内蒙古克氏针茅草原植物物候及其与气候因子关系

 植物物候作为气候变化敏感的生物圈指示计, 已经成为全球变化研究的热点。利用1985~2002年地面物候观测数据, 构建了内蒙古克氏针茅(Stipa krylovii)草原植物物候的时间序列谱, 并分析了植物物候的时间变异与气候因子之间的相关关系。结果表明: 1) 从1985~2002年内蒙古克氏针茅草原的气候朝着暖干趋势发展, 主要表现在春、夏气温的显著性增加与秋季(9月)降水的显著性减少; 2) 主要植物物候的变化整体呈返青期推后其它物候期提前趋势; 3) 植物生长盛期(7、8月)对气候变化最敏感; 4) 光照和温度是影响内蒙古克氏针茅草原植物物候格局的主要因素, 年内最寒冷的1月月均温和2、3月的光照对春季返青期具有负效应, 而其它物候期与7、8月的光照则呈显著的负相关关系, 6、7月的降水对发育盛期的花序形成、抽穗与开花具有显著的负效应, 8、9月的降水量能显著推后枯黄期的结束, 从而有利于生长季的延长。     

降水量季节分配对克氏针茅草原群落初级生产力的影响

本文根据克氏针茅草原群落初级生产力连续１４年的定位观察资料,分析了降水量及其季节分配对群落初级生产力力年度波动的影响,并应用积分回归模型,计算出１－８月各旬降水量对群落初级生产力的影响系数。结果表明：降水量的年度变化及其季节分配直接导致了克氏针茅草原群落初级生产力的年度波支１月上旬至４月上旬６旬至８月下旬的旬降水量对群落初级生产力均具有正效应。是植物对水分需求的两个关键时期。其中,１月上旬至４月上     

克氏针茅草原植物叶片性状对放牧强度的响应

放牧干扰是影响草地植物性状的方式之一,植物叶片性状能够客观反映植物对生长环境的适应性.本文以呼伦贝尔克氏针茅草原不同放牧强度的样地为研究区,探讨叶片性状间的相互关系及在不同放牧梯度上和不同生活型功能群之间的变化规律.结果表明:克氏针茅草原植物的主要叶片性状在不同生活型植物之间差异均不显著,但是各个性状之间的相关性较强.在放牧梯度上,重度放牧样地上叶片磷含量和氮磷比值与中度放牧区和轻度放牧区有显著差异;在生活型功能群分类中,放牧对多年生杂草的叶片磷含量和氮磷比值有显著影响,表明多年生杂草对放牧较为敏感,重度放牧改变了植物养分利用策略.合理放牧可以改善克氏针茅草原植物养分性状并有利于遏制草原的退化.     

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.     

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10 cm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10 cm时,有益于维持草原生态系统的稳定性.     

内蒙古克氏针茅草原土壤异养呼吸对土壤温度和水分变化的响应

土壤异养呼吸在野外自然条件下除受温湿度影响外, 还受其他多种因子的综合影响, 很难利用野外观测数据确定土壤异养呼吸对温湿度变化的响应方程形式, 以及温湿度间是否存在交互作用。该研究在严格控制温湿度的条件下对内蒙古克氏针茅(Stipa krylovii)(西北针茅(Stipa sareptana var. krylovii))草原土样进行室内培养实验, 旨在解决上述问题。该研究的正交实验包括5个温度梯度(9、14、22、30、40 ℃)和5个湿度梯度(土壤持水力(water holding capacity, WHC)分别为20%、40%、60%、80%、100%)。室内培养实验持续71天, 土壤异养呼吸速率测定为2天(后期为1周)一次, 土壤可溶性有机碳和微生物生物量碳含量测定约为18天一次。研究结果显示: 土壤异养呼吸与温度呈显著正相关(p < 0.001)且温度间差异显著(p = 0.001), 呼吸温度敏感性(Q₁₀)与土壤水分含量呈正相关(p < 0.001); 呼吸与土壤水分二项式拟合效果较好, 在80% WHC时呼吸速率最大, 且最适湿度随温度上升而增加。土壤温度和水分的交互作用显著(p < 0.05), 土壤异养呼吸最适响应方程为lnRh = 0.914 + 0.098T + 0.046M + 0.001TM - 0.002T² - 0.001M² (Rh为异养呼吸, T为温度, M为湿度), 这说明加和形式的温湿度响应模型可能优于乘积形式。微生物生物量碳与土壤异养呼吸的相关性随培养时间发生变化, 土壤可溶性有机碳与土壤异养呼吸无显著相关(培养第20天除外), 原因可能是培养期间微生物死亡或群落结构改变导致微生物总体代谢活性的变化。     

