放牧对内蒙古典型草原生态系统植物及土壤δ15N的影响

植物和土壤中的¹⁵N自然丰度值(δ¹⁵N)是评价生态系统N循环的一个重要指标, 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N循环过程的改变起着重要作用。该研究测定了内蒙古锡林河流域放牧和围封条件下草原群落主要优势植物和土壤的δ¹⁵N值, 探讨放牧对草原N循环的影响。研究中所测定的8种植物叶片δ¹⁵N变化很大(-4.04‰-4.34‰), 但与植物功能型有一定的相关性。放牧显著降低了大针茅(Stipa grandis)、杂类草和小半灌木木地肤(Kochia prostrata)的δ¹⁵N值。具有潜在共生固氮能力的豆科植物δ¹⁵N偏低负值(-4.04‰ - -1.90‰), 但在放牧和围封条件下无显著差异; 而被认为具有联合固氮能力的羊草(Leymus chinensis), 放牧后δ¹⁵N显著增加, 一定程度上表明了豆科植物和羊草生物固氮能力的存在。所有植物中, 除无菌根侵染的木地肤外, 其他有丛枝菌根真菌侵染记录的物种δ¹⁵N值较低, 通常接近0或为负值, 说明在N限制的内蒙古草原, 菌根转运N可能也是一种重要的N源途径。放牧显著降低了0-20 cm土壤δ¹⁵N值, 这也与过去的研究结果不同。δ¹⁵N的测定为生态系统提供了一个整合时空N循环过程的综合指标, 反映出放牧改变了草原生态系统的N循环。     

放牧对内蒙古典型草原大针茅凋落物中土壤动物组成及其分解功能的影响

放牧是影响草地生态系统中土壤动物组成和凋落物分解的重要因素.2010—2012年,选择内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒牧场境内的禁牧草地、放牧草地和沙地为研究样地,以凋落物袋法研究了大针茅凋落物分解过程中主要理化特性以及其中土壤动物群落的变化特征.共采集到土壤动物67056头52类,隶属于5门8纲,其中螨类23科,昆虫19科.大针茅凋落物的初始有机质含量为92.5%,分解780 d后分别降至40.0%(禁牧草地)和41.3%(放牧草地),差异不显著;凋落物残留率分别降低至50.0%(禁牧草地)和23.0%(放牧草地),差异显著.放牧影响下,大针茅残留凋落物中土壤动物多度显著降低.将大针茅凋落物置入沙地环境,有机质分解速率无显著变化,但凋落物残留率显著降低,螨类群落组成发生显著变化.在内蒙古典型草原环境下,放牧显著改变了植物凋落物中的土壤动物群落组成和多度,但凋落物中有机质分解速率未发生显著变化;半干旱地区土壤动物的凋落物分解功能较为微弱.     

内蒙古典型草原不同地形单元放牧对土壤微生物量磷及磷酸酶活性的影响

土壤微生物量磷和磷酸酶在土壤磷的有效化过程中起着极为重要的作用。过度放牧干扰微生物主导的草原土壤磷的有效化过程,地形也会驱动土壤磷的形态转化和积累。然而,地形与放牧强度的交互作用对土壤微生物参与磷活化过程的影响尚不明确,它们对不同地形单元放牧强度的响应可能存在差异。基于十年定位不同地形单元(坡地和平地)放牧试验,研究不同地形单元放牧对土壤磷酸酶活性和微生物量磷(SMBP)的影响。结果表明,地形而不是放牧显著影响土壤全磷(TP)、有机磷(P_O)、有效磷(Olsen-P)含量。坡地SMBP含量显著低于平地,平地重牧(G7.5-G9.0)显著提高了SMBP含量,而坡地放牧则对其没有显著影响。土壤碱性磷酸酶(ALP)和磷酸二酯酶(PD)活性的变化只受放牧影响,而酸性磷酸酶活性(ACP)受地形驱动。平地土壤PD、ALP活性与土壤理化性质间存在复杂的联系,且与放牧强度呈负相关关系,而坡地则只保留了土壤PD活性与磷、全氮(TN)的联系。平地和坡地的土壤ACP活性与土壤化学性质无关。土壤含水量(WC)驱动了平地和坡地SMBP和磷酸酶活性的差异,其中WC、P_O...     

放牧和刈割对内蒙古典型草原大型土壤动物的影响

采用连续3年全季节放牧、3种季节性轮牧、秋季刈割和不利用对照6种处理, 研究了内蒙古典型草原大型土壤动物群落特征.调查在春、夏和秋3个季节进行,共捕获大型土壤动物597只,隶属于2门4纲11目,49个类群.结果表明: 全季节放牧导致土壤动物的个体密度、生物量和多样性降低;而刈割的影响相对较轻,土壤动物的个体密度、生物量和多样性甚至有提高趋势.3种季节性轮牧处理中,夏季和秋季放牧2次处理对土壤动物群落个体密度、生物量和多样性等指标的负面影响较轻.刈割管理对退化典型草原大型土壤动物群落的恢复较为有利;夏季和秋季放牧2次处理对大型土壤动物群落的负面影响较轻,是较理想的草地可持续管理措施.     

