内蒙古草原植被近地面反射波谱特征与地上生物量相关关系的研究

在1994～2001年7～8月期间,对内蒙古草原的15个草地群落类型进行了反射波谱与生物学参数的测量,在1996、2001年分别对其中的7个群落开展了反射波谱与生物学参数季节变化研究,利用Duncan方差分析、主分量分析方法在3个空间尺度上讨论了不同群落类型波谱特征的差异性与可区分性。在大尺度上,草甸草原、典型草原和荒漠草原的植被反射波谱特征之间存在显著的差异,它们之间的平均鉴别错误概率小于20%,在中小尺度上,典型草原中不同群落之间波谱特征差异程度较高,平均鉴别错误概率在15%左右,而在草甸草原和荒漠草原中,不同群落之间波谱特征的差异性较小。相关分析结果指出,空间尺度和群落类型决定了地上生物量与植被指数之间相关性的大小、相关形式以及植被指数的类型,随着尺度的增大,生物量与植被指数的相关性趋于下降,在盖度较高的草原群落中,直线型的估产模型相关性最高,估测精度大于90%,而在覆盖度低于30%～40%的荒漠草原群落中, 非线性估产模型相关性最高,估测精度只有85%。对典型草原和荒漠草原估产模型的季节动态分析表明, 在6月中旬至9月中旬期间的估产模型之间没有显著差异,可以利用一个共同的估产模型来监测草地生物量季节动态。     

内蒙古呼伦贝尔草原土壤氨氧化细菌多样性及群落结构

采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳技术及扩增产物序列分析方法,研究了呼伦贝尔5种草地类型(线叶菊草原、贝加尔针茅草原、羊草草原、大针茅草原、克氏针茅草原)土壤氨氧化细菌多样性及群落结构特征.研究表明:不同草地类型间土壤氨氧化细菌群落结构组成差异显著,相似性均低于50%.线叶菊草原土壤氨氧化细菌群落多样性最高,其次是贝加尔针茅草原、羊草草原和克氏针茅草原,大针茅草原最低.5种草地类型土壤氨氧化细菌均以Nitrosospira cluster 3为优势种群,此外还发现有Nitrosospira cluster 1、2、4和Nitrosomonas.线叶菊草原土壤氨氧化细菌群落组成较其他草地类型复杂,而羊草草原和大针茅草原群落组成较简单.经相关性分析,土壤含水量、土壤全氮、有机碳、土壤C/N与土壤氨氧化细菌群落多样性显著正相关(P<0.05).     

内蒙古羊草草原不同退化阶段土壤养分与植物功能性状的关系

深入认识植物功能性状的生态学含义, 对于阐明不同自然与人为干扰环境下的群落构建途径, 进一步揭示生态系统服务维持机制具有重要的理论意义。该文以内蒙古锡林河流域羊草(Leymus chinensis)草原不同退化演替阶段的群落为研究对象, 分析了土壤养分与植物功能性状的变化特征及两者之间的关系。结果表明: (1)退化导致土壤养分含量逐渐减少, 全氮和全磷在未退化的羊草+杂类草群落与严重退化的羊草+冷蒿(Artemisia frigida)群落之间差异显著; (2)随着退化演替的进程, 群落最大高度和叶片碳氮比减小, 群落最大高度在未退化的羊草+杂类草群落与轻度退化的羊草+针茅(Stipa sp.)群落之间差异显著, 碳氮比在未退化的羊草+杂类草群落与严重退化的羊草+冷蒿群落之间差异显著; (3)不同退化演替阶段的群落, 其土壤养分对植物功能性状的影响有所差异。在羊草+针茅群落, 速效氮与群落最大高度、叶片木质素含量和叶片碳氮比均呈显著负相关关系。而在羊草+糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)群落中, 上述3种植物功能性状则表现为均与全磷含量显著正相关; (4)群落植物功能性状之间的关系也因退化阶段不同而有所不同。在轻度退化的羊草+针茅群落中, 叶片木质素含量与其他4个功能性状显著正相关, 叶片碳氮比与群落最大高度、叶干物质含量、木质素含量呈显著正相关关系。在严重退化的羊草+冷蒿群落中, 所有性状均呈极显著正相关关系。表明植物通过功能性状的协调或组合, 以适应贫瘠的土壤环境。上述结果深化了对典型草原退化演替的认识, 对退化草地的恢复与保护具有一定的指导意义。     

