内蒙古克氏针茅草原生态系统-大气通量交换特征

基于内蒙古克氏针茅草原生态系统的涡动相关观测资料和小气候梯度系统观测资料,对研究区碳通量和水热通量的日、季动态进行了研究.结果表明：克氏针茅草原生态系统生长季的碳通量日动态呈U型曲线,即日出前释放CO2,日出后开始吸收CO2,正午前后达峰值,午后吸收CO2减弱,日落后重新转为释放CO2;9月白天CO2吸收最为强烈,8月次之,10月最低.克氏针茅草原的感热和潜热通量的日动态均呈倒U型曲线,与碳通量日动态相反,即白天感热和潜热通量多为正值,夜间感热为负值,潜热接近于零;感热通量以5月最高,潜热通量以9月最高.冬季草地为弱碳源,CO2通量较小,夏季表现为明显的碳汇.     

内蒙古中东部草原贝加尔针茅、大针茅和克氏针茅的染色体核型分析

以内蒙古草原3种针茅属植物为材料,常规压片法制片后观察记录染色体数,并进行核型分析。实验结果表明: 贝加尔针茅、大针茅和克氏针茅细胞染色体数均为2n=44,属于2A核型,为二倍体。在3种针茅的染色体中,中部着丝粒染色体占大多数平均为62.1%,其次近中部着丝粒染色体平均为28.9%,近端部着丝粒染色体较少约为9.0%。在3种针茅的第五号染色体上均有随体,表明起源于同一祖先。虽然染色体核型均属于较对称型,但是染色体不对称系数随着3种针茅分布生境的干旱程度的增加而逐渐增加,可能是长期适应与进化的结果。     

内蒙古典型草原克氏针茅与冰草的生存策略

在内蒙古自治区多伦县中科院植物所生态恢复试验站,选择优势种克氏针茅(Stipa krylovii) 和冰草（Agropyron cristatum）,使用Li-6400便携式光合测定系统观测光合生理生态特征的生长季变化(DOY155-265)。结果表明：水分是本区域植物生长的最重要的限制因子。冰草与针茅受5cm和20cm表层土壤含水率的影响较大。水分是本区域植物生长的最重要的限制因子。冰草与针茅受5cm和20cm表层土壤含水率的影响较大。植物的光合速率和蒸腾速率受自身的气孔导度限制,光合速率和蒸腾速率随气孔导度的增大而增大,冰草这一特征较为明显,即冰草对环境响应更为敏感。作为优势种冰草和针茅的生态适应策略并不相同,针对当地现有环境条件,针茅更具生存优势。随着全球环境变化,干旱胁迫对草原生态系统产生了重大影响,使得这些地区成为响应环境变化的敏感区域,通过对半干旱温带草原优势种克氏针茅和冰草对光、水等环境资源的利用及之间的关系研究,有助于我们对全球环境变化提出本区域合适的应对策略。     

内蒙古克氏针茅草原净生态系统碳交换的物候特征及遥感监测

为准确遥感监测草原净生态系统碳交换(NEE)物候,利用内蒙古锡林浩特国家气候观象台2018—2021年的涡度相关系统和气象梯度观测系统观测数据,结合2018年1月1日至2021年12月31日的Sentinel-2卫星数据,分析克氏针茅草原NEE及其物候的变化规律,并探讨了NEE物候的遥感植被指数及阈值。结果表明：2018—2021年,研究区NEE呈季节性变化,4—10月为碳汇,其他月份为碳源,总体呈碳汇。碳吸收开始日期(SCUP)和结束日期(ECUP)的平均儒略日分别为第95天和第259天,碳吸收持续时间平均为165 d。光合有效辐射与日NEE呈极显著负相关,有助于草原生态系统吸收大气中CO₂。最佳阈值10%的红边叶绿素指数能够较好地捕捉SCUP,而最佳阈值75%的归一化植被指数则能较好地反映ECUP。研究结果可为草原生态系统碳源汇的遥感监测提供依据。     

