草原区不同植物群落蒸发蒸腾的研究

 在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站,采用“土柱称重法”对典型草原群落蒸发蒸腾进行实验观测,主要研究结果如下：1．草原沙地、羊草草原和河漫滩草甸是本地区差异明显的三种群落。草甸蒸腾最大(9.2 mm·d-1),比另两种群落高2—3倍;草甸蒸发最小(0.4mm·d-1),约为沙地的1／4,草原 的l／8。2．羊草草原在本区分布广,大针茅草原是本区半干旱地带性代表。由于这两种群落主要有关背景值的不同,羊草群落蒸散值(4.4—5.Omm·d-1)明显高于大针茅群落(3.5—3.8 mm·d-1),而且羊草群落的T／E1)值(～2)也明显大于大针茅(～1)。在生长季节中,羊草草原蒸散随气温升高而升高,在盛夏达最高值,然后随气温降低而降低。然而由于降雨变化的影响,羊草草原蒸发蒸腾的季节变化时而出现较大幅度的波动。3．根据1989年实测的降水和羊草群落蒸发蒸腾的季节变化,分析羊草群落的水分收支,可以看到实验区羊草草原的水分收支是大体平衡的。     

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 (Leymuschinensis) 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。     

锡林河流域一个放牧羊草群落中碳素平衡的初步估计

 野外调查与历史资料相结合,对内蒙古锡林河流域一个放牧羊草（Leymus chinensis）草原群落的碳素贮量、主要流量和周转速度等进行了估计,在此基础上对放牧情况下该群落的碳素收支进行了概算。结果表明：1）该群落中地上部净初级生产固碳量的两年平均值为78.2 gC·m－2·a－1, 根系碳素输入量的平均值为322.5 gC·m－2·a－1, 碳素输入总量为400.7 gC·m－2·a－1; 2）土壤净呼吸量为343.7 gC·m－2·a－1,家畜采食量为49.7 gC·m－2·a－1,动物（昆虫）采食量为14.7 gC·m－2·a－1,地上立枯阶段的淋溶与光化学分解损失为3.2 gC·m－2·a－1,碳素输出总量为411.3 gC·m－2·a－1; 3）该群落中碳素输出略大于输入,净释放速率为10.6 gC·m－2·a－1,0～30 cm土壤中的碳素周转速率为6.2%,周转时间为16年。     

内蒙古草甸草原CH4和N2O排放通量的时间变异

 1998年6月1日、7月2日、8月3日和9月1日用静态箱-气相色谱法对内蒙古锡林河流域草甸草原CH4和N2O排放通量的昼夜观测表明,天然草原是N2O的源、CH4的汇,其排放和吸收具有明显的昼夜变化规律。4次昼夜观测的结果还表明,草甸草原排放N2O和吸收CH4的能力具有强烈的季节变化规律     

内蒙古克氏针茅草原植物物候及其与气候因子关系

 植物物候作为气候变化敏感的生物圈指示计, 已经成为全球变化研究的热点。利用1985~2002年地面物候观测数据, 构建了内蒙古克氏针茅(Stipa krylovii)草原植物物候的时间序列谱, 并分析了植物物候的时间变异与气候因子之间的相关关系。结果表明: 1) 从1985~2002年内蒙古克氏针茅草原的气候朝着暖干趋势发展, 主要表现在春、夏气温的显著性增加与秋季(9月)降水的显著性减少; 2) 主要植物物候的变化整体呈返青期推后其它物候期提前趋势; 3) 植物生长盛期(7、8月)对气候变化最敏感; 4) 光照和温度是影响内蒙古克氏针茅草原植物物候格局的主要因素, 年内最寒冷的1月月均温和2、3月的光照对春季返青期具有负效应, 而其它物候期与7、8月的光照则呈显著的负相关关系, 6、7月的降水对发育盛期的花序形成、抽穗与开花具有显著的负效应, 8、9月的降水量能显著推后枯黄期的结束, 从而有利于生长季的延长。     

