内蒙古荒漠草原放牧强度对风沙通量和沉积物粒径的影响北大核心CSCD

以内蒙古短花针茅(Stipa breviflora)草原为研究对象,在放牧11年的样地布设BSNE集沙仪,通过2013年4月到2015年4月4个采样期对短花针茅草原放牧强度与风沙通量的定量关系及风蚀物粒度特征进行了研究。结果表明:(1)放牧强度对风沙通量有显著影响(p<0.05)。随着放牧强度增强,风沙通量逐渐增加;风沙通量对放牧强度的响应存在季节差异,生长季的日平均风沙通量小于非生长季,且生长季不同放牧强度间风沙通量差异较大,其中重度放牧区风沙通量是对照区的5倍,而非生长季不同放牧强度间风沙通量差异较小,重度放牧区是对照区的1.7倍;(2)生长季不同高度风沙通量的自然对数和垂直高度之间存在较好的二项式拟合结果,而非生长季风沙通量的垂直分布没有明显规律;放牧强度间通量的垂直分布差异主要表现在0–50 cm高度;在同样高度,放牧强度大,垂直通量也大;(3)风蚀沉积物中粒径≤250μm颗粒富集度随垂直高度变化而变化;风沙沉积物中,≤250μm的颗粒占沉积物总量的85%以上,沉积物中粒径≤50μm的颗粒有明显的富集作用,且随垂直高度增加富集比逐渐增加;粒径为125–250μm和50–125μm的颗粒表现为随垂直高度增加富集比降低的趋势,且125–250μm粒径的富集比显著小于50–125μm颗粒的富集比;荒漠草原放牧强度对风沙通量有不同程度的影响,放牧强度越大,风蚀越重,风蚀作用强化了重度放牧对草地退化的影响作用。     

不同放牧强度对荒漠草原蝗虫群落的影响

采用无底样框法对四子王旗荒漠草原不同放牧强度下的蝗虫群落进行了取样调查,比较了不同放牧强度下荒漠草原蝗虫群落的丰富度、多样性和均匀度指数及群落中蝗虫种类和数量随季节的动态变化,并对蝗虫种群分布与植物群落特征进行了相关性分析。结果表明,在不同放牧强度下蝗虫的群落结构及时间动态均存在一定差异,说明放牧活动对蝗虫群落结构有明显影响,其中,轻度放牧和重度放牧样地中蝗虫种群总数显著高于其他样地。不同种类的蝗虫群落与放牧强度之间关系表现复杂。     

Effects of grazing intensity on windblown sediment mass flux and particle size distribution in the desert steppe of Nei Mongol,China

Aims Grazing activities degrade soil aggregates, reduce vegetation coverage and affect the amount of deposited material, and make the land more vulnerable to wind erosion. Although livestock increase was considered as the main issue leading to the degradation, only very few studies have quantitatively investigated the relationship between grazing and soil erosion. The relationship between different stocking rates and sediment flux, and sediment soil particle was studied to reveal the mechanism of different grazing intensities on soil erosion process, to provide basic parameters for grazing optimization in the Stipa breviflora desert steppe. Methods In the Stipa breviflora desert steppe research area, BSNE collecting sand boxes were set in the randomly distributed paddock experiment sites for 11 year with different grazing intensities (0.15、0.30、0.45、0 sheep·hm^-2·month^-1, corresponding to light grazing LG, moderate grazing MG, heavy grazing HG and control CK, respectively). The quantitative relationship between grazing intensity and sediment flux, and the characteristics of sediment soil particle were conducted in four sampling periods through 2 years (April 2013 to April 2015).Important findings (1) Grazing intensity had a significant effect on the sediment flux (p< 0.05), and the sediment flux increased with the increase of grazing intensity. The response of sediment flux to grazing intensity was variable with season. The daily average sediment flux (13.12 g·m^-1·d^-1) during the period of April to October was smaller than that from October to April (18.74 g·m^-1·d^-1). The sediment flux difference of different grazing intensities was greater from April to October, with the 5 times daily average sand flux in the heavy grazing paddock that in the control. The average sediment flux difference of different grazing intensities was small from October to April. (2) The relationship between the natural logarithm of sediment flux at different height and the vertical height had a better binomial fitting from April to October, and there was no obvious regular pattern about flux vertical distribution from October to April, and the vertical flux difference of grazing intensities was mainly expressed in 0-50 cm layer. (3) Sand sediment particle ≤250 μm accounted for more than 85% of the total sediment, the sand sediment particle of ≤50 μm) size was significantly enriched, and the enrichment ratio increased with the increase of vertical height. The enrichment ratio of 125-250 μm particle and 50-125 μm particle decreased with the increase of vertical height, and the enrichment ratio of 125-250 μm particle was smaller than that of 50-125 μm particle (p< 0.05). Therefore grazing intensity had different influence on the sand flux in Stipa breviflora desert steppe, the greater the grazing intensity, the heavier the wind erosion was, and the effect of grazing intensity on grassland was enhanced by wind erosion.     

