内蒙古草原退化群落恢复演替的研究—群落演替的数学模型

根据１９８３年至今１２年定位监测的结果，提出了一个描述典型草原在过大的牧压下退化和封育恢复演替的数学模型。建模的生态学公设是：１．植物群落占据的空间范围内环境因素视为均匀一致；２．退化和恢复演替进程中尚未发生植物种的消失和侵入；３．牲畜采食将增大牧草死亡率；４．草原群落内植物种群的竞争存在一个优胜顺序；５．植物种群增长遵循逻辑斯蒂克规律。对这一模型的稳定性分析说明：１．退化草原长期围封后可恢复到顶极状态；２．随着牧压的增强，草原群落将达到一个新的退化状态；３．退化过程和恢复过程的轨迹是不同的；４．草场改良措施改变了草原群落的演替轨迹和速率，使优质牧草在较大的种群尺度下向顶极状态演替。  

中国草原区主要群落类型花粉组合特征

现代表土花粉组合与植被关系研究是推断过去植被演化的基础。对中国草原区 39个样点进行植被调查及表土花粉分析的研究结果表明 ,表土花粉组合可反映出草原植被的总体特征。大多数样品中乔木花粉百分比低于 5 %。蒿属、藜科是草原区所有样品花粉组合中最主要的成分 ,两者在花粉组合中所占比例多大于 5 0 % ,且人类活动越强或气候越干旱 ,蒿属、藜科花粉所占百分比越高。花粉组合不能反映群落结构特征 ,如建群种、结构、盖度等的差异在花粉组合中表现不出来。即使以禾本科为建群种的草原群落 ,禾本科花粉所占比例也多低于 10 %。花粉浓度在草原区花粉与植被关系研究中意义不明确。典型草原与荒漠草原花粉组合存在明显区别 ,无倾向性对应分析 (DCA)分析表明 ,典型草原区样品在第一排序轴的排序值多高于 0 ,荒漠草原区样品的排序值小于 0 ;典型草原区藜科花粉百分比一般低于 2 5 % ,花粉类型多样性指数大于 2 ,当蒿藜占花粉总数的 5 0 %以上时 ,蒿藜比值大于 2。荒漠草原区藜科花粉含量多高于 2 5 % ,蒿藜比值多为 0 .5～ 2 ,花粉类型多样性指数多为 1～ 2。蒿属花粉属超代表性 ,但在蒿类建群的群落中 ,蒿属花粉多低于其在植被中的百分比  

基于植被指数的典型草原区生物量模型——以内蒙古锡林浩特市为例

 利用遥感估测地上生物量是国内外生态学与地理学的研究热点。但基于植被指数的生物量回归模型结果差异较大，究竟哪种植被指数与哪种模 型更适合典型草原的生物量反演，是现代草地遥感急需解决的问题之一。该文基于TM影像数据的不同植被指数(VI)差异性，分别选取了RVI(比 值植被指数)、NDVI(归一化差异植被指数)、SAVI(土壤调节植被指数)、MASVI(修改型土壤调整植被指数)和RSR(简化比率植被指数)5种植被指 数，与同期的内蒙古典型草原区地面实测地上生物量做相关分析，分别建立了5种植被指数与地上生物量的线性及3种非线性(对数、二次多项式 、三次多项式)回归模型。研究结果表明：对于中国北方典型草原区而言，地上生物量与5种植被指数(RVI、NDVI、SAVI、MSAVI和RSR)均呈现出 显著相关，但地上生物量与后4种植被指数是正相关，与RVI为负相关；利用5种植被指数（RVI、NDVI、SAVI、MSAVI和RSR)监测草地植被生物量 的复相关系数均大于0.6，充分说明利用植被指数检测典型草原生物量是一种简单可行的方法；NDVI建立的生物量回归模型，其复相关系数大于 其它4类植被指数(RVI、SAVI、MSAVI和RSR)，说明NDVI-生物量模型优于植被指数RVI、SAVI、MSAVI和RSR模型，其模拟地表生物量的效果好； 对于TM影像来说，植被生物量的线性模型与3种非线性模型(三次多项式生物量模型、二次多项式生物量模型、对数模型)都表现出较好的模拟效 果，都通过了0.01的显著性检验，而且该研究的结果显示出三次多项式生物量回归模型最优，其次是二次多项式生物量模型，再次是线性模型 ，相对较差的是对数模型。通过NDVI-生物量三次多项式回归模型模拟锡林浩特草原的生物量，可以看出整个研究区的地上生物量基本上是东高 西低、东南高西北低的趋势，这与研究区的地形、气候及土地利用等多种因素有关。  

