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。     

Effects of precipitation intensity and temporal pattern on soil nitrogen mineralization in a typical steppe of Nei Mongol grassland

Aims Our objective is to: 1) explore the dynamics of soil nitrogen (N) mineralization in a grassland ecosystem in response to the changes in precipitation intensity and temporal distribution, and 2) identify the controlling factors.Methods The two study sites located in a typical steppe of the Nei Mongol grassland were fenced in 2013 and 1999, respectively. Our field experiment includes manipulations of three levels of precipitation intensity (increased 50%, decreased 50%, control) in three temporal patterns (increased or decreased precipitation for three years; increased or decreased precipitation for two years and no manipulation for one year; increased or decreased precipitation for one year and no manipulation for one year).Important findings 1) The soil net N mineralization and net nitrification rates decreased with changes in the temporal distributions of precipitation from one year to three years, with the maximum values of soil net N mineralization and nitrification rates observed in the treatments of increased or decreased precipitation for one year and no manipulation for one year (+PY1 or -PY1). This indicates that the high precipitation intensity and longer precipitation may have negative effects on soil net N mineralization and nitrification rates, while the moderate soilmoisture and temperature may stimulate soil mineralization. 2) The soil net N mineralization and nitrification rates, soil cumulative N mineralization, and nitrification in the fenced site in 1999 were higher than those in the site fenced in 2013, implying that a long-term enclosure may have promoted nutrient storage and soil quality restoration. 3) The long-term treatments of increased or decreased precipitation had significant effects on soil water content and temperature, whereas the short-term, discontinuous precipitation produced minor effects on soil moisture and temperature. Moreover, the controlling factors for soil N mineralization were different between the two fields. Soil moisture had a major effect on soil inorganic N content and net N mineralization rate in the site fenced in 2013, while soil temperature played a dominant role in the site fenced in 1999, with the net N mineralization rate depressed by higher soil moisture. Our findings suggest that the precipitation intensity and temporal distribution had important impacts on soil N mineralization in the Inner Mongolia grassland; these effects was site-dependent and particularly related to soil texture, community composition, and disturbance, and other factors.     

Plastic responses of stem and leaf functional traits in Leymus chinensis to long-term grazing in a meadow steppe

植物对不同功能性状进行权衡, 通过表型可塑性达到对异质生境的适应是植物的一种生态对策。羊草(Leymus chinensis)是欧亚温带草原东缘的主要优势植物, 研究其对放牧的表型反应对揭示草原生态系统的放牧响应机制具有代表意义。该文以内蒙古呼伦贝尔草甸草原为例, 通过设置不同放牧压力与围封的长期试验, 研究了羊草茎叶功能性状对放牧的可塑性响应模式。结果表明: 1)与长期围封相比, 长期放牧导致羊草茎叶性状显著小型化, 其中, 株高和个体地上生物量分别降低76.82%和89.88%, 但3年短期围封对茎性状影响不显著, 说明羊草表型矮小化现象具有一定的保守性; 2)通过排序构建羊草性状可塑性变化谱, 发现茎质量、总质量、茎高、株高、叶面积等为对放牧响应的敏感性状, 而叶片数、茎粗、叶宽等较为稳定, 为惰性性状; 3)放牧干扰下, 羊草性状可塑性程度与其变异性之间符合y = y₀ + ae^bx拟合关系, 随着植物性状的响应强度增大, 其变异性增强; 4)偏最小二乘法分析发现茎长、株高、叶面积、叶长等性状的投影重要性指标大于1, 对地上生物量变化的解释率为68.6%, 是导致长期放牧下羊草个体生物量降低的主要因子。研究认为, 矮化型变是羊草的避牧适应对策, 在亚稳态下, 通过不同性状的权衡, 充分利用环境资源完成其生活史。     

内蒙古锡林河流域不同植物群落中羊草和糙隐子草水分利用效率的变异

用稳定性同位素技术,研究了锡林河流域不同群落和生境下羊草(Leymus chinensis ( Trin.) Tzvel.)和糙隐子草(Cleistogenes squarrosa (Trin.) Keng.)叶片δ13C值及其水分利用效率的变化.结果表明,在不同生境下,羊草和糙隐子草叶片δ13C 值随土壤水分含量的降低而增大,并与不同土层土壤水分含量均表现出极显著的线性负相关关系;而二者的叶片水分含量与土壤水分含量无显著的相关关系.这一结果说明,羊草和糙隐子草的水分利用效率均随土壤水分含量的降低而提高,而叶片水分含量保持相对稳定.这两种植物可能通过调节气孔导度、提高水分利用效率和增强渗透调节能力等生理生态机制适应水分状况不同的生境,从而使它们能够在锡林河流域不同植物群落中广泛分布并成为建群种或优势种.     

