大针茅典型草原土壤CO2排放规律的研究

采用静态室/碱吸收法研究了内蒙古大针茅典型草原土壤呼吸的时空动态.大针茅群落地上部和地下部生物量的时空变异不同步,用地上部生物量不能很好地预测群落的根系量.群落土壤呼吸具有明显的时空动态,控制群落土壤呼吸空间变异与时间变异的因子是不同的.土壤呼吸的季节变化与地上部生物量及土壤水分状况关系密切.根据大针茅群落分别计算了大针茅群落1995、1997和1998年的年CO₂排放总量,分别为180、45.8和225gC·m^-2·a^-1,年际变异很大.过度放牧大大降低了群落的生物量,也降低了土壤CO₂排放量.讨论了建立以降水量为驱动因子的草地群落土壤呼吸动态模型的可能性.     

海南尖峰岭热带山地雨林林冠层树种功能多样性特征

以海南尖峰岭热带山地雨林3块1 hm²样地为研究对象,利用11个林冠功能性状结合样地地形及林冠乔木树种样地清查数据,分别基于单维性状和多维性状比较物种多度加权对群落功能离散度指数——平均成对距离(MPD)和平均最近类群距离(MNTD)的影响;同时分析林冠层功能丰富度(FRic)与物种丰富度之间的关系,最后利用零模型探讨不同生境类型下标准化效应MPD和MNTD(经过物种多度加权且剔除群落物种丰富度差异影响)的变化,进而评价林冠层群落水平功能多样性格局及其对局域生境异质性的响应.结果表明: 功能性状维度和物种多度对MPD的影响强烈,不同维度功能性状多度加权前后MPD相关性较弱(R=0.359～0.628);但对MNTD的影响相对较弱,不同维度功能性状多度加权前后MNTD相关性较强(R=0.746～0.820);未经物种多度加权的MPD和MNTD均普遍高估了林冠层的功能离散度.林冠层功能丰富度与物种丰富度基本呈指数相关关系(F=128.20;R²=0.632;AIC=97.72;P＜0.001),且功能丰富度很有可能存在一定的物种丰富度阈值.基于不同维度功能性状的林冠层功能多样性格局及其生境响应存在一定的差异性.在生物竞争激烈的低沟生境中,林冠层功能多样性倾向于比预期零模型随机产生的功能多样性高,林冠树种功能性状表现出离散分布;而在其他生境类型中,林冠层功能多样性倾向于接近或低于随机产生的功能多样性,林冠树种功能性状随机或聚集分布.     

物种多度和径级尺度对于评价群落系统发育结构的影响: 以尖峰岭热带山地雨林为例

研究不同径级尺度群落系统发育多样性有助于了解不同年龄模式下物种的亲缘关系及其群落系统发育结构; 但是关于物种多度对群落系统发育结构影响的研究较少。以海南尖峰岭热带山地雨林群落为例, 首先在不同径级尺度比较物种多度加权与否分别对4个广泛采用的系统发育指数的影响, 继而利用其中2个经过标准化处理的系统发育多样性指数: 净种间亲缘关系指数(net relatedness index, NRI)和净最近种间亲缘关系指数(nearest taxon index, NTI), 结合群落的生境类型来量度不同局域生境条件下不同径级尺度木本植物系统发育关系。结果发现: (1)未考虑物种多度加权的系统发育平均成对距离(mean pairwise distance, MPD)指数比考虑物种多度加权的MPD指数显著地高估了群落整体系统发育多样性, 且这种现象在小径级尺度(1 cm≤DBH<5 cm)最为明显。因此, 在森林监测样地中对于中、小径级群落系统发育结构研究中建议考虑物种多度信息。(2) 从群落组成整体系统发育结构来看, 尖峰岭热带山地雨林在几乎所有径级尺度和生境下均倾向于系统发育发散, 且随着径级的递增发散程度趋于明显(NRI<0)。(3)从群落组成局部系统发育结构来看, 尖峰岭热带山地雨林在中、小径级倾向于系统发育聚集(NTI>0), 而在大径级(DBH≥15 cm)则倾向于系统发育发散(NTI<0)。总之, 研究群落系统发育结构时应考虑物种多度的影响以及径级尺度效应。     

