放牧干扰下高寒草甸物种、生活型和功能群多样性与生物量的关系

为明晰放牧强度对高寒草甸物种、生活型以及功能群多样性和生物量的时间累积作用以及对多样性与生物量之间相互关系的影响。选择青藏高原东北缘高寒草甸,在6个放牧强度样地连续4 a(2012—2015)进行物种、生活型、功能群多样性和生物量调查。采用重复测量方差分析和线性回归法分析放牧强度和放牧年份对物种、生活型、功能群多样性以及多样性与生物量之间的相关关系的影响。结果表明:(1)放牧强度和放牧年份均对生物量产生显著影响。随放牧强度增加,生物量显著降低。但随放牧年份延长,不同放牧强度区生物量无一致的变化规律。(2)放牧年份对物种、生活型和功能群丰富度、均匀度和优势度的影响均达到显著水平。但放牧强度和放牧年份只对物种丰富度产生交互作用,放牧强度对物种丰富度的影响具有时间的累积效应。(3)放牧干扰下不同层次多样性,仅物种丰富度与所有多样性指数显著相关,物种丰富度可以作为物种多样性测度的代表性指标。(4)多样性与生物量关系的研究,对丰富度而言,仅低放牧强度样地(Plot2)中物种丰富度随生物量增加而显著降低,其余放牧强度样地的物种、生活型和功能群丰富度均与生物量无关。对均匀度而言,高放牧强度样地(Plot4、Plot5、Plot6)生活型均匀度随生物量的增加而显著降低。对优势度而言,高放牧强度样地生活型优势度随生物量的增加而显著增加。生活型多样性可作为放牧干扰下生物量变化快速预测的有效指标。     

青藏高原高寒草地植物物种丰富度及其与环境因子和生物量的关系

在青藏高原进行了大范围的群落调查 ,研究高原的两种主要草地群落类型———高寒草甸和高寒草原的植物物种丰富度及其变化。结果表明 :(1)在 5 0个样地 2 5 0个 1m× 1m的样方中 ,共出现 2 6 7种植物 ,其中高寒草甸179种 ,高寒草原 135种。在高寒草甸 ,1m2 样方内物种数最多为 32种 ,最少的仅为 3种 ;在高寒草原 ,物种数最多为 18种 /m2 ,最少的仅为 2种 /m2 。 (2 )物种丰富度随经度和纬度的增加呈增加趋势 ;随海拔的上升呈减少趋势。对物种丰富度与环境因子之间进行逐步回归 ,发现物种丰富度与生长季降水和温暖指数呈显著正相关。 (3)物种丰富度与地上生物量呈显著正相关。     

放牧干扰下高寒草甸物种多样性指数评价与选择

在青藏高原东北缘高寒草甸设置6个放牧强度样地,连续4年研究10个多样性指数(Richness和Abundance 2个实测指数,优势度指数、均匀度指数、丰富度指数和综合指数各2个)对放牧强度和年限影响植物群落的解释能力.结果表明: 相对于重要值,利用多度计算的多样性指数对放牧干扰更敏感.优势度指数(Berger-Parker、Dominance)与放牧强度和年限均无关,不能将放牧干扰对群落优势种的影响有效区分.均匀度指数(Equitability、Evenness)均与放牧强度无关,但Evenness指数与放牧年限呈显著负相关,不受偶见种影响且与物种多度的变异系数呈显著正相关,在基于时间尺度的均匀度比较中可以选择Evenness指数.丰富度指数(Menhinick、Margalef)均与放牧年限无关,但Margalef指数与放牧强度呈显著正相关,且不受偶见种影响.综合指数(Shannon、Simpson)均与放牧强度无关,但Shannon指数与物种丰富度和多度呈显著正相关,且随放牧年限增加而显著升高,不受偶见种影响,Shannon指数可用于在长时间尺度下比较物种多样性变化.在所有多样性指数中,只有实测物种丰富度和多度均与放牧强度呈显著负相关,与放牧年限呈显著正相关,且不受偶见种影响,故实测物种丰富度和多度相结合可作为放牧干扰下多样性比较的首选指标.此外,多样性指数选择须考虑放牧干扰的强度与时间特征、多样性组分和研究目的.     

