内蒙古草甸草原与典型草原地下生物量与生产力季节动态及其碳库潜力

地下根系是草原生态系统的重要组成部分,其生物量及其净生产力对地下碳库具有直接与间接作用,分析地下生物量季节动态与周转对深入揭示草原生态系统碳库动态及其固碳速率与潜力具有重要意义。应用钻土芯法对不同利用方式或管理措施下内蒙古草甸草原、典型草原地下生物量动态及其与温度、降水的相关性研究表明:草甸草原和典型草原地上生物量季节动态均为单峰型曲线,与上月降水显著正相关(P0.05),但地下生物量季节动态表现为草甸草原呈"S"型曲线,典型草原则是双峰型曲线,与温度、降水相关性均不显著(P0.05);两种草原根冠比和地下生物量垂直分布均为指数函数曲线,根茎型草原地下生物量集中在土壤0—5 cm,丛生型草原地下生物量集中于土壤5—10 cm,根冠比值在生长旺季(7—8月份)最小。草甸草原地下净生产力及碳储量范围分别为2167—2953 g m-2a-1和975—1329 gC m-2a-1,典型草原为2342—3333 g m-2a-1和1054—1450 gC m-2a-1,地下净生产力及其碳储量约为地上净生产力及其碳储量的10倍,具有较大的年固碳能力,且相对稳定;地下净生产力与地上净生产力呈显著负相关性(P0.05);地下生物量碳库是地上生物量碳库的10倍左右,适度放牧可增加地下生产力,但长期过度放牧显著降低其地下生物量与生产力,并使其垂直分布趋向于浅层化。     

中国草地地下生物量研究进展

在草地生态学研究中,草地地下生物量的研究是必不可少的环节,地下部分无论是生理功能还是对草地植被碳蓄积贡献都具有举足轻重的地位。本文综述了中国当前草地地下生物量的研究方法和内容,包括草地地下生物量的测定方法,草地地下生物量的垂直空间分布规律,年度季节动态,地下地上生物量比值关系及动态,以及影响草地地下生物量的环境因子和人为因子。最后提出了我国草地地下生物量研究面临的主要问题及研究的发展趋势。     

放牧强度对草甸草原生产力和多样性的影响

采用比较样地法研究了不同放牧强度对羊草草甸草原群落多样性和生产力的影响。结果表明:α多样性指数随放牧强度的增加表现为先增加后降低的趋势,其值在轻度放牧区最大,支持了"中度干扰理论";β多样性指数随放牧强度的增加而变大;不同放牧强度的草地植物种类相似性变差、草地地上净初级生产力与Alatalo均匀度指数具有显著的线性相关性(P0.05);放牧和气候对草地地上净初级生产力均有较大的影响,但二者的互作效应不显著(P0.05);不放牧不能持续维持草地的健康状况,但健康的草地状况可以有效地缓冲放牧和气候干扰,并能够维持较高的草地生产力和生物多样性。     

水分梯度上放牧对内蒙古主要草原群落功能群多样性与生产力关系的影响

应用样线法对放牧对内蒙古草原沿水分梯度分布的主要植物群落:小针茅(Stipaklemenzii)群落、大针茅(Stipagrandis)群落、羊草(Leymuschinensis)群落和羊草杂类草群落多样性、生产力以及两者关系的影响进行了研究,结果表明,除羊草杂类草群落外,物种多样性、生活型多样性和水分生态类型多样性随放牧强度的加大而降低,但适度放牧增加了羊草杂类草群落的上述多样性指标。群落地上现存量一般随放牧强度的增大而下降,但小针茅群落反之,主要与1年生植物猪毛菜(Salsolacollina)的生物量迅速增加有关。除羊草群落外,其他群落0～10cm地下生物量随放牧强度的变化不显著;放牧显著降低羊草群落和羊草杂类草群落0～30cm地下生物量。多样性和生产力间的关系在群落水平上的趋势是不同的,但放牧影响下内蒙古草原4种群落多样性与生产力总体而言呈线性增加关系;同时两者之间的关系还和采用哪种多样性指标和生产力指标有关,用水分生态类型多样性比物种多样性更能反映与地上地下总生产力间的关系,得到放牧影响下内蒙古草原植物群落地上地下总生物量与水分生态类型多样性的回归方程。     

