长期氮添加对内蒙古典型草原植物地上、地下生物量及根冠比的影响

氮沉降的增加显著改变了生态系统功能和过程。大量研究表明,氮添加会提高生态系统生产力,然而,大部分研究集中在地上生物量,对地下生物量以及根冠比的研究较少。我们在内蒙古典型草原进行了7年的氮添加实验,设置6个氮添加水平,分别是N0(0)、N1(5.6 g N·m-2)、N2(11.2 g N·m-2)、N3(22.4 g N·m-2)、N4(39.2 g N·m-2)、N5(56 g N·m-2),测定植物地上和不同土层(0～10、10～30、30～50和50～100 cm)地下生物量并计算根冠比,研究不同氮添加水平对植物地上、地下生物量和根冠比的影响。结果表明:(1)与对照相比,低氮添加水平(N1和N2)未显著增加地上生物量,高氮添加水平(N3～N5)显著增加了地上生物量(96%～117%),且各高氮添加水平间差异不显著;(2)不同氮添加水平下,植物地上生物量的氮响应效率(NRE)均大于0且呈下降趋势,相邻氮添加水平的NRE差值(ΔNRE)仅在N3水平下显著增加,说明地上生物量在N3水平下达到饱和;(3)氮添加未显著改变不同土层以及整个土壤剖面上的地下生物量,且对各土层地下生物量的占比情...     

黄土区不同恢复年限草地群落生物量及根冠比对氮添加的响应

大气氮沉降增加作为全球变化的主要环境问题之一,已引发人们的广泛关注,持续的氮沉降对草地生态系统的组成、结构和功能产生重要影响。为深入了解草地恢复进程中群落生物量和根冠比对氮沉降的响应,以黄土区3个不同恢复年限（初期12a、中期28a和后期37a）的天然草地为研究对象,通过设置6个氮添加水平,CK （0）、N1（2.34g m^-2a^-1）、N2（4.67g m^-2a^-1）、N3（9.34g m^-2a^-1）、N4（18.68g m^-2a^-1）、N5（37.35g m^-2a^-1）来测定草地群落地上生物量、地下生物量和总生物量,并计算根冠比和氮响应效率（NRE）。结果表明：（1）地上生物量在恢复中期最大,随氮添加梯度增加,地上生物量在恢复初期和恢复后期呈不显著上升趋势,对氮添加表现为非线性的正响应（ΔNRE>0）,在恢复中期呈不显著下降趋势,对氮添加表现为非线性的负响应（ΔNRE<0）。（2）群落地下生物量对氮添加无显著响应,总生物量只有在恢复后期的N4添加水平下,与对照存在显著差异。（3）根冠比在恢复初期时,N3添加水平下显著高于对照和其他氮添加水平,其余恢复年限对氮添加无显著响应。综上所述,通过分析比较黄土区不同恢复年限草地群落的地上、地下及总生物量和根冠比对氮添加的响应。建议对该区域开展试点实验,实行适应性草地管理,如进行两年一次刈割或轻度放牧（2只羊/hm²）,来探寻更科学有效的管理措施,使草地实现系统性恢复,进而满足生态系统容量和社会需求的变化。     

高寒草甸主要植物地上地下生物量分布及退化对根冠比和根系表面积的影响

研究高寒草甸主要植物地上地下生物量的分布及其对退化的响应有利于了解高寒草甸的退化过程。该研究首先在西藏那曲生态环境综合观测研究站小嵩草围栏内(2009年围封)选择原生植被较好的地点随机选择小嵩草(Kobresia pygmaea)、矮嵩草(K.humilis)、紫花针茅(Stipa purpurea)、二裂委陵菜(Potentila bifurca)和青藏苔草(Carex moorcroftii)等5种植物斑块,选择退化斑块上(与原生植被相比)的二裂委陵菜和青藏苔草;然后用烘箱烘至恒重并称重,用扫描仪对根系进行扫描用于估算根系表面积;最后利用2因子方差分析检验不同物种个体、不同取样层次对地上和地下生物量的影响,利用物种和退化状态2因子方差分析检验对地上生物量的影响,以及利用物种、取样层次和退化状态3因子方差分析检验对二裂委陵菜和青藏苔草地下生物量、根冠比和根系表面积的影响。结果表明:在未退化条件下,小嵩草、矮嵩草和紫花针茅0~10cml地下生物量占0~30cm地下生物量的70%以上,0~30cm地下生物量占其地上地下总生物量的96%以上;二裂委陵菜(Potentilla bifurca)和青藏苔草(Carex moorcroftii)0~10cm地下生物量占0~30cml地下生物量的50%以上,其中二裂委陵菜0~30cm地下生物量占其地上地下总生物量的57%,青藏苔草0~30cm地下生物量占其地上地下总生物量的87%;对于退化草甸的主要植物,退化显著降低了二裂委陵菜的地上生物量、地下生物量和根冠比,对其根系表面积影响不大,但显著增加了青藏苔草的地上生物量,降低了其根冠比,对其地下生物量和根系表面积影响不大。     