Effects of nitrogen addition on photosynthetic characteristics of Leymus chinensis in the temperate grassland of Nei Mongol,China

Aims The increased atmospheric nitrogen (N) deposition due to human activity and climate change greatly causes grassland ecosystems shifting from being naturally N-limited to N-eutrophic or N-saturated, and further affecting the growth of grass species. The aims of this study are: 1) to evaluate the effects of different N addition levels on morphology and photosynthetic characteristics of Leymus chinensis; 2) to determine the critical N level to facilitate L. chinensis growth.
Methods We conducted a different N addition levels experiment in dominant species in the temperate steppe of Nei Mongol. The aboveground biomass, morphological and leaf physiological traits, pigment contents, chlorophyll a fluorescence parameters and biochemical parameters of L. chinensis were investigated.
Important findings Our results showed that aboveground biomass first increased and then decreased with the increased N, having the highest values at the 10 g N·m^-2·a^?1 treatment, but the 25 g N·m^-2·a^?1 still significantly increased the aboveground biomass relative to 0 g N·m^-2·a^?1. Leymus chinensis accommodate low N situation through allocating less N to carboxylation system and decreasing leaf mass per area (LMA) in order to get more light energy. Moderate N addition captured more light energy through increasing total chlorophyll (Chl) contents and decreasing the ratio of Chl a/b. Moderate N addition increased LMA, carboxylation efficiency, maximum carboxylation rate (V_cmax), maximum electron transport rate (J_max) and decreased J_max/V_cmax, thus allocating more N to carboxylation system to enhance carboxylation capability. Moreover, the photochemical activity of PSII was increased through higher effective quantum yield of PSII photochemistry, electron transport rate and photochemical quenching coefficient. Excessive N addition had negative effects on physiological variables of L. chinensis due to lower carboxylation capability and photochemical activity of PSII, further leading to decreased net photosynthetic rate, whereas increased non-photochemical quenching coefficient and carotenoids played the role in the dissipation of excess excitation energy. Overall, moderate N addition facilitated the photosynthetic characteristics of dominant species, but excessive N addition inhibited photosynthetic characteristics. The most appropriate N addition for the growth of L. chinensis was 5-10 g N·m^-2·a^?1 in the temperate steppe of Nei Mongol, China.     

割草频率对土壤微生物数量和植物地下生物量的影响

以内蒙古锡林郭勒羊草(Leymuschinensis)草原为对象,研究了割草频率对土壤微生物数量和植物地下生物量的影响。结果表明,经过17年的割草,土壤微生物的数量和植物地下生物量均随割草频率的增加而降低。根据割草频率的土壤微生物数量和植物地下生物量的变化,提出较为合理的割草频率是割1年休1年,其次是割2年休1年。但是,多年围封不割草,不仅造成大量牧草资源的浪费,也削弱了微生物在土壤养分转化过程中的作用。     

Defense strategies of dominant plants under different grazing intensity in the typical temperate steppe of Nei Mongol,China

放牧是草原的主要利用方式, 但对牧草造成了一定的生物胁迫。面对生存压力, 牧草会通过调节初级与次级代谢过程启动防御机制。该研究以内蒙古温带典型草原优势种植物为研究对象, 通过测定其在5个放牧水平下不同营养器官中的次级代谢产物及木质素等含量, 探讨大针茅(Stipa grandis)和羊草(Leymus chinensis)的各营养器官在防御机制中的角色及其碳氮权衡策略。结果表明: 面对放牧胁迫, 大针茅和羊草会产生大量的单宁、总黄酮、酚类以及生物碱等次级代谢产物, 并以叶片为主要的合成及储存器官。中度放牧使羊草的化学防御机制得到较充分的诱导及表达。但二者地上部分木质素含量并无显著增加, 因此, 二者在避牧性机制上更倾向于化学防御而非机械防御。由于羊草有更高的氮利用效率, 这使得羊草可以通过碳氮两种代谢途径进行防御, 但大针茅在生长初期并不能将氮高效地分配到化学防御中。大针茅和羊草在生长初期面对轻度放牧胁迫, 较多的资源仍然用于初级代谢, 增加了植物耐牧性。因此, 轻度放牧有利于提高牧草的碳氮资源利用效率、提高生态系统生产力及稳定性。     