高寒草甸植物群落中物种丰富度与生产力的关系研究

 以物种组成较为复杂的青藏高原东部地区典革高寒草甸植物群落为背景,从不同的时间和空间尺度水平研究了植物群落中物种丰富度与生产力（地上部生物量）关系的基本模式。结果表明：1）总体而言,高寒草甸植物群落中物种丰富度与生产力的关系呈对数线性增加关系,这实际上是空间和时间尺度放大时在时间和空间尺度的相互作用下高寒草甸植物群落中物种丰富度与生产力关系的一种总体模式;2）随着研究的时间和空间尺度的改变,物种丰富度与生产力的关系会发生一些相应的变化,但空间尺度比时间尺度对物种丰富度与生产力的关系造成的影响更为显著,这可能     

施肥和放牧对青藏高原高寒草甸物种丰富度的影响

在草地生态系统中, 施肥通常会导致生物多样性下降, 但是关于引起生物多样性下降的机制还存在着很大的争议。该研究基于一个4年的施肥实验, 试图通过个体大小的不整齐性和单位植物氮含量, 定性地揭示青藏高原东部高寒草甸施肥后多样性下降的原因。研究显示: 在封育地, 施肥致使个体大小不整齐性增加了15%, 并不同程度地增加了物种的高度。同时, 施肥使物种间单位植物氮含量存在显著差异的数目降低了65%。施肥后光竞争加剧, 导致大个体植物排斥小个体植物, 进而引起了物种丰富度下降29.6%。与封育地不同, 放牧地施肥并没有改变个体大小不整齐性和物种的高度, 而是使物种间单位植物氮含量存在显著差异的数目增加了11.4%。施肥并没有改变放牧地的光竞争强度, 而是增加了物种间对土壤营养元素氮的竞争强度, 进而引起了物种丰富度下降17.3%。该研究还发现, 放牧施肥地的物种丰富度下降速度和等级显著低于封育施肥地的物种丰富度下降速度和等级, 这表明放牧减缓了施肥对物种丰富度的影响力。     

高寒草甸植物群落中相似性、物种多样性与地上生物量的年际变异性

相似性似说通过物种构成的相似性来解释物种丧失是如何影响生物量的变异性的,但还没有得到检验。本研究通过设置在青藏高原东部地区的高寒草甸植物群落中的74个永久样方．采集3年(1999～2001)植物生长高峰期的群落数据,试图检验物种构成的相似性是如何解释物种多样性对地上生物量年际变异性的影响。结果表明：随着物种丰富度增加,生物量变异性降低;而随着均匀度的增加,生物量的变异性尽管在均匀度中等程度时似乎保持在同一水平,但总体上呈下降趋势;物种构成上的相似性解释了地上生物量变异性的大部分,而且随着物种构成上的相似性的增加,生物量的变异性降低;物种丰富度和均匀度均与物种构成上的相似性没有显著相关关系。这些结果表明：尽管生物多样性的丧失可能不必导致物种丰富群落中物种构成上的相似性,但相似性与地上生物量的变异性的因果联系可能是稳健的．由于本研究是在自然群落中进行的,对物种构成的相似性没有进行直接控制,因此,要深入理解相似性是如何影响生物多样性对生态系统功能变异性的效应的机制,可能还需要直接对物种构成的相似性进行控制的实验研究。     

青藏高原高寒草甸植物群落物种组成和生物量沿环境梯度的变化

生物多样性与生态系统功能的关系及其机制是生态学领域的重大科学问题. 人们越来越关注环境因子对多样性-生产力关系的影响. 植物群落组成、物种丰富度、物种特征、生物量的分布结构和植物枯枝落叶对高寒草甸物种多样性和生产力有着重要的影响. 因此, 我们利用2001~2004年中国科学院海北生态系统定位站高寒草甸群落的实测资料, 研究了不同环境梯度(土壤含水量和营养)下, 植物群落生物量, 物种丰富度及组成的变化. 结果表明, 植物群落物种组成的不同反应在生物量的分布上, 以藏嵩草为优势种的藏嵩草沼泽化草甸群落总生物量(地上、地下)最高(13196.96±719.69 g/m²), 次之是以杂类草和莎草科为主的小嵩草草甸(2869.58±147.52 g/m₂), 以禾本科和杂类草为主的矮嵩草草甸最低(2153.08±141.95 g/m²). 藏嵩草沼泽化草甸中, 草本植物枯枝落叶显著高于小嵩草、矮嵩草草甸, 土壤含水量对草本植物枯枝落叶有较大的影响. 不同类型草甸群落中, 地上生物量与土壤有机质、全氮和群落盖度之间均呈显著正相关(P < 0.05); 藏嵩草沼泽化草甸中, 总生物量与物种丰富度呈负相关(r_s = -0.907, P < 0.05)、地下生物量与土壤含水量呈正相关(r_s = -0.900, P < 0.05); 而在小嵩草和矮嵩草草甸中它们之间均没有达到显著水平, 说明不同类型高寒草甸群落生产力除受物种多样性、功能群内物种密度和均匀度的影响, 同时也受物种本身特征和外部环境资源的影响. 不同类型草甸群落生物量的分布与土壤含水量和土壤养分的变化相一致.     