放牧强度对内蒙古荒漠草原土壤有机碳及其空间异质性的影响

放牧是内蒙古荒漠草原主要利用方式之一,研究不同放牧强度下土壤有机碳分布规律对退化草原恢复以及推广精准放牧技术具有重要的指导意义。基于不同放牧强度长期放牧样地（0、0.93、1.82、2.71羊单位hm^-2（a/2）^-1）,采用高样本数量的取样设计并结合地统计学分析方法,研究荒漠草原土壤有机碳及其空间异质性。结果表明：中度放牧会显著降低0-30 cm土层全氮含量（P<0.05）,全磷含量随放牧强度增强出现先降低后升高趋势;放牧样地土壤有机碳含量均显著低于对照样地（P<0.05）,不同放牧强度处理土壤有机碳含量没有显著差异;土壤有机碳密度受放牧影响在0-20 cm土层出现显著下降（P<0.05）,变化趋势同有机碳含量相似,碳氮比在重度放牧区0-10 cm土层显著降低（P<0.05）。土壤有机碳空间异质性和异质性斑块的破碎程度随放牧强度增加而增大;土壤有机碳含量与海拔高度在对照、轻度放牧和中度放牧区均呈极显著负相关（P<0.01）,在重度放牧区土壤有机碳含量和海拔无显著相关性;土壤有机碳含量与土壤全氮、全磷含量均呈极显著正相关（P<0.01）。综上所述,放牧降低土壤有机碳含量,提高土壤有机碳空间异质性,土壤有机碳含量的空间变异受海拔和土壤养分含量等因素的共同影响。     

放牧强度对短花针茅荒漠草原甲虫群落分布格局的影响

放牧对脆弱的荒漠草原生态系统有着重要影响,且随放牧强度及持续时间不同而变化。鞘翅目昆虫是环境监测与生物多样性变化的指示生物。利用巴氏罐诱法对短花针茅荒漠草原不同放牧强度草地的甲虫群落组成和多样性进行调查,探究放牧对荒漠草原甲虫群落的影响。结果表明:(1)步甲科、金龟科为短花针茅荒漠草原甲虫群落优势类群,埋葬甲科、芫菁科、拟步甲科和花金龟科为常见类群。(2)放牧强度增加不利于维持更多的捕食性甲虫;对照和轻度放牧样地可维持更多的腐食性甲虫。(3)甲虫数量随放牧强度增加而递减;群落多样性以重度放牧草地最大,轻度放牧草地最小;群落优势度为对照、中度、重度显著高于轻度放牧草地。各甲虫类群在不同放牧强度草地出现时间、高峰期均不同。(4)对照、轻度、重度放牧样地的甲虫优势类群群落结构不同于其他生境,但均与中度放牧样地存在相似性。轻度、中度、重度放牧样地的甲虫稀有类群群落结构不同于其他生境,但均与对照样地存在相似性。(5)甲虫群落个体数与植物群落物种丰富度、盖度、植物平均高度、生物量呈显著正相关。Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数均与植物群落物种丰富度、生物量显著负相关...     