极端干旱条件下锡林河流域羊草草原净生态系统碳交换特征

采用涡度相关法对2005年生长季内蒙古锡林河流域羊草(Leymus chinensis)草原净生态系统交换(Net ecosystem exchange, NEE)进行了观测。观测结果表明:作为生长季降雨量仅有126 mm的干旱年,锡林河流域羊草草原生态系统受到强烈的干旱胁迫,其净生态系统碳交换的日动态表现为具有两个吸收高峰,净吸收峰值出现在8∶00和18∶00左右。最大的CO₂吸收率为-0.38 mg CO₂·m^-2·s^-1,出现在6月底,与丰水年相比生态系统最大CO₂吸收率下降了1倍。就整个生长季而言,不管是白天还是晚上2005年都表现为净CO₂排放,整个生长季CO₂净排放量为372.56 g CO₂·m^-2,是一个明显的CO₂源。土壤含水量和土壤温度控制着生态系统CO₂通量的大小,尤其是在白天,CO₂通量和土壤含水量的变化呈现出显著的负相关关系,和土壤温度表现为正相关关系。     

草原固碳量估算方法及其敏感性分析

 通过提高草地管理水平来增加草地生态系统的碳储量, 是一种低成本的固碳减排途径。固碳量的确定是固碳成本估算中的重要组成部分, 目前国际上通用的草地固碳量估算方法有两种: 碳储量变化法和碳通量法。该文以禁牧为固碳措施, 通过敏感性分析讨论了这两种方法对草原固碳成本估算的适宜性。结论得出: 在一定牧压强度范围和一定面积研究区内, 固碳成本与牧压强度成线性增长关系, 与研究区面积成非线性关系, 表现出“饱和增长”的趋势; 与碳通量法相比, 碳储量变化法对牧压强度和研究区面积都较不敏感。造成这种差异的主要原因是不同方法选取的研究区及其放牧强度背景不同。从草地生态系统过程看, 碳储量变化法与碳通量法在本质上是一致的, 二者都较适于草原禁牧措施下的固碳量和固碳成本的估算, 可根据获取数据类型的不同而采用不同的方法。     

气候变化和放牧活动对糙隐子草种群的影响

 糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)是一种多年生丛生小禾草,属C4植物,在研究气候变化和放牧活动对草原C4植物的影响方面是一种很好的指示植物。本文探讨了在气候变化及放牧干扰条件下糙隐子草种群地上生物量、种群特征和资源利用方式等方面的变化,分析了C4植物对气候变化的响应和在放牧干扰下的生态对策。结果表明：在气候温暖化的情况下,糙隐子草种群生物量及其在群落中的比例都有所上升,放牧大大加快了这一过程。通过逐步回归分析得出糙隐子草种群最大地上生物量与生长季（4～8月）总降雨量(r)和平均温度(t)的关系为：y=-12.451 1+0.018 7r+0.060 1t2 (p=0.003)。总体上,放牧明显降低了其种群高度和每丛生物量,但显著提高了其密度、盖度和地上生物量;密度的变化受气候和放牧互作的影响。如果以植物光合所固定的100 g的碳（C）所需要的其它大量营养元素来衡量植物的养分利用效率,则可以发现,与其它主要植物如羊草（Leymus chinensis）相比,糙隐子草对氮(N)和硫（S）的需求量最少,利用3.17 g的N和0.31 g的S就能生产100 g的C,而羊草则需要4.24 g的N和0.41 g的S才能生产100 g的C。 说明在放牧使土壤比较贫瘠的条件下,糙隐子草的养分利用效率较高,这可能是其在土壤比较贫瘠的退化植物群落竞争中处于优势地位的又一重要原因。     

羊草草原分解者亚系统的特性及作用

在内蒙古羊草（Ｌｅｙｍｕｓｃｈｉｎｅｎｓｉｓ）草原,对其分解者亚系统的特性及作用开展研究,采用网袋法对不同物候期羊草植株和凋落物的分解作用进行了测定。结果如下：１．植株分解的最初２－３ａ中,其残体表面的微生物生物量及转化酶、蛋白酶的活性均呈现返青期植株＞结实期植株＞果后营养期植株＞凋落物。植株分解的速度亦为上述规律。２．羊草植株被分解后,可提高临近土壤的微生物活性。各植株分解均引起土壤的Ｃ／Ｎ值下降,老熟植株分解使土壤的ＨＡ／ＦＡ值升高。３．幼嫩植株分解时,其体内营养元素会较快释放;凋落物分解则导致氮和磷元素的积累,但钾不会。４．通过指数衰减模型估算,羊草凋落物的分解常数为０．１５３ｇ／ｇ·ａ,９５％被分解掉约需１９ａ时间。５．羊草草原凋落物的最大积累量为年输入量的６．５４倍,即１１７５．６ｇ／ｍ￣２。６．分用凋落物的微生物其生物量平均为４．４×１０￣（－３）ｇ／ｇ·ＤＷ,微生物所含能量仅占凋落物贮存能量的０．５％左右。     