内蒙古锡林郭勒克氏针茅退化草原土壤种子库特征

以内蒙古锡林郭勒地区克氏针茅(Stipa krylovii)草原不同退化等级群落为对象,研究克氏针茅退化草原可萌发土壤种子库特征.结果表明,随着草原退化程度的增加,不论是土壤总种子库还是持久土壤种子库,组成和密度均明显下降, 重度和极度退化草原土壤总种子库密度下降至仅为轻度退化草原的46.8%和11.1%.代表土壤总种子库的4月份取样, 轻度、中度、重度和极度退化草原各样地0～9 cm土壤种子库密度分别为2800、1278、1311和311粒·m-2;代表持久土壤种子库的6月底取样,4个样地土壤种子库密度分别为1667、967、334和167粒·m-2.多数植物土壤种子库主要分布在0～6 cm土层,各样地种子库密度随土壤深度的增加而减少,轻度、中度、重度和极度退化草原4月份0～6 cm土层种子库分别占总种子库(0～9 cm)的98.4、96.5、95.8 和85.7%.不同退化等级草原地上植被与土壤种子库的Sorensen相似性指数介于0.24～0.48.     

放牧对荒漠草原克氏针茅种群和土壤生态化学计量特征的影响

该研究选取内蒙古荒漠草原,设计无牧区(NG)、中度放牧(MG)、重度放牧(HG)3个处理,测定分析不同放牧强度处理5年后,优势植物克氏针茅以及土壤的C、N、P营养元素的化学计量特征及其协同关系,以揭示放牧生态系统养分循环的影响机制,为区域草地的利用以及修复提供理论依据。结果表明:(1)轻度放牧下荒漠草原的物种多样性均显著高于中度和重度放牧条件(P<0.05)。(2)土壤中C、N含量以及C∶N、N∶P、C∶P,均随着放牧强度的增加呈先升高后降低的变化趋势,土壤P含量随放牧强度的增加而升高。(3)随放牧强度增加,克氏针茅地上部分C含量降低,N、P含量以及N∶P先升高后降低,C∶P则先减少后升高;克氏针茅地下部分的C、N含量以及N∶P一直呈增加的趋势,P含量先减少后升高,而C∶N、C∶P则是与P含量规律相反。(4)与地上部分各元素含量相比,克氏针茅地下部分各元素含量及其比值与土壤中各元素含量的相关性更高,说明放牧条件下荒漠草原优势植物的根系与其所处的土壤环境具有一定的协同变化能力。     

围栏封育和自由放牧对克氏针茅草原植被空间异质性的影响

群落组成结构的异质性是群落动态的主要属性。本研究采用样线、样方调查方法,基于物种频度与幂函数法则,分析了内蒙古克氏针茅草原围栏封育和自由放牧条件下群落物种结构与空间异质性的变化。结果表明:在围栏外和围栏内不同利用方式下,物种均呈现集中分布;从水分生态型、生活型、生育型、种子传播型和植物科属等不同功能群类别来看,旱生植物和中旱生植物广泛分布,生活型以多年生草本植物为主,依靠重力传播种子的植物占有相对较大的比例,达到60%以上,禾本科、百合科、菊科和豆科等适牧植物具有相对优势;在围栏保护状态下,物种多样性增加,群落异质性降低,放牧退化草原开始向群落状况良好的草原类型演替。     

不同放牧强度下克氏针茅(Stipa krylovii)草原的根系特征

以呼伦贝尔克氏针茅草原不同放牧强度下的演替群落为对象,开展群落及其群落建群种的地下生物量和根系形态特征研究.结果表明:从轻度放牧到重度放牧,群落种类组成和根系功能群类型趋于简单化;群落地下生物量的空间分布形态呈“T”型;不同放牧强度下草原群落的建群种出现了明显替代现象,轻度放牧样地群落建群种为密丛型根系的克氏针茅,中度放牧为疏丛型根系的糙隐子草(Cleistogenes squarrosa,重度放牧为鳞茎型根系的碱韭(Allium polyrhizum);随着放牧强度的增大,群落建群种根冠比逐渐增加,分别为0.47、1.0、4.1,并且群落建群种根系数量、根系体积、根系生物量、比根长及根长密度等各指标均发生了明显变化.另外,3种放牧强度样地群落建群种根冠比、根长密度均与土壤速效氮含量呈现显著正相关(P＜0.05).     

