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。     

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。     

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.     

基于马尔柯夫模型的内蒙古锡林浩特典型草原退化格局预测

以锡林浩特典型草原的TM影像为基础,结合野外路线考察,建立退化草地的分类体系,将草地分为轻度退化(含无明显退化)、中度退化和重度退化3个等级。利用马尔柯夫模型,步长为1年,预测2002—2011年的锡林浩特地区的3类退化草地面积变化。结果表明,整个预测期的退化草地面积变化明显,轻度退化、中度退化草地面积减少,而严重退化草地面积增加明显。到2011年,锡林浩特严重退化的草地比例增加到68·61%,而其轻度退化草地、中度退化草地、重度退化草原的面积比例为2∶2·6∶10,说明该地区草地退化趋势严重,有必要采取措施减轻草地退化。     

内蒙古典型草原地带退化草原的恢复动态

对退化草原自然恢复演替过程的监测,是认识其恢复过程、机理、探讨恢复的限制因子和进一步制定快速、低投入生态恢复措施的基础。通过对内蒙古典型草原地带退化草原［星毛委陵菜（Potentila acaulis）、冷蒿（Artemisia frigida）和寸草苔（Carex duriuscula）等为主］封育恢复动态 8年的监测表明：在退化草原群落自然恢复过程中,植物高度上升;植被盖度和生物量先增加,尔后基本稳定,或略有下降的趋势。群落的物种丰富度增加微弱,这可能与该区草原植物和野生动物协同进化有关,同时与数千年的家畜放牧史有关。即植物物种对放牧有较大的耐性,停止放牧,物种的丰富度也增加较少;群落结构的变化主要表现在不同种群优势度的消长上。群落均匀度指数的动态过程分析表明,恢复8年的草原群落尚未达到天然草原状态,尚需进一步的监测研究。     

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.     

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。     

气候变化对内蒙古鄂温克旗典型草原植物物候的影响

植物物候作为气候变化敏感的指示指标,已成为全球气候变化研究的焦点。利用内蒙古典型草原区鄂温克牧业气象试验站1959—2017年的气候资料和1983—2017年的植物物候观测资料,采用趋势倾向率和逐步回归等方法,分析了鄂温克旗气候变化特征,代表性牧草大针茅和羊草返青期、开花期、黄枯期及生长季的变化趋势,并通过偏相关分析探讨了气温、降水和日照时数与牧草生育期的关系,建立了主要牧草物候期的气候模型。结果表明:(1)鄂温克旗近60年平均气温呈极显著波动增加趋势,年降水量和年日照时数的变化很小;(2)30多年来,鄂温克旗大针茅和羊草返青期总体呈推迟趋势,倾向率分别为2.2 d/10a和1.4 d/10a;开花期的变化趋势不明显;黄枯期分别以2.8 d/10a和1.5 d/10a的趋势提前;生长季长度呈明显缩短趋势;(3)3月和4月气温是影响研究区牧草返青最主要的气候因子,气温升高返青期提前;前2个月降水量对大针茅开花期的影响较大;气温升高使得黄枯期提前,而降水量增加则使得黄枯期推迟。     

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.     