Response and correlation of above- and below-ground functional traits of Leymus chinensis to nitrogen and phosphorus additions

AimsLeymus chinensis is a constructive and dominant species in typical steppe of northern China. The structure and functions of L. chinensis grassland ecosystem has been degenerated seriously due to long-term overgrazing in recent decades. As an effective measure to restore the degraded grasslands, the effects of nutrient addition on plant growth and ecosystem structure and functioning have been paid more attention in manipulation experimental research. The effects of nutrient addition, especially P addition on the above- and below-ground functional traits of L. chinensis have rarely been studied; particularly the underpinning mechanisms remain unclear. Our objective is to examine the responses and adaptive mechanisms of L. chinensis to different levels of N and P additions. MethodsWe conducted a culture experiment in the greenhouse, with three levels of N (50, 100 and 250 mg N·kg^-1) and P (5, 10 and 25 mg P·kg^-1) addition treatments. The above- and below-ground biomass, leaf traits (e.g., specific leaf area, leaf N and P contents) and root traits (e.g., specific root length, root N and P contents) of L. chinensis were determined in this study.Important findings Our results showed that: 1) the aboveground biomass and total biomass of L. chinensis were mostly affected by N addition, while the belowground biomass was mainly affected by P addition. N addition greatly enhanced the aboveground biomass of L. chinensis, while P addition reduced the belowground biomass at the moderate and high N levels. The root-shoot ratio of L. chinensis was influenced by both N and P additions, and root-shoot ratio decreased with increasing N and P levels. N and P additions promoted more biomass and N and P allocations to aboveground and leaf biomass. 2) Leymus chinensis showed different responses and adaptive mechanisms to P addition at low and high N levels. At low N level, L. chinensis exhibited high photosynthetic rate and specific root length (SRL) to improve photosynthetic capacity and root N acquisition, which promoted aboveground biomass. High root P content was favorable for belowground biomass. At high N level, P addition did not significantly affect plant growth of L. chinensis, even reduced its belowground biomass. Leymus chinensis showed high specific leaf area (SLA) and SRL to improve light interception and N acquisition in order to maintain stable aboveground biomass. 3) P addition greatly impacted below-ground than above-ground functional traits. SLA exhibited a weakly positive correlation with SRL, indicating L. chinensis exhibited relatively independence of resource acquirement and utilization between leaf and root functional traits.     

内蒙古锡林河流域羊草草原主要建群植物热值及灰分动态变化

草地植物作为生物燃料供给料已经被人们所提及,而植物的热值和灰分含量作为评价生物燃料质量的重要指标,却很少被人们研究。本文通过对内蒙古锡林河流域羊草草原5种多年生禾本科植物(羊草、冰草、大针茅、羽茅和隐子草)的热值和灰分进行测定,探讨了植物热值和灰分的月变化及二者之间相关性。结果表明:5种植物干重热值及去灰分热值月变化均为单峰形变化曲线,干重热值的最大值出现在8月(19.2MJ·kg-1),去灰分热值最大值出现的月份因植物种类不同而表现一定的差异;灰分含量的月变化趋势表现为先降低后升高;冰草、大针茅和隐子草干重热值与灰分含量之间表现为极显著线性负相关(P<0.01),羽茅干重热值与灰分之间表现为显著线性负相关(P<0.05),而羊草干重热值与灰分含量之间的相关性不显著。     