内蒙古中东部草原区克氏针茅形态特征和RAPD遗传分化的相关性研究

以分布在内蒙古锡林郭勒盟东部草甸草原、中部典型草原和中西部荒漠化草原的4个克氏针茅种群为研究对象,采用形态学标记和RAPD分子标记相结合的方法进行遗传分化研究。结果表明：（1）无论是用形态学数据所得欧氏遗传距离矩阵还是用RAPD所得无偏差的Nei’s遗传距离矩阵,与种群分布的地理距离之间均不存在显著的相关关系,说明克氏针茅种群遗传分化受自然选择的影响。（2）种群之间存在显著的形态分化和遗传分化（p<0.05）。（3）对形态学数据所得欧氏遗传距离矩阵和RAPD所得Nei’s无偏差遗传距离矩阵进行Mantel检验所得结果不显著,表明对克氏针茅形态分化和遗传分化起主要作用的选择力是不完全相同的。     

内蒙古中东部草原不同生境克氏针茅（Stipa krylovii Roshev.）种群的形态差异分析

对内蒙古中东部草原分布的克氏针茅进行了种群内和种群间的形态差异分析。结果表明：（1）种群内不同的形态性状存在不同程度的差异;（2）种群间生殖枝中的一部分形态性状以及营养枝高度和营养枝干重均存在较大差异;（3）每穗小花数、每穗籽粒数、每穗小穗数、生殖枝高、穗干重、生殖枝干重、每穗种子重、种子重/生殖枝重比等性状的变化趋势相同,均表现为随生境条件变差而增加,即在生殖上投入增加以增大适合度;（4）主成分分析表明穗长、种子重/生殖枝重比、每穗小花数、每穗籽粒数、生殖枝高、基盘长、第二芒柱长、营养枝高、千粒重、芒针长是不同种群差异的主要指标。这些形态性状的差异可以看作克氏针茅对不同生境的适应性表现。     

RAPD analysis of genetic diversity and population genetic structure of Stipa krylovii Reshov. in Inner Mongolia steppe

Random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis was used to characterize the genetic diversity and population genetic structure of Stipa krylovii populations in Inner Mongolia steppe of North China. Thirteen 10 bp oligonucleotide primers, which generated 237 RAPD bands, were used to analyze 90 plants of five populations from three regions, meadow steppe, typical steppe and desert steppe, from the east to the west. The genetic diversity of Stipa krylovii that was revealed by observed number of alleles (na), expected number of alleles (ne), Nei's diversity index (h), Shannon's diversity index (H), amplificated loci, polymorphic loci and the percentage of polymorphic loci (PPB) increased from the east to the west. The Pearson's correlation analysis between genetic diversity parameters and ecological parameters indicated that the genetic diversity of Stipa krylovii was associated with precipitation and cumulative temperature variations along the longitude (humidity were calculated by precipitation and cumulative temperature). Dendrogram based on Jaccard's genetic distance showed that the individuals from the same population formed a single sub-group. Although most variation (56.85%) was within populations, there was high genetic differentiation among populations of Stipa krylovii, high differentiation within and between regions by AMOVA analysis. Either Nei's unbiased genetic distance (G(ST)) or gene flow (Nm) among pairwise populations was not correlated with geographical distance by Mantel's test (P > 0.05), suggesting that there was no consistency with the isolation by distance model in these populations. Natural selection may have played a role in affecting the genetic diversity and population structure, but habitat destruction and degradation in northern grassland in China may be the main factor responsible for high genetic differentiation among populations, within and among regions.     