尖峰岭热带山地雨林林冠层乔木某些功能性状的系统发育信号、关联性及其演化模式

热带雨林林冠层具有丰富的物种、功能和系统发育(谱系)多样性,能够显著影响生态系统生物地球化学循环,调节大气水热平衡,缓解气候变化与人为干扰的负面作用。因此热带雨林林冠层功能和谱系生态学研究是目前群落生态学研究的热点之一。选取海南尖峰岭热带山地雨林3个1 hm2样地的林冠层为研究对象,利用样地林冠树种清查数据基于APG III系统发育结构重建样地林冠层系统发育树。利用Blomber's K对和Pagel'sλ指标结合系统发育独立性比较法对组成林冠层乔木树种的结构、化学计量和水力学功能性状(11个性状)的系统发育信号、关联性和演化模式进行研究,以探讨物种亲缘关系对尖峰岭热带山地雨林林冠层多维功能性状关联性及其动态演化的影响。结果表明,有8个功能性状(叶面积、叶厚度和潜在最大高度除外)具有显著的系统发育信号(通过P0.05的显著性检验),Blomber's K值和Pagel'sλ值分别介于0.202—0.392和0.277—0.847之间,表明尖峰岭热带山地雨林林冠层功能性状普遍存在系统发育保守性。在系统发育背景下,林冠层乔木树种结构、化学和水力学功能性状在物种水平普遍存在显著关联性(P0.05),表现出趋同或趋异进化;而且林冠层乔木随物种分化其功能性状分化模式大致呈水平"漏斗"状,姐妹类群功能性状间差异性在物种分化早期(大约1亿2千万年前至6000万年前)明显小于其在中后期(大约6000万年前至今)的差异性,导致了林冠层性状空间在中后期迅速膨大。然而林冠层主要功能性状在系统发育树内部每一节点上姊妹类群分化产生的系统发育独立性比较值绝大部分与零模型随机模拟值并无显著性差异。了解系统发育背景下林冠层功能性状的权衡关系及其随物种演化的分化模式与时间动态为进一步探究热带雨林林冠生态系统功能发挥奠定基础。     

不同放牧压力下大针茅种群的遗传多样性

大针茅是亚洲中部草原亚区特有的蒙古草原种,以大针茅建群的草原在内蒙古的分布面积为2 798 081hm^2.从遗传多样性上探讨了大针茅种群在放牧压力下的适应机制,结果表明：虽然放牧导致部分基因位点丢失,但整个种群仍表现出丰富的多态性,ISSR检测的多态性条带比率为89%.Nei＇s指数计算的大针茅种群间的遗传分化为0.1984,说明有19.8%的遗传变异存在于种群之间, 80.2%的遗传变异存在于种群内. 由Shannon＇s和Nei＇s多样性指数检测的大针茅种群内遗传多样性随着放牧压力的增加有逐渐减弱的趋势.根据遗传距离构建的UPGMA聚类图中, 中度和重度放牧样地首先聚为一类, 不放牧和轻度放牧样地聚为一类, 随后聚在一起.     

内蒙古锡林河流域大针茅草原土壤呼吸和凋落物分解的CO2排放速率研究

根据静态气室法对大针茅（ＳｔｉｐａｇｒａｎｄｉｓＳｍｉｒｎ）草原整个生长季土壤呼吸和地表凋落物分解释放ＣＯ２量的测定结果,分析了大针茅草原土壤呼吸和凋落物分解速率的季节动态,并探讨了其与地上、地下生物量及环境因子的关系。结果表明：（１）在整个观测期内,大针茅草原由土壤呼吸和地表凋落物分解所释放ＣＯ２速率的季节动态呈梯形曲线,８月下旬达到最大值２．５１ｇＣ·ｍ－２·ｄ－１;（２）ＣＯ２排放速率的季节变化趋势与地上生物量,尤其是地上绿色生物量部分的季节动态有一定同步性,而与地下生物量的季节变化趋势不同步,甚至相反;（３）地表凋落物层有减缓土壤向大气排放ＣＯ２的作用;（４）土壤呼吸和地表凋落物分解释放ＣＯ２的速率（ｙ）与土壤湿度（ｘ）显著相关,其对数回归模型为：ｙ＝３．４６９ｌｏｇ１０ｘ－２．０５３（ｒ＝０．９２,Ｐ＜０．０１）。     