模拟氮沉降对克氏针茅草原土壤有机碳的短期影响

为更好地了解天然草地土壤有机碳对氮沉降增加的响应,2011年在内蒙古太仆寺旗的克氏针茅(Stipa krylovii)草原上开展了模拟氮沉降的控制实验,设置对照(CK)和5个模拟氮沉降(NO-3)处理,分别为2(N1)、5(N2)、10(N3)、25(N4)和50 g N m-2a-1(N5)。生长季末,采集每个样地中0—2 cm和2—10 cm深度土壤进行有机碳含量及组成的分析,并进行实验室矿化培养。结果表明,土壤颗粒态有机碳(POC)对氮添加响应敏感,N1和N2处理下的POC含量高于CK,N3、N4和N5处理则低于CK。5个模拟氮沉降处理下的矿质结合态有机碳(MOC)含量均高于对照,但差别不显著。不同氮沉降水平下0—2 cm土层的碳矿化潜势为N2N1N4N3CKN5,且N1,N2,N3和N4处理均显著高于CK和N5;2—10 cm土层的碳矿化潜势为N2N1N3CKN4N5,N1、N2和N3显著高于CK、N4及N5。不同施氮处理对群落净第一性生产力有明显影响,N5的净第一性生产力和地上生物量显著低于对照和其它施氮处理,N1的0—10 cm地下生物量显著高于对照和其它处理,N5的凋落物量显著高于对照。模拟氮沉降短期内对土壤总有机碳(SOC)含量无显著影响。     

放牧影响下克氏针茅草原不同物候期土壤酶活性与微生物生物量的变化

研究了内蒙古呼伦贝尔克氏针茅草原不同放牧强度下土壤脲酶、脱氢酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性及土壤微生物生物量在不同物候期的动态变化。结果表明,返青期、抽穗期、开花期及种子成熟期中度放牧区土壤脱氢酶活性显著高于轻度放牧区(P0.05);返青期、抽穗期、开花期以及种子成熟期,轻度、中度放牧土壤中过氧化氢酶活性显著高于重度放牧梯度(P0.05)。轻度放牧区土壤微生物生物量碳在种子成熟期显著高于抽穗期(P0.05),土壤微生物生物量氮在抽穗期及种子成熟期显著高于返青期、开花期(P0.05);中度放牧区土壤微生物生物量碳在返青期显著高于抽穗期、开花期及种子成熟期(P0.05),土壤微生物生物量氮在返青期显著高于抽穗期、开花期及种子成熟期(P0.05);重度放牧区种子成熟期土壤微生物生物量碳显著高于返青期、抽穗期及开花期(P0.05),种子成熟期土壤微生物生物量氮显著高于返青期、抽穗期及开花期(P0.05)。相关性分析表明,土壤过氧化氢酶活性与土壤微生物生物量氮呈显著正相关,土壤微生物生物量碳与微生物生物量氮呈极显著正相关。     

自然条件下大针茅草原几种主要植物氮、磷、钾、铁含量的季节动态

1．禾草与非禾草植物粗蛋白质含磷量季节动态有共同趋势。在生长期5—10月有两个高峰值,即双峰型,第一次是返青后,另一次是雨季后。其含量的动态特征与其生长发育节律有关。由于降水影响其生长发育节律,故含量动态与气候条件有关。植物中粗蛋白质含量与含磷量成直线回归关系。 2．禾草与非禾草植物灰分含量动态有不同特点。禾草植物灰分含量为“浓缩型”,后期较高,但其变幅不像氮、磷那么大。而非禾单植物动态不甚明显。 3．目前这种季节打草所贮干草其含磷量缺乏是显而易见的。     