氮和水分添加对内蒙古荒漠草原放牧生态系统土壤呼吸的影响

土壤呼吸是生态系统碳循环的重要组成部分, 同时也是评价生态系统健康状况的重要指标, 对于评估退化草地恢复过程中生态系统功能具有重要意义。该研究在内蒙古四子王旗短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原长期放牧实验平台上进行, 该平台设置对照(CK)、轻度(LG)、中度(MG)和重度(HG) 4个放牧强度。通过在4个放牧处理区设置氮、水添加实验处理, 探讨不同放牧强度背景下, 氮、水补充对荒漠草原土壤呼吸过程的影响。结果表明: (1)历史放牧强度除2015年对土壤呼吸无显著影响, 2016和2017年都有显著影响, 放牧区3年平均土壤呼吸速率基本都高于对照区。此外, 氮和水分添加显著增加了MG区土壤呼吸速率, HG区氮、水同时添加对土壤呼吸速率有显著增加作用; (2)无论是历史放牧强度, 还是氮、水添加处理, 都没有改变荒漠草原生长季土壤呼吸速率的季节动态变化趋势, 土壤呼吸速率基本表现为单峰曲线模式, 峰值出现在水热同期的7月份; (3)不同年份生长季土壤呼吸速率对氮、水处理的响应并不相同, 氮添加至第3年产生显著影响。水分添加在平水年份(2015和2017年)对土壤呼吸产生显著影响, 但在丰水年份(2016年)无显著影响。氮、水共同添加分别在CK、LG和HG区3年平均土壤呼吸速率显著高于单独加水处理, 说明氮添加的有效性依赖于水分条件, 两者表现为协同作用; (4)不同处理下荒漠草原土壤呼吸的温度敏感性(Q₁₀)值介于1.13-2.41之间, 平均值为1.71。在无氮、水添加时, 放牧区的Q₁₀值都小于CK区, 总体表现为CK 大于 MG 大于 LG 大于 HG; 加水和氮水共同添加处理后, Q₁₀值都有明显增加, 其中NW处理下Q₁₀值都增加到2.0以上。上述结果说明在过去受不同放牧强度影响的荒漠草原在停止放牧后的恢复过程中, 土壤水分仍是影响土壤呼吸的主导环境因子, 外源氮添加只有在满足一定水分供给的基础上才起作用, 尤其是过去的重度放牧区土壤呼吸速率对氮、水补充的响应最为强烈。该研究结果可以为评估荒漠草原恢复过程中土壤呼吸速率受养分和水分影响提供基础资料和依据。     

氮水添加对放牧背景下荒漠草原生产力的影响

水分与氮素作为干旱和半干旱草原生产力的共同限制性因子在退化草原的生态快速修复过程中备受关注。以不同放牧强度背景下的短花针茅荒漠草原为研究对象,开展围封模拟放牧利用实验,同时添加氮素和水分。通过分析历史放牧强度与年份对生产力的影响,以及添加氮素和水分对不同功能群植物生物量的作用,探讨放牧强度对短花针茅草原生产力的内在作用机制,以及如何实现荒漠草原资源合理开发和可持续利用。研究结果显示,降雨量与放牧强度决定着短花针茅草原的植物群落结构。氮素和水分添加可分别提升11%-29%和12%-32%的群落地上生物量,且二者存在显著的交互作用。不同功能群植物的地上生物量对氮素与水分添加的响应存在差异,多年生丛生禾草对氮素和水分添加响应最敏感。氮素与水分添加可显著提高多年生丛生禾草的地上生物量,但与自然降水量相关。氮素添加对地上生物量的影响在正常降雨和稍旱年份作用显著,而水分添加在干旱年份作用显著。在正常降雨年份,以半灌木植物为优势种的轻度放牧背景以添加水分对提升生产力最宜,以多年生丛生禾草和半灌木为共优种的中度放牧背景和以多年生丛生禾草为优势种的重度放牧以同时添加水分和氮素对提升生产力最为宜;在干旱年份不同放牧强度背景下均以同时添加水分和氮素对提升生产力最为宜。我们的结果表明了养分与资源的改善有利于退化短花针茅草原的快速恢复和可持续生产。     