刈割干扰下内蒙古草原两种丛生禾草繁殖策略的适应性调节

刈割是内蒙古草原的主要利用方式之一。当植物面对刈割干扰时, 可以通过繁殖策略的调节适应变化的环境。研究刈割干扰下植物繁殖策略的调节对于揭示植物的适应与进化机制具有重要意义。为此, 选择内蒙古典型草原的大针茅(Stipa grandis)和糙隐子草(Cleistogenes squarrosa), 在1979年围封的羊草(Leymus chinensis)样地(对照)和毗邻的长期刈割区对其繁殖策略进行了研究。结果显示: 1)长期刈割干扰下, 大针茅的种群生物量与对照区无显著差异, 由于其株丛生物量显著降低, 大针茅种群生物量的维持得益于种群密度的显著增加。糙隐子草的种群生物量比对照区显著提高, 由于其株丛生物量与对照区无显著差异, 糙隐子草种群生物量的增加也是因为密度的显著提高。因此, 密度调节是两种植物应对长期刈割干扰的重要的调节机制。2)长期刈割干扰下, 两种植物在无性繁殖和有性繁殖过程所采取的密度调节策略并不相同。大针茅种群生殖株丛的密度无显著变化, 非生殖株丛的密度显著提高, 导致其非生殖株丛的相对密度显著增加, 而生殖株丛的相对密度显著降低。因此刈割干扰下大针茅种群在密度调节上采取了保持有性繁殖株丛密度, 增加无性繁殖株丛密度的策略。糙隐子草种群非生殖株丛的密度显著增加, 但生殖株丛的密度增加幅度更大, 导致其非生殖株丛的相对密度显著降低, 而生殖株丛的相对密度显著提高。因此刈割干扰下糙隐子草种群在密度调节上采取了增加无性繁殖株丛密度的同时, 更大幅度地增加有性繁殖株丛密度的策略。3)长期刈割干扰下, 两种植物对生物量生殖分配的调节采取了不同的策略。大针茅株丛生物量向生殖枝分配的比例无显著变化, 通过降低生殖枝向穗的生物量分配比例, 降低了对有性生殖过程的生物量分配的投入; 而糙隐子草则通过增加株丛生物量向生殖枝分配的比例, 维持生殖枝向穗的生物量分配比例, 从而增加了对有性繁殖过程生物量分配的投入。4)长期刈割干扰下, 大针茅的株丛面积和株丛分蘖数与对照区无显著差异。糙隐子草株丛面积降低, 但是株丛分蘖数无显著变化。本实验说明, 植物种群有性繁殖和无性繁殖之间的密度调节和资源分配调节是草原植物应对刈割干扰下的重要调节机制, 不同的响应策略影响着植物种群的消长动态。     

内蒙古典型草原家畜粪中的粪金龟子群落特征

2008年6月-2009年9月,在内蒙古典型草原放牧区,分析了马、牛和羊鲜粪中粪金龟子的物种多样性、群落结构、功能群和取食偏好.共捕获粪金龟子7805头,隶属于3科4属32种,优势种为符号蜉金龟(Aphodius comma)、游荡蜉金龟(Aphodius erraticus)和泥蜉金龟(aphodius sordec...     

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.     

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.     

内蒙古典型草原放牧压力评价及土壤N储量响应

放牧是草原生态系统的重要干扰,是草原氮循环的重要影响因素。为了揭示放牧对土壤N储量的影响,在内蒙古典型草原,基于单位草原面积草原载畜量和单位草原生产力,建立了放牧压力评价模型,并利用1990—2011年以县为单位统计的放牧牲畜数据和2001—2011每年合成的MODIS-NDVI_(max)影像数据评估了放牧压力的空间分布。基于2011年野外调查的95个样点和2010年调查的41个样点数据,对处于低放牧压力(LG),中放牧压力(MG)和高放牧压力(HG)的样点数据进行了统计分析。结果表明:放牧压力对土壤容重(BD),土壤全碳(TC)含量和土壤全氮(TN)含量具有显著影响,特别在土壤表层(0—10cm),土壤容重、TC含量和TN含量在LG,MG和HG之间存在显著差异。TC含量和TN含量随放牧压力增加而降低,BD随放牧压力增加而增加;黏粒含量(CC)在3个放牧压力梯度上不存在显著差异;土壤N储量表现出和TN含量相似的变化特征,随土壤深度增加而降低,随放牧压力增加而减少,在0—50cm范围内,土壤N储量在LG、MG和HG之间存在显著差异(2011,P0.05;2010,P0.1)。重度放牧是草原生态系统氮损失的主要因素之一,降低放牧压力有助于降低草原氮损失和恢复植被生产力。