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。     

黄土高原地区森林生态系统地下生物量影响因素

根系将土壤和大气相连与植物体共同影响生态系统的碳循环,同时根系也是森林生态系统土壤碳库的重要来源。研究表明森林地下生物量受生物因素和非生物因素影响,因此研究各因素对根系生物量的影响对精确估算土壤碳库至关重要。基于我国相关部门的观测及调查数据,通过标准化计算和统计分析来量化各因素对黄土高原地区地下生物量的影响。结果表明：黄土高原森林生态系统地下生物量主要分布在11.99-27.46 Mg/hm²之间;非生物因素对地下生物量起主导作用,其中降雨量和地形影响最为显著;不同土壤类型地下生物量表现出：棕壤 > 褐土 > 岩性土;不同森林类型地下生物量大小为：针叶林 > 针阔叶混交林 > 落叶阔叶林;不同地形地下生物量由大到小为：丘陵、山地 > 高原、平原;地下生物量在坡位上的分布大小为：坡麓 > 上、中、下三个坡位 > 平地;人类活动和动物活动干扰对地下生物量的影响没有显著差异。另外,在分析中发现若影响因素中含经纬度,非生物和生物因素对地下生物量的影响程度分别为68.9%和31.1%;若影响因素中不含经纬度,非生物和生物因素对地下生物量的影响程度分别为81.1%和18.9%,说明经纬度与其他因素存在很强的相关性,并严重影响着生物因素和非生物因素对森林生态系统地下生物量的比重。研究结果对地下生物量的估测有一定的意义,可以为森林植被如何通过根系适应环境的研究提供参考,为植被恢复、森林经营管理及地下部分碳循环的研究提供依据。     

鹤山南亚热带草坡生态系统的生物量和生产力研究

以能量利用效率研究为中心,系统研究并分析了鹤山南亚热带草坡多年的光合作用与总第一性生产力、生物量与生物量增量、气候生产力模型和能量利用效率等能量学特征。草坡的总生物量为１１．３０ｔ·（ｈｍ）－２·ａ－１,其生物量增量为１．３９８ｔ·（ｈｍ）－２·ａ－１;草坡的总第一性生产力为４５．５４ｔ·（ｈｍ）－２·ａ－１,净第一性生产力为９．１０８ｔ·（ｈｍ）－２·ａ－１,用于净光合作用耗热１０５．５ＭＪ·ｍ－２·ａ－１,净光合耗热中又仅有２１．１ＭＪ·ｍ－２·ａ－１,用于净第一性生产力,净第一性生产力中又仅有３．２４ＭＪ·ｍ－２·ａ－１用于生物量增量;草坡生态系统的光能利用效率为０．０７％。草坡的能量利用效率是很低的     

氮磷添加对内蒙古温带典型草原地下生物量的影响

氮添加促进地上生物量具有饱和效应以及氮饱和后的磷限制是当前生态学研究的热点问题,但地下生物量是否具有类似现象,以及氮磷同时添加是否能够缓解饱和状态时地下生物量的养分限制研究相对缺乏.本研究基于内蒙古温带典型草原4年控制试验分析了氮(10和40 g N·m-2·a-1)、磷(5和10 g P·m-2·a-1)添加对地下生...     

