不同干扰对黄土区典型草原物种多样性和生物量的影响

对黄土区典型草原进行封育+施肥(EF)、封育+火烧(EB)、封育(E)和放牧(G)处理,实地调查分析群落盖度、高度、密度、地上现存量和物种多样性,以研究不同干扰对黄土区典型草原群落物种多样性和生物量的影响.结果表明:在4种干扰类型中,施肥+封育草地群落盖度和地上生物量最高,且优势度指数最高,这与禾本科草占优势地位有关,群落均匀度指数和多样性指数最低,符合“生态位理论”;放牧地群落高度、盖度、密度和地上现存量最低,群落丰富度指数和多样性指数最高,支持“中度干扰理论”;封育地密度和均匀度指数最高;具体表现为:4种干扰类型地上生物量的变化趋势为封育+施肥＞封育+火烧＞封育＞放牧;说明长时间的封育对草地是一种严重干扰.群落丰富度指数(R和Ma)的排列顺序为放牧＞封育+施肥＞封育+火烧＞封育,群落物种多样性指数(H'和D)的排列顺序为放牧＞封育＞封育+火烧＞封育+施肥,优势度指数与多样性指数相反,群落均匀度指数(Jsw和Ea)的排列顺序为封育＞放牧＞封育+火烧＞封育+施肥.不同干扰样地群落生产力与Shannon-Wiener和Simpson 多样性指数间呈负相关关系,这个结论可以用地上/地下竞争的相互作用来解释.     

不同植被被覆下温性草原土壤养分分异特征

以青海湖区4种不同植被被覆下温性草原为对象,研究在自然及放牧因素影响下土壤异质性分布格局.结果表明:速效养分(速效氮、速效磷、速效钾)具有明显的分层特征,表层土壤含量最高,随土层加深含量逐渐降低.紫花针茅退化样地各层土壤速效养分含量普遍低于其他3个样地,恢复时间较长的样地(早熟禾样地)和有外来物质输入的样地(赖草样地)含量较高.全量养分表现不同,全氮含量表现出分层现象,退化和恢复时间短样地(紫花针茅退化样地、垂穗披碱草样地)表层(0～10 cm)和第二层(10～20 cm)全氮含量高,下层含量迅速降低;早熟禾样地和赖草样地各层全氮含量都较高;全磷含量随土层降低没有出现显著差异(P＞0.05),紫花针茅退化样地0～40 cm土层全磷含量都显著低于其他样地(P＜0.05),其全钾和有机质含量也普遍低于其他样地;有机质与全量养分、速效养分均呈现极显著相关(P＜0.01).随土层加深土壤容重增高,退化使土壤pH值升高.退化温性草原在恢复6a后土壤基本得到恢复,人类扰动和自然因素都影响到土壤养分状况.     

呼伦贝尔典型退化草原土壤理化与微生物性状

以内蒙古克鲁伦河流域呼伦贝尔典型草原为对象,设置了轻度、中度和重度退化3种类型样地,研究不同程度退化草原的物种组成、地上生物量、土壤理化性状、土壤微生物数量和酶活性,以及微生物生物量的变化.结果表明: 中度退化样地的群落物种丰富度最大,轻度退化样地的地上生物量显著高于重度退化样地.退化样地的土壤水分、养分(有机质、全氮),微生物量碳、氮,以及微生物数量和酶活性显著下降,土壤容重显著增加.退化样地的土壤微生物生物量碳、氮在128～185和5.6～13.6 g·kg^-1,土壤脱氢酶和脲酶活性均与土壤容重呈显著负相关,与土壤全氮、有机质、微生物数量以及微生物生物量碳、氮呈显著正相关,地上生物量与土壤细菌和真菌数量呈不同程度的正相关.     

火烧及微地貌对高原湿草甸优势种华扁穗草地上部灰分含量及热值的影响

为探讨火烧干扰以及微地貌差异对高原湿草甸植被的影响,以高原湿草甸优势种华扁穗草( Blysmus sinocompressus Tang et F. T. Wang)为研究对象,分别在经历火烧干扰和未烧的湿地中选择平地和地垄作为样地,研究了不同生长期以及不同年份华扁穗草地上部的灰分含量和热值(包括干质量热值和去灰分热值)变化。结果表明：在火烧平地、火烧地垄、未烧平地和未烧地垄4类样地中,不同生长期以及不同年份间华扁穗草地上部的灰分含量和热值均有一定差异。在火烧平地、火烧地垄和未烧平地3类样地中,与生长初期相比,生长旺盛期华扁穗草地上部的灰分含量均降低,其干质量热值和去灰分热值均升高;而在未烧地垄样地中,与生长初期相比,生长旺盛期华扁穗草地上部的灰分含量显著升高,其干质量热值和去灰分热值则均略降低。从样地类型看,在生长旺盛期,平地样地中华扁穗草地上部的灰分含量均低于地垄样地,其干质量热值和去灰分热值均高于地垄样地,其中,其灰分含量在火烧平地样地中最低、在未烧地垄样地中最高;其干质量热值和去灰分热值在火烧地垄样地中均最低、在未烧平地样地中均最高,但总体无显著差异。随时间推移,火烧样地特别是火烧平地样地中华扁穗草地上部的灰分含量增加,而其干质量热值和去灰分热值则有所降低但总体上与未烧样地间无显著差异。总体上看,在火烧样地中,华扁穗草地上部的干质量热值和去灰分热值低于未烧样地;而在平地样地中,其干质量热值和去灰分热值高于地垄样地。研究结果显示：火烧干扰和微地貌差异对华扁穗草地上部的灰分含量和热值均有一定的影响,据此,建议将植物地上部的灰分含量和热值作为高原湿草甸植被优势种响应环境扰动的参考指标。     

