氮添加对高寒草甸植物功能群数量特征和光合作用的影响

氮沉降对植物群落的影响,特别是对脆弱生态系统中植物群落的影响,一直是生态学研究的热点问题。为了更好地探究氮沉降对脆弱生态系统植物群落不同功能群生理生态特征的影响,以青藏高原高寒草甸为研究对象,将植物群落划分为禾本科、莎草科、杂类草3种不同功能群,通过模拟氮沉降试验,观测不同氮添加水平下(0、8、24、40、56、72kg·hm~(-2)·a~(-1)) 3种功能群数量特征和净光合速率的动态变化,以期揭示植物对氮沉降的响应规律。结果显示:1)氮添加对不同功能群植物数量特征的影响具有显著差异,氮添加提高了莎草科的多度和高度,而对禾本科和杂类草的多度和高度无显著影响(P0.05),禾本科的地上生物量随着氮添加水平的升高表现出先下降后上升的变化趋势,而莎草科和杂类草的地上生物量随着氮添加水平的升高均表现出下降趋势; 2)氮添加对不同功能群植物光合作用的影响有显著差异,禾本科的净光合速率(P_n)随着氮添加水平的升高表现出先下降后上升的变化趋势,而莎草科和杂类草净光合速率均表现出线性下降趋势,氮添加显著提高了不同功能群植物的气孔导度(G_s)和蒸腾速率(T_r)。3)三个功能群植物的净光合速率与地上生物量之间均呈显著正相关。研究表明,短期高氮添加会削弱植物的光合能力,降低植物地上生物量的积累,抑制植物生长。     

植物群落构建的生态过滤机制研究进展

生物多样性的形成和维持机制,即群落构建机制,一直以来都是群落生态学研究的核心问题。植物群落构建的确定性过程主要是生态过滤机制(包括环境过滤和生物过滤,其中生物过滤包括种间竞争和种内功能性状变异)作用的结果。学者们构建了大量的理论、方法、模型来解释和验证生态过滤机制对群落构建的影响,并取得了显著的成果。然而,关于生态过滤机制在不同尺度的作用、生态过滤机制的各要素分解和量化等方面的研究仍有诸多疑问。重点综述了环境过滤、种间竞争和种内功能性状变异的最新研究进展,并指出了现有研究的不足之处。在未来的研究中,应注重生态过滤机制的各要素分解和量化,加强研究手段的综合运用,关注时空动态变化对植物群落构建的影响,重视对不同植物群落构建机制的共性和个性特征的认识,同时强调与其他生态过程、群落构建机制的整合。通过这些尝试,有助于人们更好的理解植物群落构建过程中的生态过滤机制的作用。     

基于改进的Lotka-Volterra种间竞争模型预测退化高寒草地人工恢复演替结果

结合青藏高原地区黑土滩型退化高寒草甸改建成人工草地后恢复过程中植物群落组分的数量特征变化,基于中心差分法、相对误差热图、ODE算法等研究方法进行计算机模拟,对Lotka-Volterra种间竞争模型进行非线性化改进,建立了适于高寒草地人工恢复演替过程中的竞争效应预测模型,与经典的Lotka-Volterra种间竞争模型进行对比验证,实证了改进模型的可解性和准确性。并分析了改进的Lotka-Volterra模型的系统动力学行为,预测人工恢复植物群落各组分的竞争结局,判断人工草地恢复演替状况。结果表明:(1)随着恢复年限的增加,栽培植物(垂穗披碱草或草地早熟禾)与原生植物在经历一个激烈的竞争阶段后逐渐趋于动态平衡,表明人工种植的垂穗披碱草、草地早熟禾等本土植物,可以促进青藏高原地区"黑土滩"型退化高寒草甸的有效恢复;(2)综合各分组的恢复演替阶段特征,可食牧草、栽培植物和顶极植物均从第7年开始竞争力呈现明显下降的趋势,因此建议在对人工草地的恢复管理中,7—10年间进行适度的人为干预,如施肥、灭鼠害以及适当去除有毒有害杂草等;(3)综合各类植物的竞争演替预测情况,均从第20年左右开始逐渐趋于动态平衡。因此,根据该模型分析,从生态恢复的角度来看,"黑土滩"型退化草地进行人工恢复至少需要20年以上,才能获得较为稳定的植物群落。     

三江源区“黑土滩”型退化草地人工恢复植物群落的演替动态

选取青藏高原三江源区"黑土滩"型退化草地上建植的人工草地为研究对象,对不同建植年限人工草地植物群落及其各功能群的物种组成、平均高度、盖度和地上生物量及植物多样性等进行实地调查和对比分析,探讨"黑土滩型"退化草地在人工恢复过程中植物群落组成和多样性变化,以期回答人工恢复的草地植物群落何时才能接近天然草地、人工恢复的时间阈值应为多长等问题,从而为三江源区"黑土滩"型退化草地的恢复重建提供科学的理论指导。研究结果表明:草地恢复前5年内,禾本科植物的数量大量增加,植物群落的高度增加了847.6%,植物群落盖度增加了134.5%;不同恢复年限的草地植物群落的多样性指数都有相似的变化趋势,恢复8年后植物群落组成达到阶段性的稳定状态,在恢复时间达16—18年后,逐渐向更稳定的状态转化;恢复18年的草地与天然草地植物群落的Jaccard及Sorensen相似度指数分别为0.596、0.747,Cody差异度指数为9.5。由此可见,建植人工草地的方式恢复退化草地,可在建植8年后达较好的恢复效果;恢复时间达16年以上的人工草地采取适度的调控措施,有利于其向天然草地恢复演替;建植18年的人工草地物种组成情况与天然草地最接近,但仍有差异。因此,"黑土滩"型退化草地的人工促进恢复,到未退化的状态至少需要18年以上。