刈割对克氏针茅草原群落优势与亚优势植物的影响

基于内蒙古中部克氏针茅草原长期刈割试验,分析了不同留茬高度下克氏针茅草原植物群落中5个优势及亚优势种地上生物量和群落稳定性的变化.结果表明:留茬高度在10cm以上时对5种植物地上生物量的影响较小.留茬高度为10 cm适于冷蒿生长,而不利于克氏针茅的生长.糙隐子草在留茬高度为2 cm时表现最佳.黄囊苔草对群落的贡献在留茬高度为5 cm时最大,此时其生物量与刈割年限呈正相关.留茬高度为2和15 cm不利于星毛委陵菜生长.植株较高、竞争力强的多年生植物对干扰的耐受能力较强,刈割的留茬高度不低于10cm时,有益于维持草原生态系统的稳定性.     

RAPD analysis of genetic diversity and population genetic structure of Stipa krylovii reshov. in Inner Mongolia steppe

Random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis was used to characterize the genetic diversity and population genetic structure of Stipa krylovii populations in Inner Mongolia steppe of North China. Thirteen 10-bp oligonucleotide primers, which generated 237 RAPD bands, were used to analyze 90 plants of five populations from three regions, meadow steppe, typical steppe and desert steppe, from the east to the west. The genetic diversity of Stipa krylovii that was revealed by observed number of alleles (na), expected number of alleles (ne), Nei’s diversity index (h), Shannon’s diversity index (H), amplificated loci, polymorphic loci and the percentage of polymorphic loci (PPB) increased from the east to the west. The Pearson’s correlation analysis between genetic diversity parameters and ecological parameters indicated that the genetic diversity of Stipa krylovii was associated with precipitation and cumulative temperature variations along the longitude (humidity were calculated by precipitation and cumulative temperature). Dendrogram based on Jaccard’s genetic distance showed that the individuals from the same population formed a single subgroup. Although most variation (56.85%) was within populations, there was high genetic differentiation among populations of Stipa krylovii, high differentiation within and between regions by AMOVA analysis. Either Nei’s unbiased genetic distance (G _ST) or gene flow (Nm) among pairwise populations was not correlated with geographical distance by Mantel’s test (P > 0.05), suggesting that there was no consistency with the isolation by distance model in these populations. Natural selection may have played a role in affecting the genetic diversity and population structure, but habitat destruction and degradation in northem grassland in China may be the main factor responsible for high genetic differentiation among populations, within and among regions. The text was submitted by the authors in English.     

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.     

内蒙古温带荒漠草原生态系统水热通量动态

基于2008年全年内蒙古温带荒漠草原的水热通量观测数据,对荒漠草原水、热通量的日、季动态进行了分析.结果表明：温带荒漠草原感热通量和潜热通量的日动态均呈单峰型曲线,在12:00-13:30左右达最大值,其与地表净辐射的日变化趋势基本一致,但感热和潜热的峰值出现时间较地表净辐射峰值出现时间滞后约1 h;温带荒漠草原感热通量和潜热通量的日累积最大值分别为319.01和425.37 W·m^-2,分别出现在5月30日和6月2日;月均感热通量与潜热通量的最大值分别出现在5月和6月,最小值分别出现在1月和12月.研究区土壤含水量与降水的相关性较好,表层土壤含水量对降水的反应最敏感,深层土壤水分对降水的反应存在位相滞后.感热通量和潜热通量的季节动态与地表净辐射基本一致,均受降水影响.感热通量受地表净辐射的影响明显,而潜热通量对降水的反应较敏感,且土壤含水量在潜热通量中起主要作用.     

Genetic Diversity and Population Differentiation of the Dominant Species Stipa krylovii in the Inner Mongolia Steppe

Random amplified polymorphic DNA was used to assess the level of genetic diversity and genetic structure of Stipa krylovii (Gramineae), an important dominant species in the northern grasslands of China. Genetic diversity was low within S. krylovii populations, and diversity at the population level was associated with precipitation and cumulative temperature variations. There was much genetic differentiation among populations and among habitats as well. A Mantel test indicated no significant correlation between genetic distance and geographic distance of populations. A nonmetric multidimensional scaling analysis revealed some spatial relationships among the 90 individuals in a two-dimensional plot. Habitat fragmentation and degradation throughout the geographic range of S. krylovii could account for the low genetic diversity and high genetic differentiation of the species. Such information will be useful for conservation managers trying to plan an effective strategy to protect this important species.