不同放牧强度下短花针茅荒漠草原植被-土壤系统有机碳组分储量特征

草地生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分,在全球碳循环中发挥着重要作用。以内蒙古短花针茅荒漠草原不同放牧强度样地为研究对象,通过分析地上植物、凋落物、根系、土壤中有机碳和土壤轻组有机碳,研究草原植被-土壤系统有机碳组分储量的变化特征,从碳储量角度为合理利用草原提供指导。研究结果表明:(1)不同放牧强度荒漠草原地上植物碳储量为11.98—44.51 g/m~2,凋落物碳储量10.43—36.12 g/m~2,根系(0—40cm)碳储量502.30—804.31 g/m~2,且对照区(CK)均显著高于中度放牧区(MG)、重度放牧区(HG);(2)0—40cm土壤碳储量为7817.43—9694.16 g/m~2,其中轻度放牧区(LG)碳储量为9694.16 g/m~2,显著高于CK、HG(P0.05);(3)植被—土壤系统的碳储量为8342.14—10494.80 g/m~2,LGMGCKHG,有机碳主要储存于土壤当中,占比约90.54%—93.71%,适度放牧利用有利于发挥草地生态系统的碳汇功能;(4)土壤轻组有机碳储量为484.20—654.62 g/m~2,LG储量最高,表明适度放牧有助于草原土壤营养物质的循环和积累。     

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。     

不同放牧率对内蒙古典型草原植物叶片解剖结构的影响

以内蒙古草原生态系统定位研究站15a长期放牧样地的7种主要植物(扁蓿豆、冰草、糙隐子草、冷蒿、小叶锦鸡儿、星毛委陵菜、羊草)为材料,通过对不同放牧率(无牧、轻牧、中牧、重牧)下植物叶片解剖结构(角质层厚度、表皮细胞面积、叶肉细胞面积、栅栏/海绵组织厚度、叶片厚度、中脉厚度)特征以及化学成分变化的研究,探讨不同植物对长期放牧的适应策略,从而为典型草原放牧演替规律提供理论依据.结果表明:总体上,植物角质层厚度随放牧率的增加而增加;而表皮细胞面积、叶肉细胞面积、叶片厚度等指标不同植物的反应不同.植物叶片化学成分(全N、全C、纤维素含量、叶绿素a+b及a/b)随放牧率的变化较小.放牧率对冰草、冷蒿、羊草的全C、全N、叶绿素和纤维素含量均没有显著影响(P＞0.05),但却显著降低了糙隐子草的比叶面积及星毛委陵菜和小叶锦鸡儿的叶绿素含量,提高了糙隐子草的纤维素含量及扁蓿豆叶片的全N含量(P<0.05).因此,不同植物对放牧的反应存在着明显的种间差异,其中植物角质层厚度、表皮细胞面积、叶片厚度和中脉厚度是植物对放牧响应最为敏感的指标.     

土壤动物与N素循环及对N沉降的响应

以主要的生态过程之一——N循环为对象,论述了土壤动物不仅对凋落物的分解有重要影响,而且在N素矿化和植物对N的吸收过程中也起着重要作用。同时,日益严重的全球变化问题之一——N沉降对土壤动物的多样性及其在生态系统中的功能构成了极大的威胁。另还对土壤动物与N循环研究的方法、土壤动物在N循环过程中的作用机制、热带地区的需求及N沉降下土壤动物的响应作了探讨,并提出,开展大尺度的专类研究及长期定位研究成为下一步研究的需要。     

内蒙古典型草原退化机理的研究

在内蒙古冷蒿小禾草退化草原上,经过６年围栏定量的放牧,分别对９种主要植物种群的形态学特征对放牧的响应进行了研究．结果表明,不同生活型和营养繁殖方式的牧草对放牧率的响应策略是不同的,从而构成了不同放牧率下群落演替的基础．匍匐以不定根行营养繁殖生长或分蘖性强的种群是较适应于重牧的,如冷蒿（Ａｒｔｅｍｉｓｉａｆｒｉｇｉｄａ）和星毛委陵菜（Ｐｏｔｅｎｔｉｌａａｕｃｕｌｉｓ）;以根茎和分蘖行营养繁殖的羊草（Ｌｅｙｍｕｓｃｈｉｎｅｎｓｅ）和冰草（Ａｇｒｏｐｙｒｏｎｃｒｉｓｔａｔｕｍ）及丛生禾草克氏针茅（Ｓｔｉｐａｋｒｙｌｏｖｉ）属宜轻牧植物;以根茎和分蘖行营养繁殖的寸草苔（Ｃａｒｅｘｄｕｒｉｕｓｃｕｌａ）和小丛生禾草糙隐子草（Ｃｌｅｉｓｔｏｇｅｎｅｓｓｑｕａｒｒｏｓａ）属宜中牧植物;而以分枝行营养繁殖的扁蓿豆（Ｍｅｌｉｓｉｔｕｓｒｕｔｈｅｎｉｃａ）和木地肤（Ｋｏｃｈｉａｐｒｏｓｔａｔａ）则宜轻牧．随着放牧率的增大,群落发生明显的变化,小禾草的比例逐渐减少,冷蒿小禾草退化草原最终进一步趋同于星毛委陵菜退化草原;而轻牧可以维持草原现状或使其发生恢复演替,禾草比例增加,即可达到利用式改良的目的     