羊草和大针茅群落光合速率的比较研究

本研究用同化箱法,在野外条件下测定了羊草群落和大针茅群落的光合速率日进程和季节变化。得到如下结果：1;在整个生长期中,测得羊草和大针茅两群落光合速率的日进程都属双峰型,上、下午,各有一个高峰,但一般以上午峰值较高。2．羊草和大针茅两群落日净光合量的季节变化趋势是相似的。自返青后迅速的提高,到7月上旬达最大值,羊草和大针茅两群落的日净光合量分别为31.68和11.5 gCO2／m2d,随后逐渐降低。3.两群落光合能力的大小,峰值的高低和出现的早晚、中午光合降低的幅度以及季节变化的特点等都与植物生长发育阶段和环境条件有密切的关系。 4．羊草群落各阶段的瞬时光合、日净光合,LAI和生物量等都高于相近时期的大针茅群落。但在环境条件较差(干旱)时,羊草群落光合增加的幅度要比环境条件好时小。5．大针茅群落要比羊草群落耐旱,对不良环境的适应能力强,但在条件较好时增产幅度小。     

大针茅草原6种主要植物叶凋落物和根系分解特征与功能性状的关系

开展凋落物分解特征与植物功能性状间的关系研究对于认识生态系统功能的维持机制至关重要。为了阐明不同物种叶凋落物和根系分解的主要影响因素, 该研究以大针茅(Stipa grandis)典型草原的大针茅、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、知母(Anemarrhena asphodeloides)、羊草(Leymus chinensis)、银灰旋花(Convolvulus ammannii)和黄囊薹草(Carex korshinskyi) 6种植物的叶凋落物和根系为研究对象, 采用凋落物袋法通过501天的野外分解实验对叶凋落物和根系的分解速率常数进行研究, 并测定6种植物的叶片干物质含量、根比表面积、根组织密度以及叶凋落物和根系的碳(C)、氮(N)含量、纤维组分含量等功能性状, 探讨了6种植物叶凋落物和根系的分解特征与其功能性状之间的关系。结果表明, 6种植物叶片和根系性状的种间差异显著, 大部分性状的最大值和最小值的比值在1到2之间, 而个别性状如根系的C:N和根比表面积相差近4倍。叶凋落物和根系在分解过程中质量剩余率与分解速率常数整体变化趋势都表现出前期分解迅速, 中期相对变缓, 后期分解最慢的规律; 并且糙隐子草的叶凋落物和根系分解最慢, 而银灰旋花的叶凋落物分解最快, 知母根系分解最快。通过相关分析和逐步回归分析发现, 在不同分解时期, 叶凋落物和根系的分解过程受到不同性状的影响。结构性碳水化合物含量是叶凋落物前期和后期分解以及根系前期分解的主要影响因素, 非结构性碳水化合物含量则是根系中期和后期分解的主要影响因素; 另外, 叶凋落物在分解中期的分解速率主要受叶片干物质含量的影响, 根系在分解中期和后期的分解速率还分别受到根系C:N和N含量的显著影响。研究结果对于预测大针茅草原的碳和养分循环过程具有重要指导意义。     

不同生长时期羊草大针茅光合速率与气温关系的比较研究

 本文对羊草( Aneurolepidium chinense)和大针茅(Stipa grandis)营养枝生长初期、盛期和后期的光合速率—气温关系进行了比较研究。结果表明：羊草的相对光合速率—气温关系是一条三次函数曲线,大针茅则是一条三次项趋于零的四次函数曲线;羊草光合作用的低温补偿点低于大针茅,而高温补偿点则高于大针茅：光合作用—气温曲线斜率,即温度系数[1],两种植物间有差异,但不显著。光合作用的高温补偿点和最适温度,即温度饱和点[2],都以生长盛期最高,生长后期又低于初期。光合作用的半饱和温度和近饱和温度,也以生长盛期最高;生长后期与初期相比较：曲线处于下降阶段时,两种牧草的这一温度均是后期低于初期;曲线处于上升阶段时,大针茅仍是后期低于初期。羊草则是后期高于初期。     