基于CASA模型的内蒙古典型草原植被净初级生产力动态模拟

 植被净初级生产力及其对气候变化的响应研究是全球变化的核心内容之一。在利用内蒙古典型草原连续13年的地上生物量资料对基于遥感信息的生态系统碳循环过程CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型验证的基础上, 分析了内蒙古典型草原1982~2002年植被净初级生产力(Net primary productivity, NPP)的时间变异及其影响因子。结果表明: 1) 1982~2002年21年间内蒙古典型草原的平均年NPP为290.23 g C·m^–2·a^–1, 变化范围为 145.80~502.84 g C·m^–2·a^–1; 2)内蒙古典型草原NPP呈增加趋势, 但没有达到显著性水平, 其中1982~1999年的18年间NPP呈现非常显著的增加趋势(p<0.01), NPP增加的直接原因是由于生长旺季生长本身增强所致; 3)内蒙古典型草原NPP与年降水量呈极显著的相关关系, 年降水量显著影响NPP的变异, 而NPP与年均温无显著相关关系。  

氮素对内蒙古典型草原羊草种群的影响

 为了研究氮素对内蒙古典型草原植物种群的影响，在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站，实施了长期的氮素添加试验。就两年来不同梯度氮素处理对羊草(Leymus chinensis)种群的影响进行了分析。结果表明，氮素对羊草种群具有显著的调节效应，随着氮素梯度的增加，羊草种群密度、种群高度、地上生物量、地下生物量、总生物量均显著增加，羊草种群地下生物量／地上生物量比值逐渐降低。氮素对羊草种群构件的生物量分配有显著影响，随着氮素梯度的增加，羊草种群生物量向根茎的分配比例显著降低，向叶片和根系的分配比例显著提高。羊草种群的相对密度和相对生物量也随着氮素梯度的增加而显著提高。  

内蒙古典型草原不同恢复演替阶段植物养分化学计量学

 对内蒙古典型草原不同恢复演替阶段群落土壤养分动态及空间格局、植物养分及其化学计量比时空动态、植物与土壤养分相关性等进行了分析, 以揭示放牧干扰对植物的养分及其化学计量比影响。结果表明: 土壤各养分含量表现为恢复群落略高于严重退化群落, 土壤全氮(STN)/土壤全磷(STP)恢复群落高于严重退化群落, 土壤有机质(SOC)/STN恢复群落低于严重退化群落; 大多数植物叶片C含量在恢复群落最高, 严重退化群落最低, 与恢复演替时间呈正相关, 而植物的全氮(TN)和全磷(TP)含量则是严重退化群落最高, 恢复群落最低, 与退化程度呈正相关, 且TP含量的变幅明显高于TN含量; 植物叶的N:P和C:N表现为严重退化群落最低, 与退化程度呈负相关; 严重退化群落植物相对于P而言, 总体上表现为缺N; 而恢复群落相对于N而言, 更为缺P, 或同时缺N和P; 群落优势种化学计量学特征对群落演替方向有一定的指示作用。  

内蒙古草原生态系统健康评价的植物群落组织力测定

在草原生态系统健康评价的研究中 ,根据 1981～ 2 0 0 3年对内蒙古锡林河流域 (N4 3°38′E116°4 2′)典型草原的代表性植物群落 :羊草 大针茅草原群落生产力动态监测和退化草原恢复演替进程的监测数据 (每年 9次采样 ,15 d一次 ,每次 2 0个 1m2样方 ) ,计算物种累积频率 fi、累积相对生物量 mi、累积植株相对高度 hi。定义 li=10 0 0 fi· mi· hi 为草原植物种群组织力参数 ,全部种群的组织力参数可作为群落的组织力参数。组织力参数有显著的分异性 ,按大小排序 ,可确定植物种在群落中的作用等级和互补效应。不同等级的物种占用环境资源的能力不同是群落自组织的根源。种间互补作用是充分利用环境资源、适应环境波动 ,维持群落生产力的自组织机制。用不同时段的短周期数据得到的原生群落组织力参数与用长期监测数据得到的结果表现了相同的等级关系 ,而退化草原群落的植物种群组织力参数则表现出等级关系的显著差异。可以认为物种间的等级关系和互补功能体现了群落的组织力。故组织力参数可用于评定群落组织力  