甘南尕海湿地退化过程中植被生物量变化及其季节动态

为探讨尕海湿地退化过程中植被生物量变化规律,以尕海泥炭沼泽和沼泽化草甸为例,采用定位样地调查方法,研究了不同退化程度湿地植被生物量的时空分布格局。结果表明,1)随着湿地退化演替,两类湿地植被地上生物量逐渐减小,泥炭沼泽未退化(PⅠ)、退化阶段(PⅡ)地上生物量依次为334.19,290.72 g/m~2,沼泽化草甸未退化(SⅠ)、轻度退化(SⅡ)、中度退化(SⅢ)地上生物量依次为378.40,308.07,261.21 g/m~2;地上生物量季节动态规律均为单峰型,8月中下旬达到峰值;同一湿地类型各退化阶段地上生物量绝对增长率(AGR)和相对增长率(RGR)在同一年份变化趋势基本相同,但不同年份间存在差异,而同一湿地类型不同阶段AGR和RGR的大小存在差异。2)地下生物量也随退化程度加剧显著减小(P0.05),PⅠ,PⅡ地上生物量依次为23081.46,12607.72 g/m~2,SⅠ,SⅡ,SⅢ地下生物量依次为4583.16,3008.63,1290.73 g/m~2;地下生物量季节变化均表现出愈接近生长季始末值愈大;地下生物量由土壤表层向深层显著下降(P0.05),总体呈"T"形分布,0—10cm土层,泥炭沼泽、沼泽化草甸地下生物量都最大,分别占各自总地下生物量50%和70%以上。3)尕海2类高寒湿地5—9月平均根冠比均表现未退化高于退化,根冠比季节动态为越接近生长季始末值越大,生长旺盛季值越小。     

水热因子对退化草原羊草恢复演替群落土壤呼吸的影响

 对内蒙古锡林郭勒白音锡勒牧场退化恢复羊草（Leymus chinensis）草原生态系统土壤呼吸作用的主要影响因子分析表明,环境因子对土壤呼吸作用的影响程度依次表现为：土壤水分>温度;水分对土壤呼吸作用的影响可分成3段,即<7.5%、7.5%～18.4%和>18.4%。当0～10cm土壤含水量＜7.5%时,土壤温度是土壤呼吸作用的主导控制因子,土壤呼吸作用与5cm土壤温度呈幂函数关系;而当0～10cm土壤含水量＞7.5%时,土壤呼吸作用受土壤水分和土壤温度的共同作用。研究还表明：在植物生长季内,当土壤水分接近羊草草原土壤萎蔫系数6.0%时所测得土壤呼吸作用为植被在干旱胁迫下的土壤呼吸作用,而当土壤水分大于羊草草原土壤萎蔫系数6.0%时,土壤呼吸作用的增加主要是由于植物生长及其引起的根系活动和微生物数量、组成及其活性共同影响的,进而可以解释不同水分条件下土壤及植物根系在土壤呼吸作用中的不同贡献,为建立土壤呼吸作用模型及正确地理解陆地碳收支及其固碳潜力提供依据。     