大针茅种群RAPD多样性及其与若干生态因子的相关关系

利用RAPD分子标记,对锡林郭勒草原主要建群种大针茅（Stipa grandis P.Smirn.）5个种群共90个基因株的遗传多样性进行了分析.由16个10碱基随机引物共扩增得到310条清晰可重复的RAPD片段,且全部为多态性条带.利用POPGENE软件对RAPD数据进行分析可以看出,不同地理种群大针茅存在很高的遗传变异,且大部分变异存在于种群之内,只有少量变异存在于种群之间（≈28%）.Pearson相关分析表明,大针茅种群内基因多样性与温度因子（≥10℃年积温、年均温和1月份均温）之间存在显著（p＜0.05）或极显著（p＜0.01）的相关关系;Mantel检验结果显示,大针茅种群间的遗传距离与种群间的实际地理距离之间不存在显著的相关关系（r=0.184,p=0.261）,但与水热因子的分异之间存在显著（p＜0.05）或极显著（p＜0.01）的相关关系.这些都表明水热差异的自然选择引起大针茅种群RAPD标记的生态地理分化,而迁移和遗传漂变对大针茅种群间的分化不起决定作用.     

内蒙古中东部草原贝加尔针茅、大针茅和克氏针茅的染色体核型分析

以内蒙古草原3种针茅属植物为材料,常规压片法制片后观察记录染色体数,并进行核型分析。实验结果表明: 贝加尔针茅、大针茅和克氏针茅细胞染色体数均为2n=44,属于2A核型,为二倍体。在3种针茅的染色体中,中部着丝粒染色体占大多数平均为62.1%,其次近中部着丝粒染色体平均为28.9%,近端部着丝粒染色体较少约为9.0%。在3种针茅的第五号染色体上均有随体,表明起源于同一祖先。虽然染色体核型均属于较对称型,但是染色体不对称系数随着3种针茅分布生境的干旱程度的增加而逐渐增加,可能是长期适应与进化的结果。     

Examining the genetic diversity of Stipa grandis under various grazing pressures

The Stipa grandis steppe in the Inner Mongolia Autonomous Region occupies an area of 2798081 hm2. On the basis of the genetic variation, it was found that its adaptability to the environmental conditions under grazing pressure was significant. Using the Inter-Simple Sequence Repeat (ISSR) procedure, the changes to the genetic diversity of the Stipa grandis population under different grazing pressures were observed. Plant samples were collected from a series of grazing gradients of the Stipa grandis steppe in Dalinuoer National Nature Reserve in the Inner Mongolia (located at 116°38′–116°41′E and 43°25′–43°27′N.), which has the following vegetation types in abundance: Leymus chinensis is the constructive species; the dominant species include Stipa grandis, Cleistogenes squarrosa, and Artemisia frigida; the companion species is Potentilla acaulis and others. According to the grazing pressure, the following four grazing gradients were identified from the dwellings of the herdsmen to the enclosure site: (1) no grazing (CK enclosure site); (2) light grazing (LG); (3) moderate grazing (MG); (4) heavy grazing (HG). Young leaves of each Stipa grandis were collected during the growing season. The results showed that the Stipa grandis showed abundant genetic diversity despite the fact that certain polymorphic loci were lost; at the same time, new polymorphic loci emerged when grazing pressure increased; a total of 10 primers were used, and 74 bands were produced in total, of which 65 bands were polymorphic; the total percentage of polymorphism was 89%; the percentage of polymorphic loci of the Stipa grandis population decreased with the increase of grazing pressure; the percentage of polymorphic loci was 62.2% in the no-grazing (CK) population, 64.9% in the light-grazing (LG) population, 58.1% in the moderate-grazing (MG) population, and 56.8% in the heavy-grazing (HG) population; the genetic diversity of the population in the descending order using the Shannon's information index is as follows: (1) light grazing (0.3486); (2) no grazing (0.3339); (3) moderate grazing (0.3249); (4) heavy grazing (0.2735) with the same distributional pattern as the Nei's genetic diversity index. The test showed the following: As the grazing pressures increased, the change of genetic diversity decreased; the genetic differentiation coefficient among the population (Gst) was 0.1984, which showed the presence of small partial genetic diversity (19.8%) among populations; gene flow (Nm*) between primers varied from 0.9806 to 3.4463, and the mean gene flow (Nm*) was 2.0202; the UPGMA cluster figure that was constructed on the basis of the genetic distance matrix showed four populations that became genetically closer at each step: (1) The first group was the moderate-grazing (MG) population and the heavy- grazing (HG) population; (2) The second group consisted of the no-grazing (CK) population and the light-grazing (LG) population; (3) The two groups gathered together.     

