that MBC in the soil was a sensitive index to indicate the dynamics of soil organic carbon in both steppes in Inner Mongolia of China.     

利用多时相近地面反射波谱特征对不同退化等级草地的鉴别研究

 草地各退化等级群落反射波谱特征之间的差异性大小与草地类型和生长季节有关,羊草(Leymus chinensis)草原不同退化等级群落反射波谱特征之间的差异在6月底最为显著,在5月底的差异最不明显, 大针茅(Stipa grandis)草原不同退化等级群落反射波谱特征之间在7月底、8月底的差异最为显著,在5月底和6月底的差异最不明显。植被指数(NDVI)在5月底、6月底和9月底在各草地类型的不同退化等级群落中都无显著差异,而在7月底、8月底差异显著程度也小于各波段反射率。主分量分析(PCA)和模式识别分析结果表明：对于羊草草原退化生态系列的不同退化等级群落分类效果最佳的鉴别函数是蓝光、红光和近红外波段反射率的线性组合,最佳分类时间在6月底,平均错误概率仅为0.7%,5月底进行分类效果最差,平均错误概率为12%左右,7月底、8月底、9月底的分类效果居中;对大针茅草原退化生态系列的不同退化等级群落分类效果最佳的鉴别函数是蓝光、绿光和近红外波段3个反射率的线性组合,在7月底和8月底进行分类效果最好,分类的平均错误概率为4％左右,9月底的分类效果最差,平均错误概率达10%左右。     

近10年来蒙古高原植被覆盖变化对气候的响应

基于东亚干旱半干旱地区内蒙古和蒙古国67个气象站的观测资料和SPOTVEGETATION归一化植被指数(NDVI)数据,借助线性趋势、MK趋势性检验、最大化合成法和相关分析等常用数理统计方法,研究了内蒙古和蒙古国地区的植被覆盖变化和气候变化及其响应关系。结果表明:①近49年内蒙古和蒙古国地区年均气温显著上升,降水变化不明显。年均气温在空间上呈现出南高北低的空间分布格局,降水量表现出由西向东递增趋势。②空间分布上,内蒙的植被覆盖状况好于蒙古国。时间变化上,该地区植被覆盖变化分为2个阶段,1998—2001年NDVI呈整体退化趋势,2002—2012年波动上升,其中2009—2012年连续3a上升。空间变化上,内蒙古境内植被退化的区域主要集中在锡林郭勒盟周边地区,蒙古国境内退化的区域分布在中西部地区。③蒙古国境内荒漠和草原植被NDVI与降水呈正相关关系,与气温呈负相关。而对于内蒙古而言荒漠和草原植被的NDVI也与降水呈正相关关系,森林植被与气温呈正相关。就政策层面:内蒙古区域近年来受国家重大生态政策退耕还林、退牧还草的影响,大部分东部和西部植被恢复较快。在今后如果增强两国的文化和政策交流学习,将会对未来的游牧民族文化的保留和发展提供契机。     

Forage nutritional characteristics and yield dynamics in a grazed semiarid steppe ecosystem of Inner Mongolia,China

In the steppe of Inner Mongolia, forage is the only source of feed for sheep. The forage intake of sheep can be characterized in both quantity and quality terms, which are determined by environmental and anthropogenic factors and grazing has a strong effect on steppe productivity and the grassland ecosystem. Evaluation of forage quality and quantity is therefore of critical importance. The effects of grazing intensity, interannual variability effects, and species composition on aboveground net primary productivity (ANPP) and forage nutritional characteristics were investigated in a controlled grazing experiment along a gradient of 7 grazing intensities (from non-grazed to very heavily grazed) over six years (2005–2010) on typical steppe in Inner Mongolia. Forage nutritional characteristics were defined by the nutritional value (concentrations of crude protein (CP), cellulase digestible organic matter (CDOM), metabolizable energy (ME) and neutral detergent fibre (NDF)) and the nutritional yield. The forage nutritional yield is a function of ANPP and the forage nutritional value. Forage nutritional value increased but ANPP and nutritional yields decreased with increasing grazing intensity. The inter-annual variation of ANPP, forage nutritional value and yield were weakly linked to the inter-annual variability of precipitation. However, ANPP and nutritional value also varied during the growing season, depending on the seasonal distribution of precipitation and temperature, which influence forage digestibility (CDOM) and metabolizable energy (ME), with higher CDOM and ME under high seasonal precipitation and low seasonal mean temperature. Forage nutritional value and yield, as well as ANPP, were predominantly determined by the dominant species rather than by species diversity. The results suggest that forage nutritional yield in the Inner Mongolian steppe is predominantly determined by the ANPP and only to a minor extent by forage nutritional value, and is predominantly determined by the dominant species and only to a minor extent by species diversity. Therefore, herbage productivity seems to be the most limiting factor in managing this steppe ecosystem as a feeding resource for livestock and to be the best ecological and environmental indicator for grassland management practices.