降雨格局变化对内蒙古典型草原优势种大针茅幼苗的影响

大针茅(Stipa grandis)是内蒙古草原的优势物种, 研究其幼苗在不同降雨格局下的响应特征, 可以为进一步研究降雨格局变化下内蒙古典型草原的响应特征提供科学依据。在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站, 利用开顶式生长室进行控制试验模拟降雨格局变化, 研究了大针茅幼苗对总降雨量和降雨间隔时间变化的响应。结果表明: 1)总降雨量增加50%使大针茅幼苗生长季末的地上生物量平均增加23% (p < 0.05), 而降雨间隔时间由5天增长为15天使地上生物量平均增加48.8% (p < 0.001)。2)总降雨量对大针茅幼苗的地下生物量没有显著影响; 而在低降雨量条件下, 降雨间隔时间增长使地下生物量增加56.2% (p < 0.001), 在高降雨量条件下作用不显著。3)总降雨量和降雨间隔时间对根冠比的效应都依赖于对方水平的高低, 总降雨量增大只在较长降雨间隔条件下使根冠比发生改变(-28.4%, p < 0.05), 降雨间隔时间增长只在高降雨量条件下使根冠比发生改变(-28.8%, p < 0.05)。4)处理期间, 在处理时间分别为30天和45天时, 大针茅幼苗地上生物量、地下生物量和总生物量的差异都主要取决于总降雨量; 而在处理时间为75天时, 其差异则都主要取决于降雨间隔时间。该研究得到以下主要结论: 1)降雨间隔时间与总降雨量一样, 是影响大针茅幼苗生长的关键因素之一。2)总降雨量对大针茅幼苗生长的效应与降雨间隔时间的长短紧密相关。3)降雨格局对大针茅幼苗生长的影响机制随着幼苗的生长期不同而改变。     

红松和蒙古栎种子萌发及幼苗生长对升温与降水综合作用的响应

研究气候变暖导致的温度升高和降水格局的变化对典型植被类型建群种植物种子萌发和幼苗存活的影响,对于预测森林群落的发展趋势、种质资源保育及森林抚育更新具有重要意义.以寒温带针阔混交林的建群种和优势种红松Pinus koraiensis、蒙古栎Quercus mongolica种子和幼苗为研究对象,采用空间替代法模拟温度升高和降水变化,观察其种子萌发和幼苗生长情况.结果表明:与种源地相比,蒙古栎种子在温度升高与降水增加(年均温+4.9℃,+330 mm)或降水减少(年均温+2.8℃,-249 mm)的条件下萌发率分别下降了13％和18％,但差异不显著.红松种子在温度升高与降水增加的情况下萌发率比种源地提高了2.29倍,而降水减少时则下降了64％,不同的地点对红松的萌发率差异极显著;不同的温度、降水组合对红松和蒙古栎幼苗的生长均产生不同影响,在温度升高与降水增加与降水减少的情况下,1年生蒙古栎幼苗的株高、基径和主根长度均有明显下降,与种源地差异显著,而对红松幼苗生长的影响差异不显著;温度升高和降水增加或降水减少的交互作用使蒙古栎幼苗和红松幼苗总生物量下降,尤其是在温度升高与降水增加的条件下两种幼苗的生物量最小,分别比种源地下降了62％和20％.但统计分析表明,红松幼苗生物量在3个样地间没有显著差异.温度升高和降水变化均降低了两种幼苗的根冠比,而比叶面积没有显著差异.     

干旱胁迫下菊芋各器官生物量及物质分配规律

以红皮和白皮菊芋为研究材料,通过设置不同的灌水梯度,研究了干旱胁迫对菊芋各器官生物量及物质分配规律的影响。试验结果表明,干旱胁迫降低了红皮和白皮菊芋各器官的生物量;其中,50%灌水条件下两种菊芋的总生物量、地上生物量和地下生物量显著高于10%、20%、30%和40%;红皮菊芋根冠比随着灌水量的减少呈现逐渐增加的变化趋势,白皮菊芋呈现"升-降-升"的变化趋势,且在相同水分处理条件下红皮菊芋茎叶比和根冠比均高于白皮;红皮菊芋随着灌水量的降低根系贡献率呈现逐渐增加的变化趋势,叶片贡献率、块茎贡献率、花贡献率、叶柄贡献率、茎秆贡献率均呈现逐渐降低的变化趋势,白皮菊芋块茎贡献率、花贡献率随灌水量的降低呈现逐渐降低的变化趋势,其他各器官的贡献率随灌水量降低没有规律可循。     

温带草原7种针茅植物根系特征及其对环境因子变化的适应

为比较针茅(Stipa)植物适应策略,以大尺度梯度下(>1600 km)温带草原主要针茅植物为对象,系统研究了8个样点7种针茅根系生物量、根冠比、解剖结构和生理调节物质的差异及其对环境因子的适应。在由东北至西南的区域上,随降水量下降针茅植物根系的抗旱特征增强或适应策略趋于复杂,不同针茅植物根系对水分变化(或旱季和雨季)有着不同的适应策略。综合分析表明贝加尔针茅(S.baicalensis)、大针茅(S.grandis)及克氏针茅(S.krylovii)(多伦样点)的生长受干旱制约,对降水高度敏感,雨季降水促进其生物量快速积累。沙生针茅(S.glareosa)、短花针茅(S.breviflora)、戈壁针茅(S.gobica)、本氏针茅(S.bungeana)等通过增大根冠比和渗透调节物质累积等途径提高根系吸水和保水能力,抵御干旱胁迫。偏相关分析显示实验区域针茅植物根系性状与降水量和海拔高度存在显著的相关性。     