Responses of growth of four desert species to different N addition levels

Aims The increase in atmospheric N deposition has accelerated N cycling of ecosystems, thus altering the structure and function of ecosystems, especially in those limited by N availability. Studies on the response of plant growth to artificial N addition could provide basic data for a better understanding of how the structure of grasslands in northern China responds to increasing N deposition. Methods We investigated the seasonal dynamics of plant growth of four species after 2-year multi-level N addition in a field experiment conducted in a desert steppe of Ningxia in 2011. Plant biomass and the relative growth rate (RGR) of the studied species were measured and their relationships with C:N:P ratios of plants (community and leaf levels) and soils were analyzed. Important findings Results in 2012 showed that 2-year N addition promoted the growth of the four species and the effects were different among growth forms and were species-specific. In general, the plant biomass of the studied species was significantly correlated with leaf N concentration, leaf N:P ratio, community N pool, soil total N content and soil N:P ratio, while only weak relationships were observed between plant biomass and C:N and C:P ratios of plants and soils. In contrast, there was a significant linear relationship between RGR and N:P ratios both of plants and soils.Our results suggest that short-term N addition promoted the accumulation of plant biomass, and the species-specific responses to stimulated N addition can directly affect the structure of the desert steppe ecosystem. Plant N:P ratio and soil N:P ratio could indicate nutrient limitation of plant growth to a certain extent: N addition increased soil N content and N:P ratio, and thus relieved N limitation gradually. Once more N is available to plants, the growth of plants and the accumulation of community N was stimulated in turn.     

高寒草甸高原早熟禾个体性状对放牧与围封的响应

植物对放牧的响应是植物在响应过程中为生存和繁殖所形成的适应策略,研究植物表型反应对揭示草原生态系统的放牧响应机制具有重要意义。以青藏高原高寒草甸主要植物高原早熟禾(Poa alpigena)为研究对象,通过放牧和围封试验,研究其个体性状对放牧与围封的响应,旨在为草原生态系统放牧机制提供理论依据。结果表明:1)在长期放牧干扰下,除叶片数和根重外,其他性状株高、分枝数、叶长、叶宽、叶面积、茎粗、茎长、根长、根粗、穗长、总叶质量、单叶质量、茎重、穗重、全株重均出现显著变小的特征(P0.05);而短期围封对于高原早熟禾叶长、叶宽、总叶质量、单叶质量、茎重、穗重、根重等功能性状的恢复效果并不显著(P0.05),表明放牧退化草原植物性状具有保守性;2)通过构建高原早熟禾性状可塑性变化谱,发现穗重、茎重、全株重、分蘖数、茎长、株高等可塑性幅度较大,为放牧响应的敏感指标,叶片数、叶宽、茎粗、根粗的可塑性变化幅度较小,为惰性性状。     

基于MODIS数据的松嫩平原西部芦苇湿地地上生物量遥感估算

芦苇作为湿地生态系统中重要的群落类型,其地上生物量是衡量湿地生态系统质量的关键指标。应用面向对象的土地覆盖分类技术,基于多季相Landsat8 OLI遥感数据,提取松嫩平原西部芦苇湿地分布信息;依托野外实测芦苇地上生物量数据(AGB)和同期MODIS数据源的NDVI、EVI、RVI、MSAVI和WDVI 5种光谱植被指数,探讨不同光谱植被指数对芦苇AGB的敏感性,进而构建松嫩平原西部芦苇AGB遥感估算最优模型,并进行芦苇AGB遥感反演及空间格局分析。结果表明:2014年松嫩平原西部地区芦苇总面积为1653 km~2,其中扎龙湿地自然保护区内芦苇分布面积最大(1178km~2),占区域芦苇总面积的71.3%;所选取的5种植被指数均与芦苇AGB呈极显著正相关(P0.01),基于EVI构建的指数曲线模型为松嫩平原西部芦苇AGB反演的最优模型(R2=0.55)。研究区芦苇平均AGB为372.1g/m~2,AGB总量为6.14×105t,其中扎龙湿地自然保护区内芦苇AGB总量为4.38×105t;各保护区芦苇平均AGB由大到小依次为:向海保护区(469.7 g/m~2)大布苏保护区(454.1 g/m~2)莫莫格保护区(373.0 g/m~2)扎龙保护区(372.4 g/m~2)查干湖保护区(369.8 g/m~2);松嫩平原西部芦苇AGB总体呈现南高北低的分布格局,将为湿地生态系统管理与保护及芦苇资源的合理利用提供科学依据。     