降水变化对内蒙古典型草原地上生物量的影响

降水格局的变化是气候变化影响干旱和半干旱区草原植物群落结构和功能的关键过程。作为植物群落结构和功能的基本组成单位——植物功能群——对气候变化的响应差异明显。有关不同植物功能群如何响应降水格局的研究, 有助于揭示气候变化对干旱与半干旱区生态系统关键功能与过程稳定性的变异机制。该文利用1982-2015年的典型草原群落地上生物量长期动态监测数据及其所对应的气候数据, 系统揭示降水变化对干旱与半干旱区生态系统生产力的影响。主要研究结果如下: 1) 1982-2015年内蒙古典型草原区降水变化特征明显, 主要表现在降水集中度呈显著的降低趋势; 小降水事件(≤5 mm)明显增多。2)降水变化导致群落生物量呈下降趋势。其中, 多年生丛生禾草的生物量呈上升趋势; 一二年生植物、多年生杂类草、多年生根茎禾类草的生物量均呈下降趋势。3)群落生物量与生长季降水量、降水集中度呈显著的正相关关系。各功能群中, 多年生杂类草、半灌木和生长季降水量呈显著正相关关系, 灌木与降水集中度呈显著负相关关系。4)群落生物量与各等级降水的频率相关性均不显著, 但与I-II类(0.1-10 mm)降水贡献率显著负相关。各功能群中, 多年生杂类草与I类降水(0.1-5.0 mm)的发生频率和降水贡献率均呈显著的负相关关系, 与VI类降水(20-25 mm)的发生频率和贡献率均呈显著的正相关关系。多年生根茎禾类草和VIII类降水(>35 mm)的发生频率和贡献率均呈显著的正相关关系。说明小降水事件的增加将显著降低群落的地上生物量, 小降水事件对干旱、半干旱区植被生长具有重要的生态学意义。     

围封对内蒙古锡林河流域羊草草原主要构成植物个体、枯落物及群落热值的影响

2010年8月,对中国科学院内蒙古草原生态系统定位站1979、1999和2004年围封的羊草样地进行取样,测定植物个体、枯落物及群落的热值,探讨不同围封时间对羊草草原主要构成植物、枯落物、群落热值及单位面积能量积累量的影响.结果表明:围封对羊草草原主要植物个体、枯落物、群落热值及单位面积能量积累量均具有显著影响.1979和1999年围封的羊草草原单位面积能量积累量显著高于2004年围封,2004年围封群落和枯落物的热值均显著高于1979和1999年围封,而1979和1999年之间无显著差异.在不同围封时间下,同种植物的热值差异显著,而不同种植物的热值则表现出一定差异;群落热值高低取决于构成植物,而单位面积能量积累量主要由草地的生物产量决定,二者的变化趋势均为短期内有一定波动,长期围封之后基本维持在一个较稳定的水平,最终达到生态能量平衡.     

草甸草原羊草茎叶功能性状对长期过度放牧的可塑性响应

植物对不同功能性状进行权衡, 通过表型可塑性达到对异质生境的适应是植物的一种生态对策。羊草(Leymus chinensis)是欧亚温带草原东缘的主要优势植物, 研究其对放牧的表型反应对揭示草原生态系统的放牧响应机制具有代表意义。该文以内蒙古呼伦贝尔草甸草原为例, 通过设置不同放牧压力与围封的长期试验, 研究了羊草茎叶功能性状对放牧的可塑性响应模式。结果表明: 1)与长期围封相比, 长期放牧导致羊草茎叶性状显著小型化, 其中, 株高和个体地上生物量分别降低76.82%和89.88%, 但3年短期围封对茎性状影响不显著, 说明羊草表型矮小化现象具有一定的保守性; 2)通过排序构建羊草性状可塑性变化谱, 发现茎质量、总质量、茎高、株高、叶面积等为对放牧响应的敏感性状, 而叶片数、茎粗、叶宽等较为稳定, 为惰性性状; 3)放牧干扰下, 羊草性状可塑性程度与其变异性之间符合y = y₀ + ae^bx拟合关系, 随着植物性状的响应强度增大, 其变异性增强; 4)偏最小二乘法分析发现茎长、株高、叶面积、叶长等性状的投影重要性指标大于1, 对地上生物量变化的解释率为68.6%, 是导致长期放牧下羊草个体生物量降低的主要因子。研究认为, 矮化型变是羊草的避牧适应对策, 在亚稳态下, 通过不同性状的权衡, 充分利用环境资源完成其生活史。     