水分胁迫对大果沙枣光合特性及生物量分配的影响

选取大果沙枣1年生幼苗,盆栽于相对含水量分别为70%~75%(CK)、50%~55%(T1)、35%~40%(T2)和15%~20%(T3)的土壤中培养25 d,研究大果沙枣在水分胁迫下的光合特性变化和生物产量积累及其分配规律。结果显示:水分胁迫抑制了大果沙枣的光合作用,与对照相比,T2和T3处理导致净光合速率、叶片蒸腾速率和水分利用效率显著降低,气孔阻力、胞间二氧化碳浓度和叶绿素含量升高,而且光合午休明显,非气孔因素是干旱时大果沙枣净光合速率下降的主要原因;水分胁迫下,大果沙枣的生长受到抑制,地上部分和地下部分的干生物量积累同时降低,但地下干生物量降低的程度低于地上部分;干旱处理中,T3处理显著抑制大果沙枣的生长,但仍保持一定的生物量增加。结果表明:大果沙枣具有一定的自我调节与保护能力,在水分胁迫下大果沙枣趋于将更多的资源分配给根系,以提高根冠比而适应干旱的环境。     

Dynamics of root-shoot ratio and environmental effective factors of recovering Leymus chinensis steppe vegetation in Inner Mongolia, China

A field study was conducted to examine the relationships between the root-shoot ratio dynamics and the precipitation and temperature of the typical Leymus chinensis steppe recovering from grazing in Inner Mongolia, China. A former piece of pasture land that had been fenced off for 2 years was selected for the study, and aboveground and belowground biomass was collected from the study site along with local precipitation and temperature observations during the study period and was used in the analysis. The results indicated that 1) the seasonal change in both aboveground and belowground biomass in Leymus chinensis steppe demonstrated a pattern with a single peak occurring in August. 2) The root-shoot ratio showed a seasonal variation, with relatively high values at the beginning and the end of the growing season. The minimum ratio occurred in late August when the aboveground bio-mass reached its maximum. 3) The monthly root-shoot ratio was significantly correlated (p < 0.05) with the monthly precipitation two months ago, and with the mean temperature in the previous month. A regression model was built with the root-shoot ratio as the dependent variable, and precipitation and temperature as the independent variables. This regression could be used to model the monthly root-shoot ratio dynamics of Leymus chinensis steppe during the growing season.     

内蒙古温带草原区植被盖度变化及其与气象因子的关系

利用1982-1999年内蒙古地区NOAA/AVHRR的NDVI数字遥感影像,对内蒙古温带草原区植被盖度进行了反演,探讨了近20a来温带草原植被盖度的变化情况,并对植被盖度与不同组合方式的降水及气温数据进行了相关分析,探讨了植被盖度与气象因子的关系。结果表明:①近20a来温带草原植被盖度呈上升趋势,占总面积72%的草原植被盖度发生了增长,3种不同草原类型中典型草原盖度上升趋势最为明显;②温带草原生长季平均盖度、逐月盖度与降水成正相关关系,与气温呈负相关关系,其中降水对盖度的影响存在着时滞及累积效应;③3种草原类型植被盖度对气象因子的敏感性不同,荒漠草原植被盖度与气温和降水相关性最强,其次为典型草原与草甸草原。     

Small-scale species dynamics in semi-arid steppe vegetation in Inner Mongolia

Abstract. Small-scale species dynamics in semi-arid steppe vegetation under grazing and recovering from long-term grazing were followed during five years. Most species successively increased their frequency during the study period, whereas some early successional species decreased in frequency. Perennial Artemisia spp. dominated the vegetation and showed low mobility, whereas small annual or short-lived perennial species had a lower frequency and higher mobility. Significant associations between species were few.     