内蒙古羊草草原不同退化阶段土壤养分与植物功能性状的关系北大核心CSCD

深入认识植物功能性状的生态学含义,对于阐明不同自然与人为干扰环境下的群落构建途径,进一步揭示生态系统服务维持机制具有重要的理论意义。该文以内蒙古锡林河流域羊草(Leymus chinensis)草原不同退化演替阶段的群落为研究对象,分析了土壤养分与植物功能性状的变化特征及两者之间的关系。结果表明:(1)退化导致土壤养分含量逐渐减少,全氮和全磷在未退化的羊草+杂类草群落与严重退化的羊草+冷蒿(Artemisia frigida)群落之间差异显著;(2)随着退化演替的进程,群落最大高度和叶片碳氮比减小,群落最大高度在未退化的羊草+杂类草群落与轻度退化的羊草+针茅(Stipa sp.)群落之间差异显著,碳氮比在未退化的羊草+杂类草群落与严重退化的羊草+冷蒿群落之间差异显著;(3)不同退化演替阶段的群落,其土壤养分对植物功能性状的影响有所差异。在羊草+针茅群落,速效氮与群落最大高度、叶片木质素含量和叶片碳氮比均呈显著负相关关系。而在羊草+糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)群落中,上述3种植物功能性状则表现为均与全磷含量显著正相关;(4)群落植物功能性状之间的关系也因退化阶段不同而有所不同。在轻度退化的羊草+针茅群落中,叶片木质素含量与其他4个功能性状显著正相关,叶片碳氮比与群落最大高度、叶干物质含量、木质素含量呈显著正相关关系。在严重退化的羊草+冷蒿群落中,所有性状均呈极显著正相关关系。表明植物通过功能性状的协调或组合,以适应贫瘠的土壤环境。上述结果深化了对典型草原退化演替的认识,对退化草地的恢复与保护具有一定的指导意义。     

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。     

呼伦贝尔草原土壤固氮微生物nifH基因多样性与群落结构

采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术及扩增产物序列分析方法比较研究了呼伦贝尔5种草地类型(线叶菊草原、贝加尔针茅草原、羊草草原、大针茅草原、克氏针茅草原)土壤固氮微生物nifH基因多样性及群落结构特征.结果表明,不同草地类型间土壤固氮微生物群落组成差异显著,羊草草原和大针茅草原相似性较高,相似度为67%,而其他3个草地类型间相似性较低,相似度均低于60%.羊草草原土壤nifH基因多样性最高,其次是克氏针茅草原、大针茅草原和贝加尔针茅草原,线叶菊草原最低.系统发育分析结果表明,呼伦贝尔草原土壤固氮微生物大部分属于变形菌门的α-变形菌纲,分别隶属于慢生根瘤菌属、中慢生根瘤菌属、红假单胞菌属、固氮螺菌属.5种草地类型中,克氏针茅草原土壤中联合固氮菌和自生固氮菌居多,而其他4个草地类型均以共生固氮菌为优势生态类型.     