内蒙古典型草原生态系统健康评价

以草原生态系统中的植物-土壤-大气界面的关键生态过程为基础,结合典型草原生态系统的群落特征及其退化演替模式,并考虑水分因子的限制作用,在确定生态系统健康评价模式(参照)系统和基况评价指标的同时,建立了典型草原生态系统健康评价的CVOR综合指数的计算模型和方法.通过分析放牧压力和围封保育对内蒙古典型草原生态系统健康的影响,检验了CVOR综合指数的可行性,可为草原生态系统健康管理提供一个综合、简单、准确、宜行的评价方法.     

不同放牧强度草原休牧后土壤养分和植物群落变化特征

在内蒙古典型草原,对不同放牧率草地休牧3a后的土壤养分空间异质性和植物群落的数量变化特征进行了研究,结果表明：不同放牧率草地休牧3a后,由于维持土壤养分或植被空间格局的匀质化条件消失,土壤养分的空间异质性呈不同程度的增大趋势,随机性因素所占比例增加,其中土壤有机碳、全氮、无机氮、有效磷和有效硫的空间异质性均以0．00羊/hm^2区最大,4．00羊／hm^2区（中牧区）最小,其它样地不同土壤养分指标表现不同的变化特征;群落生物量和群落盖度均表现增加趋势,但群落盖度增加不显著（P〉0．05）,与1998年相比,群落生物量除对照区外均达到了显著性差异（P〈0．05）,与1．33羊／hm^2、4．00羊／hm^2和6．67羊／hm^2相比,O．00羊／hm^2优势植物出现多样化特征;群落的灌丛化与牧压和恢复演替的时间序列高度相关,牧压越小,恢复演替的时间序列越大,群落灌丛化的趋势越明显;1年生植物、羊草、克氏针茅、木地肤、冷蒿（除6．67羊／hm^2）和扁蓿豆（除O．00羊／hm^2）均表现增加趋势,星毛委陵菜则均表现降低趋势;植物群落的生物量、群落高度、群落盖度和群落物种多样性与土壤养分分布均表现一致的正相关关系,但只有植物群落生物量和群落高度与土壤有机碳、全氮、无机氮、土壤有效磷和有效硫相关显著（P〈0．05）。     

内蒙古典型草原马粪分解特征

2008年6月-2009年9月,采用人工堆置于地表和埋入地下2种处理方法,研究了内蒙古典型草原马粪的分解特征.结果表明:在一块面积约47 hm2草场中,自由放牧100匹纯血马的情况下,马粪月输入量约为48.8 kg·hm-2,年输入量为277.1 kg·hm-2;人为控制的野外分解实验表明,马粪分解中质量损失主要发生在0～60d,损失率为45.0％,之后损失率变化较小;鲜马粪中有机物总量为77.0％,分解60d和330 d减少到48.7％和28.3％;鲜马粪中氮素以有机态为主,矿化和释放速度较慢;而磷素以无机态为主,释放速度较快.马粪埋入地下处理,可以消除风蚀和放牧牲畜践踏对粪块的破碎作用,同时改变了水蚀作用对粪中养分浓度的影响,但对有机质矿化无明显作用.     

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     

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.     

地植物多样性间的关系

用显微技术法分别在放牧率为 1 .33,4 .0 0和 6.67只 / hm2下对内蒙古细毛羊的食性进行了研究。结果表明 ,随着放牧率的增大 ,草场的植物种类组成及其相对比例发生了明显的变化。由于不同牧草的可利用性不同 ,其食性选择也发生了明显的变化。在重牧条件下 ,原先为随意采食的冷蒿和厌食的寸草苔则升级为“喜食”的植物 ,星毛委陵菜的选择性指数也有较大提高 ;且星毛委陵菜成为主要的食物资源 ,占全部食物的 80 %以上。这说明放牧率的增大和绵羊选择性的采食是草场植物种类组成发生变化的主要原因之一。食物的选择性主要与草地牧草的相对生物量、高度和频度显著相关 ;当草地植物多样性指数较高时 ,放牧绵羊的食物选择性较大。不同放牧率条件下 ,在以冷蒿和小禾草为主的退化草原上 ,草地植物多样性指数随放牧率的增大而显著降低 ,但食物多样性指数以放牧率 4 .0 0只 / hm2 的处理最高。     

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.