内蒙古典型草原生态系统定位研究最新进展

中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站最近几年在草原生态系统多功能、草原生态系统碳循环与温室气体、气候变化对植物群落结构影响长期观测、草原生态系统退化与恢复过程、草原生态系统硫生物地球化学循环、放牧生态系统管理等领域取得较大进展。研究结果指出，农垦活动使有机碳损失34％，草原植被——土壤系统是甲烷的弱汇；20多年来，这一地区气候变化有变暖趋势，冬季增温明显，春季干旱进一步加剧，影响初级生产力生产；系统提出草原退化是草原生态系统退化，并对退化阶段进行了划分；在内蒙古冷蒿小禾草退化草原施用硫肥对提高初级生产力与羊毛性能方面有明显效果。  

多尺度遥感综合监测我国北方典型草原区植被盖度

利用多尺度遥感影像综合进行全球和区域尺度的土地利用/覆盖变化(LUCC)研究是最近全球变化研究的重要方向之一。本文综合利用野外群落样方、数字相机、ETM+影像、NOAA/AVHRR影像,在遥感、GIS和GPS支持下,对我国北方典型草原区植被盖度进行了综合监测、模拟与分析。结果表明:(1) 利用经处理后的数字相机影像测量盖度的结果准确性较高,可以作为植被盖度测量的标准结果,反映真实的覆盖特征,并用以验证利用其它方法测量结果的精度。(2) 利用野外1 m2样方网格法目视估测的植被盖度结果变化较大,不稳定。本次实验中,与数字相机测量结果相比,样方估测的盖度普遍偏高,平均偏差为9.92%;但两者相关性较好(r2=0.89)。(3) 采用Gutman模型ETM+影像、NOAA/AVHRR影像反演植被盖度的结果与数字相机测量结果偏差分别为7.03%、7.83%,ETM+像元分解NOAA像元后得到的植被盖度与数字相机测量结果偏差5.68%。三者与数字相机测量结果的相关系数r2分别为0.78、0.61和0.76。(4)利用野外实测植被盖度数据直接与NOAA-NDVI影像建立统计模型估算植被盖度的精度较低(r2=0.65),而通过空间分辨率介于两者之间的ETM+影像进行转换后,该精度得到一定的提高(r2=0.80)。利用像元分解的方法提高了大尺度植被盖度监测的精度,是利用遥感数据进行尺  

围栏禁牧对内蒙古典型草原群落特征的影响

采用样方法对内蒙古典型草原区围封26 a(E26)7、a(E7)2、a(E2)和未围封(G)样地的植物多样性、群落高度、盖度、地上与地下生物量进行实地调查分析,以研究围栏禁牧对草原植物群落特征的影响.结果表明:围封26a样地具有最高的丰富度指数和多样性指数,围封相对于放牧在一定程度上可以维持和保护植物多样性和丰富度.围封7 a样地的多样性指数与未围封样地(G)以及围封2 a样地(E2)无显著差异,说明放牧导致了该区植物多样性的降低,但围封并未显示出使其恢复的趋势;从自由放牧样地到围封样地,退化指示植物糙隐子草(Cleistogenessquarrosa)以及一年生植物猪毛菜(Salsola collina)、刺穗藜(Chenopodium aristatum)等的比重和出现频率呈减少的趋势;围封2 a样地的地上现存量显著低于围封7 a样地,而围封26 a样地相对于围封7 a样地又表现出显著减小的结果.说明围封在一定时期内可显著提高草地生产力,但围封时间过长将不利于其维持较高的生产力.