内蒙古典型草原不同群落净生态系统生产力的动态变化

净生态系统生产力(net ecosystem productivity,NEP)是反映生态系统碳源汇功能的重要指标。本研究选取内蒙古锡林河流域的贝加尔针茅群落、大针茅群落、克氏针茅群落和羊草群落为对象,利用BIOME-BGC模型模拟了4个草地群落年际间和年内逐日NEP动态变化,分析了4个草地群落对降水量的响应特征和可能机制,并且探讨气候变化背景下4个草地群落水分胁迫系数、降水利用率和碳转化效率的变化规律。结果表明:1954—2012年贝加尔针茅群落、大针茅群落、克氏针茅群落和羊草群落的多年平均NEP分别为11.41、-7.82、-5.03和9.30 g C·m-2·a-1。总体来看,4种草地群落多年平均日NEP的年内季节动态均呈先释放、后固碳、再释放的变化特征。4种草地群落多年平均水分胁迫系数由高到低分别为:贝加尔针茅羊草大针茅克氏针茅;多年平均降水利用效率由高到低分别为:贝加尔针茅克氏针茅大针茅羊草;多年平均碳素转化效率由高到低分别为:贝加尔针茅克氏针茅大针茅羊草。4种草地群落NEP与年降水量均存在显著的相关性,NEP为0时,4种草地群落年降水量平均值为295.76 mm,说明在年降水量大于该值时NEP多为正值,而小于该值时NEP多为负值。     

呼伦贝尔草原不同退化梯度土壤细菌多样性季节变化

为了研究草地退化程度与土壤微生物多样性的关系,在呼伦贝尔草地上选取羊草草甸草原和贝加尔针茅草甸草原两个典型放牧点,按照轻度、中度和重度划分取样点,分别于6、8月份和10月份3个不同季节采集土壤样品。应用变性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE)研究两个放牧地点不同退化程度、不同季节草地的细菌群落结构变化。结果表明,呼伦贝尔草地不同退化梯度的草地土壤中细菌种类较为丰富。从丰富度和Shannon-Winner指数的变化看,两个放牧点8月份丰富度和Shannon-Winner指数最高,8月份的丰富度平均为32.4,比6月和10月份分别高11%和7.4%;8月份Shannon-Winner指数平均为4.15,比6月和10月份分别高7.7%和5.4%。DGGE图谱聚类分析结果显示,随着季节变化和草地退化程度由轻至重的变化,土壤中的细菌优势种群没有受到明显的影响。回收DGGE图谱中10个条带进行测序分析,结果显示,所有序列与GenBank数据库中的相似度在87%100%之间。基于98%的相似度,可将其中的7个鉴定为Proteobacteria(变形菌门),将其中的1个鉴定为Actinobacteria(放线菌门)。另外2个同已知序列相似性较低,可能是未知的细菌。结果表明,Proteobacteria(变形菌门)为呼伦贝尔草原土壤中的优势细菌类群,尽管所选取样点草地植被有不同程度的退化,但土壤微生物优势种群并没有发生变化。     

内蒙古锡林河流域典型草原狭翅雏蝗种群动态与气象关系的研究

狭翅雏蝗是我国西北草原的重要害虫之一。在内蒙古锡林河流域典型草原,其种群发生与气象因素有着密切关系。一般冬暖和6月干旱有利于其种群发生;7—8月多雨及7月平均最低温度较高有利于提高种群存活率。 在强度放牧条件下,在锡林河流域,狭翅雏蝗主要发生地冷蒿群落和羊草群落,由于小地形和下垫面性质不同,具有不同的小气候条件。1984年的小气候观测表明:在6月,冷蒿群落土壤含水率低于羊草群落,相应的前者狭翅雏蝗种群密度高于后者;在7—8月,冷蒿群落的温度、相对湿度以及温度和相对湿度的日变幅均低于羊草群落,冷蒿群落对小气候的调节能力较羊草群落强,冷蒿群落狭翅雏蝗蝻的存活率高于羊草群落。     

内蒙古锡林河流域羊草草原和大针茅草原在放牧影响下的分异和趋同

在两个具有代表性的牧压梯度上,对羊草草原和大针茅草原的群落结构与牧压的关系借助模糊聚类的方法进行分析,揭示了不同牧压下植物群落的分异和不同群落在重牧压下的趋同,其总模式是：大针茅草原—持续牧压——→冷蒿草原 羊草草原—持续牧压———→冷蒿草原 把“群落趋同”的概念广延到放牧退化演替即次生逆向演替的生态学范畴。     