天山北坡不同海拔梯度山地草原生态系统地上净初级生产力对气候变化及放牧的响应

以天山北坡三工河流域为例,利用改进后的Biome-BGC模型分别模拟了仅气候变化（Clm）、气候变化与放牧联合作用（ClmGra）下研究区不同海拔梯度3种山地草原生态系统（低山干旱草原,LAG;森林草甸草原,FMG;高寒草甸草原,AMG）1959—2009年地上净初级生产力（Aboveground Net Primary Production,ANPP）的动态,并通过假设27种放牧强度情景（0—8 羊/ha）模拟了其ANPP随放牧强度增加的变化趋势。近50年气候变化致使研究区各海拔梯度草原生态系统ANPP整体均呈上升趋势,但在放牧联合作用下,不同草原类型ANPP变化趋势差异显著;放牧导致FMG和AMG的ANPP呈下降态势,分别减少30.0%和33.2%,对比之下,由于1980前较低放牧强度促进了LAG的ANPP,放牧导致其ANPP整体增加1.3%。随着放牧强度增加,LAG的ANPP呈先增后减趋势,且在干旱年份最为显著;而FMG和AMG的ANPP呈显著非线性递减趋势。这些结果表明,近50年气候波动可能有利于中亚干旱区山地草原生态系统生产力的提高,但日益增强的放牧活动导致其净初级生产力显著降低;放牧对FMG与AMG生产力的负面效应随放牧强度增加而增强,但适度放牧可能促进LAG净初级生产力,尤其在干旱年份。     

宁夏荒漠草原优势植物生长及生物量分配对放牧干扰的响应

于2011年植物生长旺季(8月)在围封禁牧(NG)、轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)和重度放牧(HG)区分别随机选取荒漠草原优势植物甘草(Glycyrrhiza uralensis)和牛心朴子(Cynanchum komarovii)各15株为研究对象,对比分析其生长特征、各植物构件生物量及生物量资源分配差异对不同放牧强度的响应机制,为退化草原的恢复演替提供依据。结果表明:(1)甘草株高和地径、牛心朴子株高均随放牧强度的增加呈先升高后下降的趋势,而且均在轻度放牧条件下最高,重度放牧时则显著降低。(2)甘草和牛心朴子的总生物量、茎生物量和叶生物量随着放牧强度的增加呈先升高后降低的趋势,且不同放牧强度间差异显著;甘草和牛心朴子根系生物量随放牧强度的加强变化趋势不同。(3)甘草和牛心朴子生物量分配的总体格局为:根叶茎;随着放牧强度的增加,甘草根生物量比呈先升高后降低趋势,茎生物量比呈下降的趋势,叶生物量比呈上升趋势,而牛心朴子根生物量比呈先下降后升高的趋势,茎生物量和叶生物量呈先增加后下降的趋势。研究认为,不同放牧强度下两种植物形态可塑性和生物量分配格局的差异反映出植物生态适应策略的不同。     

蒙古克氏针茅草原生物量围栏封育效应研究

以自由放牧为对照,采用收获法和土芯法研究了围栏禁牧对蒙古国退化克氏针茅草原地上、地下部生长的影响,结果表明:(1)与自由放牧相比,围栏禁牧提高了退化草原地上生物量,以及地带性草原群落优势种克氏针茅的地上生物量比例和重要值,促进了退化克氏针茅的正向恢复演替;(2)围栏禁牧区与自由放牧区草地地下生物量都随土层深度增加而降低、符合指数函数或幂函数减小规律,围栏禁牧区0~10 cm土层的根系生物量占地下生物量比例高于自由放牧区,10~20 cm土层的低于自由放牧区,根系有向上层土壤聚集的趋势,有利于在干旱地区对有限降水的有效利用;(3)围栏1~3 a禁牧区地下部累计生产力显著高于同期自由放牧区。围栏禁牧是蒙古国退化克氏针茅草原改良的一种措施,但其提高地下生产力和生物量的效应也不是无限制的。     

青藏高原草地地下生物量与环境因子的关系

青藏高原草地生物量大部分分布于地下,地下生物量在其碳循环研究中起着重要的作用.基于大规模野外样地调查数据,分析比较了青藏高原南北和东西样带上草地地下生物量与环境因子的相关关系,探讨了环境因子对地下生物量控制作用的区域差异.研究结果表明:对于所有采样点而言,青藏高原草地地下生物量的环境控制因素主要有土壤含水量、表层土壤有机碳和全氮含量.通过比较南北和东西样带研究结果发现,草地地下生物量与土壤含水量、土壤表层有机碳和全氮含量相关的显著性水平,在东西样带上明显高于南北样带.同时,东西样带上草地地下生物量与降水量有显著正相关关系,这种关系在南北样带上不显著,表明水分对东西样带草地地下生物量的控制作用较强.气温与南北样带草地地下生物量呈显著负相关,但与东西样带草地地下生物量相关不显著,由此说明环境因子对青藏高原草地地下生物量的控制存在显著区域差异.     