克氏针茅草原土壤生态化学计量特征对放牧强度的响应

生态化学计量学是研究生态系统中各元素间平衡的科学,对于探究土壤有机碳（C）、全氮（N）、全磷（P）元素循环以及土壤养分限制状况具有重要意义。为了解克氏针茅（Stipa kirschnii）草原土壤生态化学计量特征,以内蒙古克氏针茅草原区为研究对象,在不同放牧强度草场进行采样分析。结果表明：随着放牧强度的增加,C、P含量先降低后升高,N含量先升高后降低;土壤C/N先降低后升高、C/P逐渐升高、N/P先升高后降低。C/N随着放牧强度的增加与有机碳相关性逐渐增大、与全氮的相关性逐渐减小;轻牧区的C/P受有机碳作用有所增强;中牧区N/P受全氮作用增强。C/N主要限制因素是有机碳含量,C/P和N/P主要限制因素是全磷含量。不同放牧强度会影响土壤化学计量比与其他物质的关系,也会改变土壤化学计量比各制约因素的强度。     

放牧和围封条件下克氏针茅草原土壤种子库的比较

应用幼苗萌发法对比研究了我国北方农牧交错区克氏针茅(Stipa krylovii)草原在放牧和围封条件下土壤种子库的差异。围封样地的土壤种子库中记录有16个物种,其中禾草类6种,非禾草类10种;若以生活型划分,则全部为多年生植物;若以单子叶或双子叶植物划分,则单子叶植物9种,双子叶植物7种。放牧样地的土壤种子库中记录有13个物种,其中禾草类4种,非禾草类9种;多年生植物12种,一二年生植物1种;单子叶植物5种,双子叶植物8种。放牧样地土壤种子库的密度为(3 664±1 087)粒·m^-2,围封样地土壤种子库的密度是(5 139±1 848)粒·m^-2,差异显著。采用Sorensen指数计算土壤种子库与地上植被的物种相似性,围封样地和放牧样地分别是0.711 1和0.611 1。两个地点的全部种子中, 81.0%属于冷蒿(Artemisia frigida)、克氏针茅、星毛委陵菜(Potentilla acaulis)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)和砂韭(Allium bidentatum)5种优势植物,16.2% 属于二裂委陵菜(P. bifurca)、菊叶委陵菜(P. tanacetifolia)、猪毛蒿(A. scoparia)、冰草(Agropyron cristatum)和羊草(Leymus chinensis)5种常见植物,而其余9种植物的种子数只占2.8%。此外,通常作为优良牧草的豆科植物的种子数仅占0.6%。上述结果表明,在放牧条件下由于土壤种子库中一些重要物种的缺失或数量很少以及极不均匀的分布,可能会降低退化克氏针茅草原的自然恢复速度。我们建议采取补播这些重要物种并结合其它恢复措施来加快退化克氏针茅草原的恢复进程。     

内蒙古克氏针茅草原土壤种子库对刈割和放牧干扰的响应

种子库是潜在的植物群落并在一定程度上预示着群落的演替方向。草原牧区自退牧还草政策实施以来,草原利用方式由自由放牧为主逐步转向以围封割草为主。为研究割草和放牧对土壤种子库密度、植物功能群和种类组成的影响及其与地上植被的相似性关系,在内蒙古克氏针茅(Stipa krylovii)典型草原区设置3个不同强度的刈割处理,即无刈割对照(CK)和分别留茬15 cm(M15)、5 cm(M5)的处理,以及一个自由放牧处理(GR),土壤种子库采用环刀法多点取样结合四唑染色法测定种子活力,计数所有被检测有生命力的种子,并计算土壤种子库与地上植被在物种组成方面的相似性。结果表明:不同处理的土壤种子库密度范围为6245.0±1351.9~8155.9±909.1粒·m-2,无刈割对照的土壤种子库密度显著高于M15;从种子库的功能群组成来看,多年生杂类草种子密度最大,占种子库总量的55%~60%,1年生杂类草占36%~43%,GR与M15有显著差异;从物种组成来看,只有克氏针茅、砂韭的种子数量在刈割和放牧处理下显著低于对照。采用Sorensen指数计算土壤种子库与地上植被的物种相似性,CK、GR、M5、M15相似系数分别为0.55、0.58、0.48和0.60;研究预示,内蒙古典型草原土壤种子库对割草和自由放牧有很强的敏感性,刈割和自由放牧均降低土壤种子库密度,将降低退化克氏针茅草原的自然恢复能力。     