不同放牧季节绵羊的食性及食物多样性与草地植物多样性间的关系

在围栏封育４ａ的１ｍｈ＾２放牧样地内,放牧４只内蒙古细毛羊,分别于６、７和９月份用显微技术法进行了绵羊食性的研究。结果表明,在放牧率较低食物资源比较丰富的条件下,绵羊的食性表现为明显的季节性变化。６月份,由于禾草在群落中的相对生物最较小,故在食物中的比例相应较小,为３１％;而在７月份,则上升到４５％,部分替代了冷蒿在食物中的比例;同时,在禾草中,羊草、冰草主要在春季或初夏（７月份以前）被利用,随着     

羊草+大针茅草原退化群落优势种群空间点格局分析

草原退化的特征主要表现为群落生产力的大幅下降和植物个体的小型化, 同时, 退化的草原生态系统与一定强度的放牧压力保持平衡而相对稳定。该文应用摄影定位法测定了羊草+大针茅草原退化群落中4个优势种群羊草(Leymus chinensis)、米氏冰草(Agropyron michnoi)、大针茅(Stipa grandis)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)的空间格局。点格局分析结果表明: 在空间分布格局上, 4个优势种群均偏离完全随机模型和泊松聚块模型, 而符合嵌套双聚块模型, 也就是说, 其空间格局表现为聚集分布, 且在大聚块中分布着较高密度的小聚块。严重退化的草原群落中优势种群的嵌套双聚块空间分布格局当属一种集体行为, 是种群适应过度放牧压力的一种表现形式, 为过度放牧导致的退化草原群落的主要特征之一。这种生态学现象同植物个体小型化一样, 是种群易化(正相互作用)的结果。在过度放牧的胁迫下, 种群通过改变个体性状及个体在空间的分布状况实现自我帮助, 以抵御外界的放牧压力达到自我保护, 从而维持退化草原生态系统与放牧压力间的相对平衡。     

内蒙古天然草原不同放牧压力下亚洲小车蝗的食性及营养生态位（英文）

植物表皮蜡质中的饱和链烷作为内源指示剂广泛用于评价放牧家畜的食性和食量, 但用于天然草原蝗虫食性的评价研究较少。为了探讨天然草原蝗虫的食性及其生态位变化, 本研究以内蒙古天然草原为研究对象, 于2003年7-8月沿降水梯度选择3种典型植物群落（小针茅Stipa klemenzii、 羊草Leymus chinensis和大针茅Stipa grandis群落）, 在每个植物群落不同放牧压力下小区随机做20个植被样方, 样方内植物齐地面刈割, 测定其地上生物量和物种多样性, 取主要植物种测定其链烷模式, 同时采集放牧小区优势蝗虫种亚洲小车蝗Oedaleus asiaticus的粪便, 测定其链烷模式, 运用链烷技术评价蝗虫的食性及其营养生态位。结果表明： 不同植物群落中优势牧草种类及其比例不同, 其链烷模式存在种间差异, 链烷技术可以评价亚洲小车蝗的食性。亚洲小车蝗的食性在不同植物群落及不同放牧压力下存在显著的差异, 在羊草和大针茅群落中, 亚洲小车蝗是禾草采食者, 主要采食羊草和糙隐子草Cleistogenes squarrosa, 且与绵羊的营养生态位重叠指数较低, 分别为0.0619和0.0172; 在小针茅群落中亚洲小车蝗是杂类草采食者, 主要采食无芒隐子草Cleistogenes songorica、 猪毛菜Salsola collina和小针茅, 且与绵羊的营养生态位重叠指数较高, 达到0.1815。因此, 放牧不仅改变了群落的植物种类组成, 而且直接影响了亚洲小车蝗的食物组成, 二者对食物资源利用存在一定程度的竞争。     

Grazing effects on herbage nutritive values depend on precipitation and growing season in Inner Mongolian grassland