不同放牧率对内蒙古冷蒿草原植物多样性的影响

以８年（１９８９－１９９７年定位的放牧试验数据为基础,较全面分析了不同放牧率对冷蒿（Ａrtemisia frigida）草原植物多样性和草场异质性的影响,并从内蒙古细毛羊选择性采食和植物适应策略的角度探讨其影响机制。研究发现,在进行冷蒿小禾草草原的物种丰富度调查是,１００m的样线法是可行的;在探讨放牧对群落多样性的影响时,Ｓimpson多样性指数和均匀度指数对放牧率大小的变化更敏感。经过连续８年的放牧,不同放牧率对物种丰富度的影响不大。但植物多样性和均匀度随放牧率的增大而下降,群落优势度却随放牧率增大而增大,;内蒙古细毛羊的选择性采食和较高放牧率和互作是导致植物多样性和均匀度下降及群落优势度上升的主要原因。冷蒿、糙隐子草（Cleistogenes squarrosa)、星毛委陵菜（Potentilla acaulis)、冰草（Ａgropyron cristatum)和寸草苔（Carex duriusula)在不同放牧率下的种群消长决定了冷蒿草原的放牧演退规律和植物多样性大小;尽管内蒙古细毛羊较喜食糙隐子草,但其种群在所有放牧率下均是多度最大的３个种群之一。     

Influence of Different Stocking Rates on Plant Diversity of Artemisia frigida Community in Inner Mongolia Steppe

The experiment was conducted in Inner Mongolia steppe located in 43°26′-44° 08′N, 116°04′-117°05′ E in 1989-1997. The grazing experiment design was 5 stocking rates (0.00, 1.33, 2.67, 4.00, 5.33 and 6.67 sheep·hm-2, but 0.00, 1.33, 2.00, 2.67, 3.33 and 4.00 sheep·hm-2 in 1990) with three 1 hm2 rotational paddocks per treatment. The sheep were Inner Mongolia fine sheep and the experiment was performed during warm seasons every year from May 20 to October 5. The objectives were to research the integrated influence of different stocking rates on plant diversity and to provide knowledge of its mechanism by the method of continuous monitoring of 8 years for the same grazing experiment rather than through spatial gradient.The results showed that using the method of 100 m sample line was suitable for estimating the abundance of plant species. Simpson index and evenness were better parameters to measure the influence of different stocking rates on plant diversity for Artemisia frigida community. The plant species abundance almost remained unchanged, but the plant diversity and evenness decreased as the stocking rate increased, and the community dominance increased with stocking rate during the 8 years' grazing under different stocking rates. The interaction of the preferred ingestion of grazing sheep with heavy stocking rate may be one of the key reasons resulting in the decrease of plant diversity and evenness. Grass proportion decreased with the increase of stocking rates and A. frigida community degraded further into Potentilla acaulis community under heavy grazing or over-grazing. The succession and plant diversity of A. frigia community under different stocking rates mainly depend on the dynamics of A. frigida, Cleistogenes squarrosa, Potentilla acaulis, Agropyron cristatum and Carex duriuscula populations; Cleistogenes squarrosa population is one of the 3 populations of maximum abundance under all stocking rates from 1989 to 1997.     