不同坡位大针茅生长与生殖分配特征

比较了内蒙古锡林郭勒草原坡地地形中坡底和坡顶大针茅的营养生物量与生殖生物量,并采用关联度法与因子分析法分析了影响种子生物量的因子.结果表明：坡底与坡顶大针茅营养生长和生殖生长之间差异均显著.与坡顶相比,坡底大针茅种群未结实子株高和数目分别增加24.69%和35.37%,已结实子株数增加102.97%,其营养生物量、生殖生物量和总生物量分别增加44.14%、95.59%和47.45%,种子百粒重增加25.00%.坡顶大针茅种子生物量受土壤含水量的影响较大,而坡底受土壤pH的影响较大.坡地地形使土壤水分和土壤氮含量发生分异,坡底大针茅将更多的能量分配给有性生殖.     

Responses of soil heterotrophic respiration to changes in soil temperature and moisture in a Stipa krylovii grassland in Nei Mongol

土壤异养呼吸在野外自然条件下除受温湿度影响外, 还受其他多种因子的综合影响, 很难利用野外观测数据确定土壤异养呼吸对温湿度变化的响应方程形式, 以及温湿度间是否存在交互作用。该研究在严格控制温湿度的条件下对内蒙古克氏针茅(Stipa krylovii)(西北针茅(Stipa sareptana var. krylovii))草原土样进行室内培养实验, 旨在解决上述问题。该研究的正交实验包括5个温度梯度(9、14、22、30、40 ℃)和5个湿度梯度(土壤持水力(water holding capacity, WHC)分别为20%、40%、60%、80%、100%)。室内培养实验持续71天, 土壤异养呼吸速率测定为2天(后期为1周)一次, 土壤可溶性有机碳和微生物生物量碳含量测定约为18天一次。研究结果显示: 土壤异养呼吸与温度呈显著正相关(p < 0.001)且温度间差异显著(p = 0.001), 呼吸温度敏感性(Q₁₀)与土壤水分含量呈正相关(p < 0.001); 呼吸与土壤水分二项式拟合效果较好, 在80% WHC时呼吸速率最大, 且最适湿度随温度上升而增加。土壤温度和水分的交互作用显著(p < 0.05), 土壤异养呼吸最适响应方程为lnRh = 0.914 + 0.098T + 0.046M + 0.001TM - 0.002T² - 0.001M² (Rh为异养呼吸, T为温度, M为湿度), 这说明加和形式的温湿度响应模型可能优于乘积形式。微生物生物量碳与土壤异养呼吸的相关性随培养时间发生变化, 土壤可溶性有机碳与土壤异养呼吸无显著相关(培养第20天除外), 原因可能是培养期间微生物死亡或群落结构改变导致微生物总体代谢活性的变化。     