水热因子对退化草原羊草恢复演替群落土壤呼吸的影响

 对内蒙古锡林郭勒白音锡勒牧场退化恢复羊草（Leymus chinensis）草原生态系统土壤呼吸作用的主要影响因子分析表明,环境因子对土壤呼吸作用的影响程度依次表现为：土壤水分>温度;水分对土壤呼吸作用的影响可分成3段,即<7.5%、7.5%～18.4%和>18.4%。当0～10cm土壤含水量＜7.5%时,土壤温度是土壤呼吸作用的主导控制因子,土壤呼吸作用与5cm土壤温度呈幂函数关系;而当0～10cm土壤含水量＞7.5%时,土壤呼吸作用受土壤水分和土壤温度的共同作用。研究还表明：在植物生长季内,当土壤水分接近羊草草原土壤萎蔫系数6.0%时所测得土壤呼吸作用为植被在干旱胁迫下的土壤呼吸作用,而当土壤水分大于羊草草原土壤萎蔫系数6.0%时,土壤呼吸作用的增加主要是由于植物生长及其引起的根系活动和微生物数量、组成及其活性共同影响的,进而可以解释不同水分条件下土壤及植物根系在土壤呼吸作用中的不同贡献,为建立土壤呼吸作用模型及正确地理解陆地碳收支及其固碳潜力提供依据。     

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变化的反应

应用Ｃｅｎｔｕｒｙ 生态系统模型,作者模拟内蒙古锡林河流域羊草（Ａｎｅｕｒｏｌｅｐｉｄｉｕｍ ｃｈｉｎｅｎｓｅ）草原和大针茅（Ｓｔｉｐａ ｇｒａｎｄｉｓ）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著地吻合。在大针茅草原,野外实测值为１４２．４５～１４４．３７ ｇ／ｍ ２,而模拟值为１２７．０４～１５６．２３ ｇ／ｍ ２;在羊草草原,野外实测值为２１０．３８～２２７．４４ ｇ／ｍ ２,而模拟值为１８９．２５～１９３．９８ ｇ／ｍ ２。根据加拿大气候中心和美国地球物理流体动力学实验室的大气环流模型预测的气候变化数据,气候变化将导致羊草草原和大针茅草原初级生产力和土壤有机质含量显著下降     

内蒙古典型草原物种组成和群落结构对长期放牧的响应

该文比较研究了内蒙古羊草草原和大针茅草原放牧演替系列经过20a (1985~2005年) 放牧, 利用群落组成与结构的变化分析了这两个放牧演替系列上15个植物群落的变化趋势, 并依此探讨长期放牧对草原生态系统结构和功能的影响。结果表明:在大针茅 (Stipa grandis) 牧压梯度系列上, 群落仍以大针茅群系为主, 冷蒿 (Artemisia frigida) 为建群种的群落消失;在羊草 (Leymus chinensis) 牧压梯度系列上, 羊草和冷蒿不再是建群种, 被西伯利亚羽茅 (Achnatherum sibiricum) 、大针茅、冰草 (Agropyron cristatum) 和糙隐子草 (Cleistogenes squarrosa) 所替代。综合两个牧压梯度系列的研究结果得出以下基本结论:长期过度放牧进一步加速了草原群落的退化进程, 但退化草原具有较高的恢复弹性, 控制放牧使部分群落得到一定程度的恢复。同一植物群落时间变化, 或不同演替阶段的植物群落在空间序列上的位移程度主要取决于放牧史和利用强度。过去20a中, 特别是2003年以来草原管理政策的改变并没有导致该区域草地的整体退化, 而是在一定程度上有利于草地的恢复。     

内蒙古草原蝗虫个体大小及生活型划分的探讨

根据内蒙古锡林河流域草原蝗虫的形态测量指标,对２３种蝗虫进行了个体大小及生活型量化划分的探讨,结果表明,２３种蝗虫可以划分为大、中、小３个类群,生活型表现为从典型的地栖型到典型的植栖型的渐为特征。个体在小与生活型紧密相关,个体大的种类常为地本型,而个体小的种类多为植栖型。     