高寒草甸不同草地群落物种多样性与生产力关系研究

生态系统的结构和功能、生物多样性与生产力的关系问题是近年来群落生态学中研究的中心问题,其中,生态系统生产力水平是其功能的重要表现形式,用4种不同草地类型探讨自然群落的物种多样性与生产力关系.结果表明,矮嵩草草甸、小嵩草草甸和金露梅灌丛群落中物种多样性与生产力的关系呈线性增加关系,藏嵩草沼泽化草甸群落中线性增加关系不显著,这表明群落生产力除受物种多样性的影响外,也受物种本身特征和环境资源的影响.不同的环境资源和环境异质性是形成群落结构特征、物种多样性分布格局差异的主要原因之一.     

牦牛放牧率对小嵩草高寒草甸暖季草场植物群落组成和植物多样性的影响

两年的牦牛放牧试验结果表明:在暖季草场,随着放牧率的提高,禾草和莎草类功能群的盖度、生物量及其组成与高度减小,它们与放牧率呈显著的负相关 P<0.05 可食杂草和毒杂草类功能群的盖度、生物量及其组成与高度增加,它们与放牧率呈显著的正相关 P<0.05 各功能群的盖度与生物量之间是显著的正相关关系 P<0.05 .对照草地由于没有牦牛的采食,群落由少数优势种植物所统治,群落结构趋于简单,物种组成贫乏,物种多样性和均匀度指数最小;轻度放牧牦牛选择采食对植物群落的影响较小,群落的物种丰富度指数、均匀度指数和多样性指数均不高;中度放牧提高了资源的利用效率,增加了群落结构的复杂性,草地的物种丰富度指数、均匀度指数和多样性指数均最高,该结果支持 中度干扰理论 ;重度放牧由于牦牛采食过于频繁,改变了植物的竞争能力,导致植物种的均匀度下降,多样性减少.不同放牧率草地群落的物种数 S 、丰富度指数 Ma 、多样性指数 Shan-non-Wiener指数H′和Simpson指数D 、均匀度指数 Pielow指数J′ 的排序为:对照<轻度放牧<重度放牧<中度放牧,优势度指数 Berger-Parke指数 的变化趋势则与之相反.     

放牧对青藏高原东缘高寒草甸群落27种植物地上生物量分配的影响

通过对比研究青藏高原高寒草甸27种植物群落组分种在放牧和长期排除放牧生境中的生物量分配差异,试图揭示长期放牧干扰对植物生活史对策的影响.结果表明:(1)放牧对群落物种个体生物量大小和生物量分配有着显著的影响;(2)总体来看:多数物种(24)放牧生境中的平均个体生物量明显小于禁牧地中的平均个体生物量;而多数物种在放牧后(23种)繁殖分配明显增加;茎分配有增有减(15减小12种增加);叶分配呈减小趋势(20种减小7增加).(3)放牧的影响在不同物种间和功能群间都存在着明显的差异.放牧使毒草茎分配减小叶分配增加,繁殖分配几乎不受影响;豆科和杂草繁殖分配增加,茎分配和叶分配减小,其中豆科两个种的生物量分配变化都不显著;禾草叶分配减小,繁殖分配和茎分配增加; (4)在群落水平上,放牧使繁殖分配和叶分配增加,茎分配减少.     