内蒙古克氏针茅草原土壤异养呼吸对土壤温度和水分变化的响应

土壤异养呼吸在野外自然条件下除受温湿度影响外, 还受其他多种因子的综合影响, 很难利用野外观测数据确定土壤异养呼吸对温湿度变化的响应方程形式, 以及温湿度间是否存在交互作用。该研究在严格控制温湿度的条件下对内蒙古克氏针茅(Stipa krylovii)(西北针茅(Stipa sareptana var. krylovii))草原土样进行室内培养实验, 旨在解决上述问题。该研究的正交实验包括5个温度梯度(9、14、22、30、40 ℃)和5个湿度梯度(土壤持水力(water holding capacity, WHC)分别为20%、40%、60%、80%、100%)。室内培养实验持续71天, 土壤异养呼吸速率测定为2天(后期为1周)一次, 土壤可溶性有机碳和微生物生物量碳含量测定约为18天一次。研究结果显示: 土壤异养呼吸与温度呈显著正相关(p < 0.001)且温度间差异显著(p = 0.001), 呼吸温度敏感性(Q₁₀)与土壤水分含量呈正相关(p < 0.001); 呼吸与土壤水分二项式拟合效果较好, 在80% WHC时呼吸速率最大, 且最适湿度随温度上升而增加。土壤温度和水分的交互作用显著(p < 0.05), 土壤异养呼吸最适响应方程为lnRh = 0.914 + 0.098T + 0.046M + 0.001TM - 0.002T² - 0.001M² (Rh为异养呼吸, T为温度, M为湿度), 这说明加和形式的温湿度响应模型可能优于乘积形式。微生物生物量碳与土壤异养呼吸的相关性随培养时间发生变化, 土壤可溶性有机碳与土壤异养呼吸无显著相关(培养第20天除外), 原因可能是培养期间微生物死亡或群落结构改变导致微生物总体代谢活性的变化。     

内蒙古草原大针茅群落地上生物量与降水量的关系

根据中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站在大针茅样地(面积500m×500m,地理坐标43°32′20″～43°32′40″N116°33′00″～116°33′30″E)的地上生物量与气候观测资料,利用SPSS分别进行大针茅群落地上生物量与年降水量、月降水量关键时期(4～6月份与6～8月份)降水量以及1～7月份总降水量的相关分析;对年降水量接近的1982、1983和1989年(分别为283.2mm,289.9mm,287.2mm)的地上生物量进行方差分析;运用积分回归模型模拟了降水的季节分配对群落生物量的影响。结果表明:(1)群落生物量的年际变化与年降水、月降水、关键时期降水(4～6月份和6～8月份)以及1～7月份降水量的变化没有显著的相关性(p>0.1);(2)在年降水量接近的年份,群落的地上生物量之间存在显著差异。降水量季节分配的变化对地上生物量的影响还有待于进一步研究。     

围栏禁牧对羊草草原和大针茅草原蝗虫丰富度的影响

报道了围栏封育后羊草草原和大针茅草原蝗虫丰富度的变化,比较了蝗虫在羊 草草原和大针茅草原的发生特点．结果表明,以毛足棒角蝗为主导种的大针茅草原蝗虫生 物量是以小翅雏蝗为主导种的羊草草原蝗虫生物量的４～５倍;围栏封育后,羊草草原蝗 虫的生物量增加 ２４％,而大针茅蝗虫的生物量略有减少;围栏措施改变蝗虫的结构组成, 使毛足棒角蝗、鼓翅皱膝蝗、宽须蚁蝗、亚洲小车蝗等旱生和中旱生的地栖或兼栖偏地栖 种类的发生减少,条纹鸣蝗、小翅雏蝗、红腹牧草蝗等中生的植栖或兼栖偏植栖种类增加, 短星翅蝗及狭翅雏蝗的生物量在大针茅草原增加而在羊草草原减少．     

RAPD diversity of Stipa grandis populations and its relationship with some ecological factors

The genetic diversity of Stipa grandis P.Smirn and its relationship with the climatic variables were studied using the RAPD technique for 90 genes from five natural populations sampled in the Xilingol steppe, China. Sixteen oligonucleotides screened from 100 random primers were used to amplify 310 trackable RAPD loci, which were all polymorphic. By analyzing the RAPD data using POPGENE software, different geographic S. grandis populations were studied, which indicated a high level of genetic diversity, and the maximum variation was observed within the populations with a 28% variation observed among the populations. Using Pearson correlation analysis, significant (P < 0.05) or highly significant (P < 0.01) relationships were found between gene diversity indexes and temperature factors (≥10C cumulative temperature in a year, annual mean temperature and mean temperature in January). Mantel's tests showed that there was no significant correlation between Nei's unbiased genetic distance and the geographic distance of S. grandis populations (r = 0.184, P = 0.261). However, there were significant or highly significant correlations between Nei's genetic distance and the several climatic divergences in pairwise S. grandis populations. All results indicated that natural selection resulting from variations in water and temperature was responsible for the adaptive eco-geographical differentiation indicated by the RAPD markers of different S. grandis populations, and that immigration and gene drift did not play an important role in affecting the differentiation of S. grandis populations.