Aims Grasslands are widely used for production of livestock, which depend on the nutritive value of herbage species. However, there are still large uncertainties as to how grazing, precipitation and growing season interactively affect herbage nutritive value.Methods Here, based on a grazing experiment with seven grazing intensities in an Inner Mongolian grassland since the year 2005, we analysed nutritive value of four dominant grass species from June to September in both a relatively wetter year (2008) and a drier year (2010). Herbage with high nutritive value is characterized by high concentration of crude protein, high concentration of cellulase digestible organic matter and low concentration of neutral detergent fibre.Important findings We found that (i) grazing significantly increased the nutritive value of Leymus chinensis, Agropyron michnoi and Cleistogenes squarrosa but had minor effects on the nutritive value of Stipa grandis. (ii) For all species, nutritive values were greater in the wetter year than in the drier year and were greatest in the early growing season (June) and lowest at the end of the growing season (September). Inter-annual and inter-seasonal variations in nutritive value were much greater for L. chinensis and A. michnoi than for C. squarrosa and S. grandis, suggesting higher water use efficiency for the latter two species. (iii) Grazing significantly decreased the drought resistance of three species, but not of S. grandis. (iv) Grazing significantly increased inter-month variation in nutritive value for L. chinensis and A. michnoi but had relatively minor or no effects on that of C. squarrosa and S. grandis. Therefore, grazing effects on species nutritive values showed strong inter-annual and seasonal patterns, and species-specific responses might be related to species traits (i.e. water use efficiency, digestibility). Our results have important implications for ecosystem management of arid and semi-arid grasslands under intense grazing and global climatic change.     

内蒙古典型草原土壤固碳潜力及其不确定性的估算

以内蒙古锡林郭勒盟典型草原围封和放牧对照的实测数据为基础,比较了不同植物群落类型的碳储量和固碳量,并估算了重度退化草地完全恢复后的土壤固碳潜力.结果表明: 在局地尺度上,以羊草、大针茅和克氏针茅为优势种的3种植被类型的年均固碳量均随着围封年限的增加而减少.羊草和大针茅草原群落的碳储量显著高于克氏针茅草原群落,而在过牧导致的退化过程中,后者流失了更多的土壤有机碳,其固碳潜力高于前两者.在区域尺度上,内蒙古典型草原土壤表层0～20 cm的固碳潜力在-0.03×10⁴～3.71×10⁴ kg C·a^-1范围内变化,总固碳潜力为12.1×10⁸kg C·a^-1.不确定性分析发现,忽略石砾含量不会造成土壤固碳潜力估算值的较大偏差,而气象数据空间插值造成的误差为±4.7×10⁹ kg C·a^-1.假设未来生长季降水的平均变化值为-3.2 mm·(10 a)^-1时,土壤固碳潜力将减少1.07×10⁸ kg C·(10 a)^-1.     

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。     

无牧草原生态系统营养元素的生物地球化学特征

以内蒙古锡林河流域的两种优势草原群落羊草草原和大针茅草原为研究对象,探讨了中纬度地区未放牧情况下的草原生态系统植物营养元素的生物地球化学特征．结果表明,两类草原群落土壤-植物系统中土壤分室N、P、K、S、Ca、Mg、Si的贮量远大于植物亚系统的贮量,地上活体和枯草分室的各元素贮量小于根分室．在两类草原群落中,N、P、K、S从枯草分室中消失的速率要大于Ca、Mg和Si．羊草草原的枯草分室元素流失量大于大针茅草原．研究区草原生态系统中,羊革草原物质的生物地球化学循环近于平衡状态,大针茅草原处于失衡状态．物质循环量羊草草原远大于大针茅草原．     

内蒙古锡林河流域主要类型草原土壤中CH4和CO2浓度的变化

 于1999年生长季对内蒙古锡林河流域主要类型草原土壤中CH4和CO2浓度进行测定,结果表明：CH4浓度沿土壤剖面逐渐降低,而且不同土壤深度之间差异显著,而CO2浓度呈现出沿土壤剖面增加的趋势。草甸草原、羊草(Leymus chinesis )草原和大针茅(Stipa grandis)草原土壤中CH4的浓度差异显著,季节变化明显,但是三类草原土壤中CO2浓度变化不大。测定结果还表明：一定时间尺度上,放牧对草原土壤中CH4和CO2的浓度没有显著影响。