放牧作用下高寒草甸群落物种分布与土壤因子的关系

以青藏高原东北缘高寒草甸为对象,研究不同放牧强度下植物群落和土壤因子的变化,以及群落物种分布与土壤物理结构和化学养分因子的定量关系.结果表明: 放牧导致优势种为垂穗披碱草和大针茅的原植物群落发生分异,高强度放牧样地优势种变为矮生嵩草和阴山扁蓿豆,低强度放牧样地变为垂穗披碱草和冷地早熟禾.随放牧强度增加,物种丰富度、重要值和生物量均显著降低.各放牧强度样地重要值的物种序列均可用对数模型进行拟合;随放牧强度增加,植物重要值累积到占整个群落重要值50%时,需要的物种数降低.土壤速效P、速效K、紧实度、含水量、稳定入渗速率和大团聚体指标随放牧强度显著变化,但变化规律不一致.CCA排序表明,土壤紧实度是放牧作用下影响群落物种分布格局的最关键因子.方差分解表明,土壤因子共解释群落物种分布变异的30.5%,其中土壤物理性状单独解释群落物种分布的22.8%,对群落物种分布的贡献率最高,主要影响放牧干扰下高寒草甸植物群落物种的分布格局.     

放牧强度对高寒草甸土壤理化性状和植物功能群的影响

为明晰放牧强度对植物功能群落的物种分布特征和土壤理化性状的影响。在青藏高原东北缘高寒草甸设置6块放牧强度样地开展试验。采用多元排序和方差分解等方法,分析放牧强度作用下植物功能群落物种分布与土壤物理结构和化学养分因子的定量关系。结果表明:(1)随放牧强度增加,禾本科、莎草科和多年生杂类草植物群落的物种丰富度、盖度和实际重要值均显著降低,而一年生杂类草无显著变化。(2)对于土壤化学养分,不同放牧强度区,土壤速效钾、全氮和有机质含量均随土层深度的增加而降低,土壤速效磷在不同放牧强度区变化规律不一致。随放牧强度增加,土壤速效钾和全氮含量增加,而土壤速效磷和有机质含量无明显变化。(3)对于土壤物理性状,不同放牧强度区,随土层深度增加,土壤紧实度和容重均增加,而土壤含水量和通气孔隙度均降低。随放牧强度增加,0—30 cm各土层深度的土壤紧实度和容重均增加,土壤含水量和通气孔隙度均降低。(4)以功能群为基本单元对植物群落进行方差分解得出,土壤物理性状可单独解释群落功能群分布总方差的58.10%。(5)基于物种尺度对不同功能群落与环境因子进行定量研究表明,土壤紧实度是决定每种功能群物种分布格局的最主要因子。禾本科、莎草科和多年生草本植物均受土壤物理性状的显著影响,贡献率分别为26.3%、31.0%和16.5%。而一年生草本植物不受土壤物理和化学性状的显著影响。综上所述,放牧强度对土壤化学性状的影响具有不确定性,而对土壤物理性状和群落特征的影响具有确定性。土壤物理结构性状主导了高寒草甸植物功能群落的物种分布格局。     

青藏高原矮嵩草草甸地下和地上生物量分配格局及其与气象因子的关系

基于2006—2015年青海海北站10年生物量及气候因子监测数据,分析了青藏高原高寒矮嵩草草甸生物量的季节及年际动态,并探讨了气候因子对其影响。结果表明:(1)季节尺度上,高寒矮嵩草草甸地上生物量表现为单峰变化曲线,8月为其峰值点,为(345.72±27.01) g/m~2,代表了高寒草甸的地上净初级生产力。而地下根系的现存量变化较为复杂,其中5—7月呈现持续上升趋势,8月快速下降,之后9月份急剧,且各月份之间未达到显著水平(P0.05);年际尺度上,10年间高寒矮嵩草草甸地上生物量整体呈现波动增加趋势,2014年为其峰值点,达(437.12±32.01) g/m~2。地下生物量呈现波动性变化,变异较大,10年间平均值为(2566.99±138.11) g/m~2;(2)高寒草甸光合产物分配主要分布在地下,80%地下根系生物量分布于地表0—10 cm土层,且不同土层根系生物量占总地下生物量的比值在不同月份较为稳定。(3)气候因子中,大气相对湿度是影响高寒草甸地上生物量大小的主要因素;而气候因子对地下根系生物量的影响极为微弱。研究表明,高寒嵩草草甸对环境变化具有较高的自我调节能力,且高寒草甸的演化受制于人类干扰,而非气候变化。