不同放牧强度下短花针茅荒漠草原植被的空间异质性

分析不同放牧强度下植物群落中物种的空间分布特征, 有助于阐明群落在放牧胁迫下的演替规律。该研究基于幂函数法则, 探讨了不同放牧强度下短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原群落植物的频率和空间异质性。结果表明: 不同放牧强度下物种空间分布与幂函数法则能很好地吻合; 不同物种空间异质性具有特异性, 随着放牧强度的增加, 提高群落空间异质性的物种分别由无芒隐子草(Cleistogenes songorica)、冷蒿(Artemisia frigida)、短花针茅、银灰旋花(Convolvulus ammannii)等多个物种逐渐转变为以无芒隐子草、短花针茅为主的少数物种, 同时, 物种空间异质性大于群落空间异质性的物种数逐渐减少。     

放牧对短花针茅荒漠草原植物多样性的影响

放牧干扰对草原植物多样性影响机制是放牧生态学研究的核心问题。以内蒙古锡林郭勒盟苏尼特右旗的短花针茅荒漠草原的长期放牧控制实验为平台,系统研究了放牧调控下植物多样性随组织尺度转换的影响,为荒漠草原植物多样性尺度推绎提供理论基础。结果显示:1)现存草地物种数未放牧最高,适度放牧次之,重度放牧最低,差异体现在多年生杂类草和一年生草本2个功能群上,且各功能群的权重基本不受放牧强度影响;2)群落尺度,放牧强度没有显著影响丰富度指数,未放牧小区的植物Simpson生态优势度指数、Shannon-Wiener物种多样性指数与Pielou均匀度指数大于适度放牧小区,显著大于重度放牧小区(P0.05);功能群尺度,多年生禾草与一年生草本的多样性指数对放牧无显著响应,多年生杂类草的多样性指数未放牧小区最高,适度放牧小区次之。3)Godron群落稳定性指数显示,适度放牧的小区稳定性高于未放牧小区和重度放牧小区。研究表明,放牧强度的上升使短花针茅荒漠草原不同组织尺度植物多样性降低,但群落稳定性结果显示适度放牧的草地表现出了更高的稳定性,植物多样性与稳定性的权衡将是合理制定区域科学放牧强度的重要途径。     

放牧制度对荒漠草原生态系统土壤养分状况的影响

从土壤N,P,K及土壤有机质等方面研究了在连续进行了7 a的放牧制度试验对荒漠草原生态系统土壤养分含量的影响。研究结果表明:放牧制度对土壤的养分状况有明显的影响。划区轮牧区和禁牧提高了土壤有机质、土壤氮素、土壤全钾和土壤速效钾含量。土壤表层磷含量划区轮牧区最高。放牧导致碳氮比减少。同时,土壤养分含量随土壤深度的变化在不同处理没有表现出较为一致的变化趋势。禁牧区土壤全氮含量随土壤深度的增加而增加;不同处理土壤速效氮、土壤速效钾含量均随土壤深度的增加逐渐降低;土壤全磷在自由放牧区随土壤深度的增加逐渐升高;土壤速效磷、全钾含量在划区轮牧区随土壤深度的增加逐渐降低;土壤养分含量与土壤深度的拟合曲线为二次幂函数。研究表明,禁牧和划区轮牧较自由放牧可以提高荒漠草原土壤养分元素的含量,有利于遏制草原土壤的退化。     

内蒙古温带草原不同放牧强度和围栏封育对凋落物分解的影响

放牧和围封通过影响植物群落结构和土壤微环境来调控草地生态系统的碳循环。该研究在内蒙古温带草原设置轻度放牧后围封、轻度放牧、重度放牧后围封、重度放牧4种样地, 通过测定干旱年(2011年)和湿润年(2012年)地上、地下凋落物产量、质量及其分解速率和土壤养分含量, 分析不同放牧强度对凋落物形成和分解的影响, 以及围栏封育对生态系统恢复的作用。结果表明: 重度放牧地上凋落物产量和分解速率均高于轻度放牧。干旱年轻度放牧样地地下凋落物产量和分解速率高于重度放牧, 湿润年相反。短期围封显著提高了凋落物产量, 轻度放牧样地围封后地上凋落物分解速率和养分循环加快, 而重度放牧样地围封后地上凋落物分解减慢。因此, 与重度放牧相比, 轻度放牧草地的恢复更适合采用围栏封育措施; 而重度放牧草地的恢复可能还需辅以必要的人工措施。降水显著促进地上、地下凋落物形成和分解。地下凋落物的生产和分解受降水年际波动影响较大, 重度放牧草地对降水变化的敏感度比轻度放牧草地高。地上凋落物分解速率与凋落物N含量显著正相关, 与土壤全N显著负相关, 与地上凋落物C:N和木质素:N相关性不大; 地下凋落物分解速率与凋落物C、C:N和纤维素含量显著负相关。该研究结果将为不同放牧强度的草地生态系统恢复和碳循环研究提供理论依据。     