内蒙古羊草草原植物种能量含量及其在群落中的作用

根据11a的野外实验对内蒙古羊草草原群落42种植物的能量含量（含灰分）及其在群落中的相对生物量进行了研究。不同植物种地上部分的能量含量在（13156±1141）J／g和（18141±527）J／g之间变动,所有物种的平均能量含量为（16899±840）J／g,种间变异系数4．9％。小叶锦鸡儿具有最高的能量含量。禾草的平均能量含量高于杂草。根据生活型和生长型,草本物种被进一步分组,能量含量从高到低的排列顺序为：高禾草（17717±92）J／g〉豆科植物（17228±433）J／g〉矮禾草（17250±218）J／g〉其余杂草（16784±529）J／g〉半灌木（16719±69）J／g〉1、2年生植物（15911±1759）J／g。42种植物的能量含量和它们在群落中的相对生物量存在显著正相关关系。根据它们在群落中的构成比例进行分组,以物种在群落中的相对生物量为权重,各组能量含量依次为：优势种（17740J／g）〉伴生种（17244J／g。）〉偶见种（16653J／g）。高能量含量的植物更具竞争力,在群落中通常占据优势地位,而低能量含量的植物竞争力通常较弱,构成草原群落的伴生种或偶见种。     

Traits related to carbon sequestration of common plant species in a Stipa grandis steppe in Nei Mongol under different land-uses

为了探究植物与固碳相关属性在不同功能群、器官和物种间的差异, 以及这些属性对不同土地利用方式的响应, 2012年8月对内蒙古大针茅草原的4个样地(长期无干扰样地、长期自由放牧样地、4年围封样地和4年围封割草样地)进行了群落调查, 并采集样地中的常见植物, 测定了与植物固碳相关的属性, 包括全碳含量、全氮含量、碳氮比、纤维素含量、木质素含量和酸性洗涤纤维含量等。以常见植物为对象, 在功能群水平研究了各土地利用方式下全碳含量、全氮含量和碳氮比的差异; 针对各样地的共有种——糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、大针茅(Stipa grandis)、冷蒿(Artemisia frigida)、羊草(Leymus chinensis)和猪毛菜(Salsola collina), 从物种和器官水平分析了不同土地利用方式下植物的固碳相关属性。结果表明: 大针茅草原植物不同功能群、物种和器官间的固碳相关属性存在极显著差异, 不同土地利用方式下大针茅草原不同功能型、物种和器官的固碳相关属性有显著差异。与其他利用方式相比, 4年围封割草对植物与固碳相关属性的影响最为明显, 功能群、器官和物种水平的植物氮含量均有下降。糙隐子草和猪毛菜的这些属性对长期自由放牧的响应敏感, 且方向相反。     

Effects of enclosure on carbon density of plant-soil system in typical steppe and desert steppe in Nei Mongol,China

草地生态系统是巨大的碳库, 在全球碳循环中起着重要的作用。该研究以内蒙古中温带草地区典型草原和荒漠草原为研究对象, 测定了两种草原类型围封与放牧后地上生物量碳密度、地下生物量碳密度和土壤碳密度, 探讨围封对两种草原类型植被-土壤系统碳密度的影响。结果表明: (1)围封显著地增加了典型草原地上和地下生物量的碳密度, 对荒漠草原地上生物量碳密度增加影响显著, 对地下生物量碳密度增加影响不显著; (2)围封显著地增加了典型草原土壤碳密度, 使荒漠草原土壤碳密度有增加的趋势, 但影响不显著; (3)典型草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布显著高于放牧样地, 而荒漠草原围封样地地下生物量和土壤碳密度的垂直分布与放牧样地的差异不显著; (4)围封分别提高了典型草原和荒漠草原植被-土壤系统碳密度的2.2倍和1.6倍, 典型草原和荒漠草原分别有超过65%和89%的碳储存在土壤中, 两种草原类型的地下生物量碳库均占总生物量碳库的90%以上。研究结果表明围封能够有效地增加草原生态系统的碳储量。     

Caloric content of plant species and its role in a Leymus chinensis steppe community of Inner Mongolia, China