典型草原退化群落不同恢复演替阶段羊草种群空间格局的比较

羊草(Leymus chinensis)为典型草原群落的主要建群种之一, 在群落中扮演着重要角色。应用摄影定位法测定处于不同恢复演替阶段的羊草种群空间格局, 通过点格局、种群空斑、种群领地及种群领地密度等方法分析发现, 羊草种群在恢复演替过程中经历了种群增长和种群衰退的过程。在此过程中, 羊草种群数量出现最高点, 此点之前, 种群拓殖大于自疏, 种群整体增长; 此点之后, 种间竞争及种内竞争致使种群衰退, 而种间竞争占主导地位, 种内竞争相对较弱。羊草种群的增衰导致种群空斑发生变化, 从而引起种群格局类型发生相应的变化, 表现为在恢复21 a的群落中, 羊草种群在10 m×10 m的取样范围内表现出两种格局分布类型: 在0~4.85 m之间呈现聚集分布, 当尺度大于4.85 m时, 则表现为随机分布; 在恢复8 a的群落中, 羊草种群在10 m×10 m的取样范围内出现3种格局分布类型: 在0~3.01 m之间呈聚集分布, 在3.01~3.37 m之间为随机分布, 当尺度大于3.37 m时则表现为均匀分布; 在严重退化群落中, 羊草种群在整个10 m×10 m测定尺度上呈现聚集分布。由此可见, 羊草种群格局在恢复演替过程中是变化的, 这种变化主要由群落剩余资源驱动下的种群拓殖及种内种间竞争所致。     

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。     

水热条件对锡林河流域典型草原退化群落土壤呼吸的影响

 采用碱液吸收法对锡林河流域温带典型草原一退化群落的土壤呼吸进行了测定,并分析了温度和水分对土壤呼吸的影响,结果表明：1）土壤呼吸总体趋势是夏季高,其它季节低,但季节动态呈现不规律的波动曲线;2）气温、地表温度以及5 cm、10 cm、15 cm和25 cm的土壤温度均与土壤呼吸速率呈显著的指数关系,温度对土壤呼吸的影响在低温时比高温时更显著;3）0～10 cm和10～20 cm土层的土壤含水量均与土壤呼吸速率呈显著的线性关系,消除气温的影响后则呈更为显著的乘幂关系;4）根据变量在p=0.05水平上的多元回归分析结果得到关于土壤呼吸与气温和10～20 cm土壤含水量的关系模型：y=5 911.648×e0.04216Ta×M20. 90758 (R2=0.8584,p<0.0001) ,这一模型比单变量模型能更好地解释土壤呼吸的变化情况;5）实验期间土壤呼吸的平均速率为661.35 mgC·m-2·d-1,以气温、地表温度以及5 cm、10 cm、15 cm和25 cm的土壤温度为依据得到的Q10值依次为1.63、1.47、1.52、1.70、1.90、1.97。     

内蒙古草原植物的生态替代及其对全球变化了草原动态的指示

在内蒙古草原区,从荒漠草原带到森林草原带,沿气候干燥度变化的方向调查了１１９个草原样地的植被与环境特征,依此定量分析了植被－环境关系。根据表述环境因子取样质量的环境因子墒值及环境因子与出现频率最高的５０个植物种间的平均相互信息,分析了所调查３０个环境因子在决定植被组成中的作用优势度。结果表明,气候因子的影响是占绝对优势的,而地形和管理因子的作用是次一级的,或是地区性的。群落的物种组成与其第一优势种关联极好,因而依群落第一优势种识别的植物群落类型是组成和结构相对稳定的群落单位。基于植物种在降水和气温梯度上最适区域的计算及依此在植物降水－气温平面上的直接排序,揭示出广泛的草原植物在气候梯度上的生态替代。这种替代,尤其是包括针茅属（Ｓｔｉｐａ）植物在内的草原优势植物的替代,导致了针茅草原的生态替代。本研究也定量刻划了内蒙古主要草原植物群落的植被特征,及其在气候、土壤和人为影响梯度上的分布幅度和生态适宜区域。草原植物种和植物群落在气候和放牧梯度上的直接排序提供了气候和土地利用变化后草原植被动态的可能图景。     

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。