Effects of grazing intensity and grazing exclusion on litter decomposition in the temperate steppe of Nei Mongol,China

Aims Grazing intensity and grazing exclusion affect ecosystem carbon cycling by changing the plant community and soil micro-environment in grassland ecosystems. The aims of this study were: 1) to determine the effects of grazing intensity and grazing exclusion on litter decomposition in the temperate grasslands of Nei Mongol; 2) to compare the difference between above-ground and below-ground litter decomposition; 3) to identify the effects of precipitation on litter production and decomposition. Methods We measured litter production, quality, decomposition rates and soil nutrient contents during the growing season in 2011 and 2012 in four plots, i.e. light grazing, heavy grazing, light grazing exclusion and heavy grazing exclusion. Quadrate surveys and litter bags were used to measure litter production and decomposition rates. All data were analyzed with ANOVA and Pearson’s correlation procedures in SPSS. Important findings Litter production and decomposition rates differed greatly among four plots. During the two years of our study, above-ground litter production and decomposition in heavy-grazing plots were faster than those in light-grazing plots. In the dry year, below-ground litter production and decomposition in light-grazing plots were faster than those in heavy-grazing plots, which is opposite to the findings in the wet year. Short-term grazing exclusion could promote litter production, and the exclusion of light-grazing could increase litter decomposition and nutrient cycling. In contrast, heavy-grazing exclusion decreased litter decomposition. Thus, grazing exclusion is beneficial to the restoration of the light-grazing grasslands, and more human management measures are needed during the restoration of heavy-grazing grasslands. Precipitation increased litter production and decomposition, and below-ground litter was more vulnerable to the inter-annual change of precipitation than above-ground litter. Compared to the light-grazing grasslands, heavy-grazing grasslands had higher sensitivity to precipitation. The above-ground litter decomposition was strongly positively correlated with the litter N content (R² = 0.489, p < 0.01) and strongly negatively correlated with the soil total N content (R² = 0.450, p < 0.01), but it was not significantly correlated with C:N and lignin:N. Below-ground litter decomposition was negatively correlated with the litter C (R² = 0.263, p < 0.01), C:N (R² = 0.349, p < 0.01) and cellulose content (R² = 0.460, p < 0.01). Our results will provide a theoretical basis for ecosystem restoration and the research of carbon cycling.     

Effects of enclosure on carbon density of plant-soil system in typical steppe and desert steppe in Nei Mongol,China

草地生态系统是巨大的碳库, 在全球碳循环中起着重要的作用。该研究以内蒙古中温带草地区典型草原和荒漠草原为研究对象, 测定了两种草原类型围封与放牧后地上生物量碳密度、地下生物量碳密度和土壤碳密度, 探讨围封对两种草原类型植被-土壤系统碳密度的影响。结果表明: (1)围封显著地增加了典型草原地上和地下生物量的碳密度, 对荒漠草原地上生物量碳密度增加影响显著, 对地下生物量碳密度增加影响不显著; (2)围封显著地增加了典型草原土壤碳密度, 使荒漠草原土壤碳密度有增加的趋势, 但影响不显著; (3)典型草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布显著高于放牧样地, 而荒漠草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布与放牧样地的差异不显著; (4)围封分别提高了典型草原和荒漠草原植被-土壤系统碳密度的2.2倍和1.6倍, 典型草原和荒漠草原分别有超过65%和89%的碳储存在土壤中, 两种草原类型的地下生物量碳库均占总生物量碳库的90%以上。研究结果表明围封能够有效地增加草原生态系统的碳储量。     