荒漠草原中间锦鸡儿林土壤养分效应对群落组分和多样性的影响

为系统认识荒漠草原中间锦鸡儿人工林草本植被特征及演变趋势对土壤养分的响应,采用空间代替时间的方法,以天然草地为对照,构建3个中间锦鸡儿林龄(16a、25a、37a)研究序列,调查不同中间锦鸡儿林灌丛内外土壤植被并分析二者之间的关系。结果表明:(1)随林龄增加,不同功能群植物重要值呈不同变化趋势,其中禾本科植物显著增加,豆科植物显著降低,杂草类植物先减小后增加。(2)α多样性分析显示,荒漠草原中间锦鸡儿人工林16a灌丛外物种丰富度(S)、香浓维纳指数(H)最高(P0.01);不同林龄均匀度指数(J)、优势度指数(P)未表现出明显的变化规律。(3)β多样性分析显示,Cody指数(βc)和Morisita-Horn(CMH)相似指数均表现出16a与25a、37a之间的物种差异较大、25a与37a之间物种差异相对较小、37a中间锦鸡儿林与天然草地物种组成相似,βws指数在25a中间锦鸡儿林最大。(4)人工中间锦鸡儿林存在显著的土壤碳氮"肥岛效应",其中土壤有机碳是不同林龄植物群落组成差异的显著性影响因子,土壤速效氮为不同林龄灌丛外植物多样性差异的显著性影响因子,但灌丛内植物多样性对土壤养分的响应并不显著。研究认为,中间锦鸡儿林土壤养分演替正效应提高了植物多样性,增强了植物物种的更替程度,但建植后期(37a)植物群落存在向天然草地演替趋势。     

模拟增温对西藏高原高寒草甸土壤供氮潜力的影响

过去几十年青藏高原呈现显著的增温趋势,冬季增温幅度显著高于生长季的季节非对称特征。气候变暖会对生态系统氮素循环产生重要影响,但关于全年增温与冬季增温对高寒生态系统氮循环的不同影响仍缺乏研究。在青藏高原高寒草甸区开展模拟增温试验,研究季节非对称增温对高寒草甸生态系统氮循环的影响。该试验布设于2010年7月,设置3种处理(不增温、冬季增温与全年增温)。研究结果发现,开顶箱增温装置造成了小环境的暖干化:显著提高了地表空气温度和表层土壤温度,降低了表层土壤含水量。冬季增温会加剧土壤中氮素的流失,所以在经历了冬季增温后土壤氮含量显著降低;在生长季节,土壤氮素周转速率受土壤水分的调控,在降雨较少的季节,增温引起的土壤含水量降低会抑制土壤氮周转速率。对于土壤微生物量而言,高寒草甸土壤微生物量碳表现出明显的季节动态,在生长季旺盛期较低,在生长季末期和初冬季节反而较高,这说明为了降低对土壤养分的竞争,高寒草甸植物氮吸收与土壤微生物氮固持在时间上存在分离。研究结果表明,冬季增温导致的土壤养分含量变化会影响随后生长季植物群落的生产力、结构组成与碳氮循环等过程,对生态系统过程产生深远的影响。     

践踏干扰对碧塔海高寒草甸植被茎叶性状、物种多样性和功能多样性的影响

高寒草甸具有重要的生态服务功能,然而固有脆弱性使其极易遭受气候变化和人为干扰等多重因素的影响。作为滇西北旅游资源中重要的组分之一,高寒草甸吸引了大批游客前往开展徒步旅行活动,但伴随着的践踏干扰作用会不可避免地对高寒草甸生态系统带来负面影响。然而,目前关注践踏干扰对滇西北高寒草甸植被的影响,特别是植被功能性状和功能多样性如何发生变化方面的研究还十分欠缺。以云南省香格里拉市碧塔海自然保护区内的典型高寒草甸生态系统为研究对象,采用实验践踏的方式(一共5种不同强度的践踏处理)来模拟旅游活动对草甸植被的干扰作用,并以草甸植被的茎叶性状特征为切入点,重点探讨践踏干扰对茎叶性状的平均大小和变异程度的影响,以及物种丰富度(以物种形态分类为基础)和功能丰富度(以功能性状为基础)之间的关系。研究结果显示,随着践踏强度的增加,植株高度和叶片大小的平均值,而不是茎叶性状的变异程度,出现明显下降趋势。此外,物种丰富度和功能丰富度均随践踏强度的增强而减小,且两者之间呈现显著正相关关系。然而,较之轻度践踏实验组,重度践踏实验组中的功能均匀度和功能分离度水平均有所增加,表明践踏干扰可能会在短期内打破优势种对资源的绝对占有格局和减少物种间的生态位重叠程度。尽管高寒草甸对人类践踏活动有一定的承受能力,但气候变化和人为干扰等多重因素势必会改变和影响高寒草甸群落的结构和功能可持续性,这也对高寒草甸的保护与管理工作提出了更加紧迫的要求。