The caloric contents of 42 species and their composition in a Leymus chinensis steppe community of Inner Mongolia, China were determined and analyzed based on the field experiment for 11 years. The caloric content (x ± SD) of aboveground parts of plant species varied from (13156 ± 1141) J·g^?1 (ash contained) to (18141 ± 527) J·g^?1. The average caloric content of all species was (16899 ± 840) J·g^?1 and the inter-specific CV (coefficient of variation) was 4.9%. Of all the species, Caragana microphylla had the highest caloric content (18142 J·g^?1). Grasses had a higher average caloric content ((17425 ± 291) J·g^?1) than forbs ((16734 ± 844)J·g^?1). When the herbaceous species were classified into subgroups according to life-form and growth-form, the order of average caloric contents, from high to low, was: tall grasses ((17717 ± 92) J·g^?1) > legume ((17228 ± 433) J·g^?1) > short grasses ((17250 ± 218) J·g^?1) > remaining forbs ((16784 ± 529) J·g^?1) > subshrubs ((16719 ± 69) J·g^?1) > annuals and biennials ((15911 ± 1759) J·g^?1). There was a positive correlation (P < 0.05) between the caloric contents of 42 species and their relative biomass in the community. When all species were classified into 3 groups according to their composition in the community, the average caloric contents, weighed by the species relative biomass, followed the order: dominant (17740 J·g^?1) > companion (17244 J·g^?1) > incidental (16653 J·g^?1). The plants with high caloric contents were more competitive, which allowed them to gain a dominant status, whereas the competitive abilities of plants with low caloric contents were generally weak. The latter made up the companion or incidental species in a steppe community.     

切根对羊草营养生长期内植物功能性状的影响

该研究以呼伦贝尔羊草(Leymus chinensis)草甸草原割草场为研究对象, 通过对羊草营养生长期内功能性状变化的观测, 研究切根对羊草叶、茎、植株功能性状的影响, 为干扰状态下羊草植株的响应机制和天然割草场植被的恢复提供参考。运用9QP-830型草地破土切根机对草地进行切根处理, 分期测定羊草单株高度、叶长、自然叶宽、展开叶宽、茎粗、茎长、叶质量、茎质量、单株质量等多个功能性状, 通过统计分析切根前后性状的差异, 拟合其变化方程, 探索影响羊草产量的表型性状和质量性状的驱动因子。研究结果显示: (1)切根显著降低了羊草的比叶面积、总叶质量、茎长/茎粗、茎干物质含量, 显著提高了平均叶长和叶面积, 整体上提高了单株质量、株高和植株干物质含量。(2)对照和切根羊草叶、茎功能性状均呈二次曲线变化, 拟合效果达显著或极显著水平。除叶干物质含量、茎干物质含量和茎长/茎粗外, 其余叶、茎功能性状均呈先升高后降低的变化趋势。(3)除叶片数外, 羊草各表型性状之间均呈极显著的正相关关系, 叶质量、茎质量、单株质量之间呈极显著的正相关关系, 比叶面积与质量性状关系不显著。(4)总叶长和总叶质量分别是羊草单株质量表型性状和质量性状之中的最大驱动因子。羊草功能性状间存在协同变化的关系, 切根一定程度上使羊草地上植株的生活史提前。     