围封对内蒙古典型草原与荒漠草原植被-土壤系统碳密度的影响

草地生态系统是巨大的碳库, 在全球碳循环中起着重要的作用。该研究以内蒙古中温带草地区典型草原和荒漠草原为研究对象, 测定了两种草原类型围封与放牧后地上生物量碳密度、地下生物量碳密度和土壤碳密度, 探讨围封对两种草原类型植被-土壤系统碳密度的影响。结果表明: (1)围封显著地增加了典型草原地上和地下生物量的碳密度, 对荒漠草原地上生物量碳密度增加影响显著, 对地下生物量碳密度增加影响不显著; (2)围封显著地增加了典型草原土壤碳密度, 使荒漠草原土壤碳密度有增加的趋势, 但影响不显著; (3)典型草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布显著高于放牧样地, 而荒漠草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布与放牧样地的差异不显著; (4)围封分别提高了典型草原和荒漠草原植被-土壤系统碳密度的2.2倍和1.6倍, 典型草原和荒漠草原分别有超过65%和89%的碳储存在土壤中, 两种草原类型的地下生物量碳库均占总生物量碳库的90%以上。研究结果表明围封能够有效地增加草原生态系统的碳储量。     

放牧对短花针茅荒漠草原土壤团聚体组成及稳定性的影响

放牧作为草地的主要利用方式,对草地生态系统的结构和功能具有显著影响。目前长期放牧对草地土壤团聚体组成及其稳定性的影响还知之甚少。本研究依托2004年建立的内蒙古短花针茅荒漠草原长期放牧试验平台,设置围封禁牧(对照)、轻度、中度和重度放牧强度,研究不同放牧强度下土壤团聚体组成和稳定性的变化,并结合相关土壤理化指标探究影响土壤团聚体稳定性的主要因素。结果表明: 放牧显著改变了不同粒径土壤团聚体的组成。与对照相比,大团聚体(0.25～2 mm)含量在轻度放牧下保持不变,而在中度和重度放牧下显著下降;重度放牧显著降低了小团聚体(0.053～0.25 mm)含量,而中度和重度放牧显著增加了微团聚体(<0.053 mm)含量。土壤团聚体稳定性在轻度放牧下维持较高水平,但在中度和重度放牧下显著降低。土壤团聚体稳定性与大团聚体含量呈显著正相关,与微团聚体含量呈显著负相关。土壤pH值、容重、有机碳及其他理化性质共同作用于土壤团聚体组成进而对其稳定性产生影响。综上,对于荒漠草原而言,适度放牧可以维持较高的土壤团聚体稳定性。     

长期不同放牧强度下荒漠草原建群种短花针茅(Stipa breviflora)叶片解剖结构变化

植物叶片解剖结构随放牧强度的变化而发生变化。以短花针茅荒漠草原长期(19年)固定监测放牧样地为研究区,以建群种短花针茅叶片作为实验材料,测量不同放牧强度(对照(CK)、轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)、重度放牧(HG))下短花针茅叶片保护组织、输导组织、机械组织、同化组织有关的14个解剖结构指标,分析短花针茅叶片解剖结构随长期不同放牧强度的变化,从生理角度探讨荒漠草原植物对长期放牧的适应及响应。研究结果表明：(1)叶片层次上,短花针茅通过增加其叶片横切面面积和叶厚度去适应放牧干扰;(2)保护组织方面,与对照区相比,重度放牧区角质层厚度增加,但未达到差异显著性(P>0.05),角质层厚度占叶厚度比例随放牧强度的增加整体呈增加趋势;(3)输导组织方面,木质部面积随放牧强度的增加呈下降趋势,而韧皮部面积、主导管面积、维管束面积等指标均随放牧强度的增加呈增加趋势,但没有达到显著性(P>0.05);(4)机械组织方面,厚壁组织面积和厚壁组织占叶面积比例均随放牧强度的增加呈增加趋势;(5)同化组织方面,随着放牧强度的增加,短花针茅叶片叶肉组织面积显著增加(P<0.05)。可见,...