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。     

短期增温和增加降水对内蒙古荒漠草原土壤呼吸的影响

利用红外辐射增温装置模拟短期持续增温和降水增加交互作用对内蒙古荒漠草原土壤呼吸作用的影响, 结果表明: 土壤含水量对月土壤呼吸的影响显著大于土壤温度增加的影响, 生长旺季的月土壤呼吸显著大于生长末季; 土壤温度和水分增加都显著影响日土壤呼吸, 但二者的交互作用对土壤呼吸无显著影响。荒漠草原7‒8月平均土壤呼吸速率为1.35 μmol CO₂·m ^-2·s ^-1, 7月份为2.08 μmol CO₂·m ^-2·s ^-1, 8月份为0.63 μmol CO₂·m ^-2·s ^-1。土壤呼吸与地下各层根系生物量呈幂函数关系, 0‒10 cm土层的根系生物量对土壤呼吸的解释率(79.2%)明显高于10‒20 cm土层的解释率(31.6%)。0-10 cm土层的根系生物量是根系生物量的主体, 根系生物量对土壤呼吸的影响具有层次性。在未来全球变暖和降水格局变化的情景下, 荒漠草原土壤水分含量是影响生物量的主导环境因子, 而根系生物量的差异是造成土壤呼吸异质性的主要生物因素, 土壤含水量可通过影响根系生物量控制土壤呼吸的异质性。     

荒漠草原建群种短花针茅功能性状对长期放牧的可塑性响应

植物功能性状反映了植物对生长环境的响应和适应,将环境、植物个体和生态系统结构、过程与功能联系起来,而放牧是草原生态系统的主要土地利用方式,对草原生态系统的群落结构和生态系统功能的改变起着重要作用。该研究测定了内蒙古四子王旗长期不同放牧强度下草原建群种短花针茅(Stipa breviflora)的功能性状,探讨放牧对草原群落结构的影响。研究发现:(1)随放牧强度增加,叶片各性状指标、个体生物量、植株高度、冠(丛)幅均有显著变小、变矮的趋势。(2)通过排序构建的短花针茅性状可塑性变化谱显示,各功能性状指标的可塑性指数均在重牧区最高,轻牧区最低;茎质量、叶质量、全株地上生物量对放牧响应敏感,而茎基部直径、冠(丛)幅和比叶质量响应不敏感。(3)短花针茅对长期放牧的变异系数(CV)与其响应程度(PI)之间符合指数方程y=0.08+0.18e~(1.61 x)(R~2=0.53,P0.05),植物功能性状的变异性与性状对放牧的响应强度呈正相关关系。(4)影响地上生物量的因子中,表型功能性状中的冠(丛)幅、平均叶长、叶片数量和总叶面积的贡献率之和达到72.93%。研究认为,随着放牧强度增强,短花针茅的变异性增大、可塑性增强,这可能是短花针茅能够成为建群种的生态响应机制。     

放牧对内蒙古典型草原粪金龟子群落的影响

为阐明放牧对粪金龟子群落的影响, 于2004年5-9月, 选择内蒙古典型草原不同放牧强度 (无放牧、 适度放牧和过度放牧) 草地为样地, 采用诱捕法采集粪金龟子标本, 分析了放牧对粪金龟子群落的影响。结果表明： 共捕获粪金龟子60 839头, 隶属于3科5属24种。放牧影响下, 粪金龟子群落个体数、 种数和生物量均发生显著变化, 不同粪金龟子对放牧的敏感性不同, 并具有明显的季节特征。Pearson相关分析表明, 春季粪金龟子群落个体数、 生物量、 种数以及符号蜉金龟Aphodius comma和马粪蜉金龟Aphodius subterraneus个体数与放牧强度提高之间存在显著负相关关系; 夏季粪金龟子群落种数和叉角粪金龟Ceratophyus polyceros个体数与放牧强度提高也呈显著负相关; 秋季粪金龟子群落生物量和种数以及费氏粪金龟Ceratophyus fischeri、 墨侧裸蜣螂Gymnopleurus mopsus和小驼嗡蜣螂Onthophagus gibbulus个体数与放牧强度提高之间存在显著正相关关系。依据体长、 体重和行为特征, 将粪金龟子划分为4个功能群, 放牧对体型较小的功能群Ⅲ和Ⅳ的影响较显著。指示值计算结果表明, 费氏粪金龟、 毛蜉金龟Aphodius scofa和马粪蜉金龟可以作为不同放牧强度草地的特征指示种。