氮和水分添加对内蒙古荒漠草原放牧生态系统土壤呼吸的影响

土壤呼吸是生态系统碳循环的重要组成部分, 同时也是评价生态系统健康状况的重要指标, 对于评估退化草地恢复过程中生态系统功能具有重要意义。该研究在内蒙古四子王旗短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原长期放牧实验平台上进行, 该平台设置对照(CK)、轻度(LG)、中度(MG)和重度(HG) 4个放牧强度。通过在4个放牧处理区设置氮、水添加实验处理, 探讨不同放牧强度背景下, 氮、水补充对荒漠草原土壤呼吸过程的影响。结果表明: (1)历史放牧强度除2015年对土壤呼吸无显著影响, 2016和2017年都有显著影响, 放牧区3年平均土壤呼吸速率基本都高于对照区。此外, 氮和水分添加显著增加了MG区土壤呼吸速率, HG区氮、水同时添加对土壤呼吸速率有显著增加作用; (2)无论是历史放牧强度, 还是氮、水添加处理, 都没有改变荒漠草原生长季土壤呼吸速率的季节动态变化趋势, 土壤呼吸速率基本表现为单峰曲线模式, 峰值出现在水热同期的7月份; (3)不同年份生长季土壤呼吸速率对氮、水处理的响应并不相同, 氮添加至第3年产生显著影响。水分添加在平水年份(2015和2017年)对土壤呼吸产生显著影响, 但在丰水年份(2016年)无显著影响。氮、水共同添加分别在CK、LG和HG区3年平均土壤呼吸速率显著高于单独加水处理, 说明氮添加的有效性依赖于水分条件, 两者表现为协同作用; (4)不同处理下荒漠草原土壤呼吸的温度敏感性(Q₁₀)值介于1.13-2.41之间, 平均值为1.71。在无氮、水添加时, 放牧区的Q₁₀值都小于CK区, 总体表现为CK 大于 MG 大于 LG 大于 HG; 加水和氮水共同添加处理后, Q₁₀值都有明显增加, 其中NW处理下Q₁₀值都增加到2.0以上。上述结果说明在过去受不同放牧强度影响的荒漠草原在停止放牧后的恢复过程中, 土壤水分仍是影响土壤呼吸的主导环境因子, 外源氮添加只有在满足一定水分供给的基础上才起作用, 尤其是过去的重度放牧区土壤呼吸速率对氮、水补充的响应最为强烈。该研究结果可以为评估荒漠草原恢复过程中土壤呼吸速率受养分和水分影响提供基础资料和依据。     

内蒙古荒漠草原植物叶片功能性状关系及其经济谱分析

气候变化和人为干扰导致草原荒漠化加剧, 引发了严重的环境问题。因此, 对荒漠草原植物与环境变化关系的研究愈加迫切, 分析比较荒漠草原不同功能型物种叶片经济谱具有重要意义。该研究通过测定内蒙古荒漠草原生态系统不同功能型植物叶片的光合及叶绿素荧光参数、比叶面积和叶片氮素含量, 验证了荒漠草原植物叶片经济谱的存在, 明确了各功能型植物叶片性状间的关系及其在叶片经济谱中的位置。荒漠草原不同功能型植物叶片性状差异明显, 草本植物的比叶面积(SLA)、单位质量叶氮含量(N_mass)分别是灌木的2.39倍和1.20倍; 一年生植物单位面积最大净光合速率(A_area)、SLA、光合氮利用效率(PNUE)分别是多年生植物的1.93倍、2.13倍和4.24倍; C₄植物的A_area、SLA、PNUE分别是C₃植物的2.25倍、1.73倍和3.61倍。除A_area与单位面积叶氮含量(N_area)、PSII的实际光化学效率(Φ_PSII)与SLA之间不存在显著相关关系外, 叶片性状间存在广泛的相关关系, 且均达到极显著水平。这验证了叶片经济谱在内蒙古荒漠草原植物中也同样存在。进一步分析表明, 一年生植物、草本植物、C₄植物叶片在叶片经济谱中位于靠近薄叶、光合能力强、寿命短的一端; 而多年生植物、灌木、C₃植物叶片靠近厚叶、光合能力弱、寿命长的一端。这说明荒漠草原中不同功能型植物可通过权衡其经济性状间的关系而采取不同的适应策略, 对于荒漠草原生态系统管理具有重要的理论指导意义。     

内蒙古典型草原不同恢复演替阶段植物养分化学计量学

对内蒙古典型草原不同恢复演替阶段群落土壤养分动态及空间格局、植物养分及其化学计量比时空动态、植物与土壤养分相关性等进行了分析, 以揭示放牧干扰对植物的养分及其化学计量比影响。结果表明: 土壤各养分含量表现为恢复群落略高于严重退化群落, 土壤全氮(STN)/土壤全磷(STP)恢复群落高于严重退化群落, 土壤有机质(SOC)/STN恢复群落低于严重退化群落; 大多数植物叶片C含量在恢复群落最高, 严重退化群落最低, 与恢复演替时间呈正相关, 而植物的全氮(TN)和全磷(TP)含量则是严重退化群落最高, 恢复群落最低, 与退化程度呈正相关, 且TP含量的变幅明显高于TN含量; 植物叶的N:P和C:N表现为严重退化群落最低, 与退化程度呈负相关; 严重退化群落植物相对于P而言, 总体上表现为缺N; 而恢复群落相对于N而言, 更为缺P, 或同时缺N和P; 群落优势种化学计量学特征对群落演替方向有一定的指示作用。