内蒙古草原大针茅群落地上生物量与降水量的关系

根据中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站在大针茅样地(面积500m×500m,地理坐标43°32′20″～43°32′40″N116°33′00″～116°33′30″E)的地上生物量与气候观测资料,利用SPSS分别进行大针茅群落地上生物量与年降水量、月降水量关键时期(4～6月份与6～8月份)降水量以及1～7月份总降水量的相关分析;对年降水量接近的1982、1983和1989年(分别为283.2mm,289.9mm,287.2mm)的地上生物量进行方差分析;运用积分回归模型模拟了降水的季节分配对群落生物量的影响。结果表明:(1)群落生物量的年际变化与年降水、月降水、关键时期降水(4～6月份和6～8月份)以及1～7月份降水量的变化没有显著的相关性(p>0.1);(2)在年降水量接近的年份,群落的地上生物量之间存在显著差异。降水量季节分配的变化对地上生物量的影响还有待于进一步研究。     

内蒙古荒漠草原植被盖度的空间异质性动态分析

利用半方差函数分析法对内蒙古荒漠草原生长盛期(6—8月)的植被盖度时空变异特征的研究表明,荒漠草原生长盛期的植被盖度半方差函数形态符合指数模型,但函数曲线的形态和各参数在不同月份变化较大。其中,6月的植被盖度变程最大,达到100 m;7月植被盖度的半方差函数形态具有巢式等级结构;8月植被盖度的变程最小,仅为15 m,但空间变异程度最高。3个月的结构比介于72%—85%,具有较强的空间自相关。各向异性分析表明,6月植被盖度在135°方向的半方差函数值明显低于其它3个方向(0°、45°、90°),具有各向异性特征;而7月和8月植被盖度的各向异性比接近于1,表现为各向同性。研究结果表明,荒漠草原植被盖度空间异质性的时间动态不容忽视,在野外采样或制图时,要根据时间合理控制采样范围。     

内蒙古羊草草原群落主要植物的热值动态

对内蒙古羊草草原主要植物种群的干重热值动态研究表明,热值随植物种类,植物部位,取样时植物所处物候期及气候条件的不同而变化,羊草草原主要植物种群地上部分热值的变动范围在15703－18141J／g之间,其中灌木小叶锦鸡儿（Caragang microphylla)的热值最高,禾草类植物的热值多数较高,而大多数杂类草的热值相对较低,主要植物种群地下部分热值的分布范围为15051－16410J/g。其中根茎型草地下部分热值较高。不同种类植物地下部分热值差异并不与地上部分一致,根茎型禾草地上、地下部分热值差异较小,而须根型植物差异较在,不同种群的植物地上部分热值随植物候期的不同而波动,其变化规律是与植物种群本身的生物学特性相联系的,不同植物种群热值的年际小 规律有所不同,羊草（Leymus chinensis)、大针茅（Stipa grandis)和洽草（Koeloria cristata)的年际热值波动相关显著。但与生长季降水量和生长季累积日照时数之间无明显相关性,在某种程度上,植物热值的 种内变化反映了植物生长状况的差异。     

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。     

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.     

内蒙古草原羊草物候与气象因子的关系

研究温带草原植物物候与气象因子变化的关系,对于提高草原净初级生产量和碳收支估算的精度,掌握放牧的时宜及其区域差异,具有重要的科学意义和实践价值.该文利用内蒙古草原7个牧业气象试验站1983～2002年的羊草物候观测数据,对返青和黄枯日期与气温和降水量的关系进行了统计分析.结果表明:(1)所有站点的年平均气温均呈显著升高的趋势,多数站点的年降水量呈不显著减少的趋势;同时,各站羊草返青期和黄枯期均以显著提前的趋势占优势,多数站点的生长季节(返青到黄枯的期间)呈缩短的趋势.(2)在区域尺度上,羊草返青日期与返青前一个月均温的负相关最为显著,气温每升高1℃,返青期约提前2.4d;在站点尺度上,森林草原区站点的羊草返青期早晚主要受返青前一个月均温(负相关)的影响,典型草原区站点的羊草返青期早晚主要受前一年10月或11月到返青期累积降水量(负相关)的影响,森林草原区最北部额尔古纳右旗的返青期早晚受返青前一个月均温和前一年10月到返青期累积降水量的共同影响.(3)在区域尺度上,羊草黄枯日期与黄枯前一个月均温的负相关最为显著,气温每升高1℃,黄枯期约提前3.7d;在站点尺度上,羊草黄枯期早晚与前期气温以负相关为主,与前期降水量以正相关为主.