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。     

克氏针茅草原群落物种多样性与生物量关系对放牧强度的响应

放牧强度引起的草原植物群落物种多样性与地上生物量变化是近年来草地生态系统研究的热点问题。以内蒙古锡林郭勒克氏针茅草原为研究对象,探究植物群落结构特征、物种多样性与地上生物量之间相互关系及其对不同放牧强度的响应。结果表明：随着放牧强度的增加植物群落结构逐步向退化方向演替;植物群落高度逐渐降低（P<0.05）,密度逐渐增加（P<0.05）,盖度总体呈下降趋势（P<0.05）;植物群落和原有群落优势种地上生物量总体呈下降趋势（P<0.05）,而退化指示物种的地上生物量逐渐增加（P<0.05）;轻度、中度放牧条件下群落物种Margalef指数、Pielou指数、Simpson指数均显著高于重度放牧（P<0.05）;地上生物量与Shannon-Wiener指数、Margalef指数和Pielou指数呈正相关关系,而与Simpson指数呈负相关关系。综上所述,克氏针茅草原植物群落结构和功能在不同放牧强度下产生不同的响应,适度放牧有利于提高群落物种多样性与生物量。     

大针茅典型草原几种主要植物含热值的季节变化

植物含热值的高低是植物群落能流分配的重要参数。植物的生长发育节律影响植物热值。为了阐明大针茅典型草原生态系统辐射——植物群落的能流过程的特点,对构成该植物群落主要植物种的含热值及其季节变化进行了测定。样品采自中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站大针茅典型草原永久围栏样地,该     

蒙古克氏针茅草原生物量围栏封育效应研究

以自由放牧为对照,采用收获法和土芯法研究了围栏禁牧对蒙古国退化克氏针茅草原地上、地下部生长的影响,结果表明:(1)与自由放牧相比,围栏禁牧提高了退化草原地上生物量,以及地带性草原群落优势种克氏针茅的地上生物量比例和重要值,促进了退化克氏针茅的正向恢复演替;(2)围栏禁牧区与自由放牧区草地地下生物量都随土层深度增加而降低、符合指数函数或幂函数减小规律,围栏禁牧区0~10 cm土层的根系生物量占地下生物量比例高于自由放牧区,10~20 cm土层的低于自由放牧区,根系有向上层土壤聚集的趋势,有利于在干旱地区对有限降水的有效利用;(3)围栏1~3 a禁牧区地下部累计生产力显著高于同期自由放牧区。围栏禁牧是蒙古国退化克氏针茅草原改良的一种措施,但其提高地下生产力和生物量的效应也不是无限制的。     

放牧影响下羊草草原和大针茅草原植物多样性的变化

牧压梯度上羊草草原和大针茅草原植物多样性的研究表明：随着放牧强度的增加,群落的植物种度降低,但其均匀度和多样性在中度放牧的群落中最高。牧压梯度上草原群落的植物多样性变化决定于群藻中种间竞争排斥和放牧对不同植物的抑制或促进,而群落的层片结构是这两种作用的综合反映,表征着群落内生态位分化程度的高低,决定了群落的物种多样性。中度的放牧削弱了建群植物层片的竞争排斥,又不抑制其它层片的发育,是群落具有较高植     

长江源区紫花针茅高寒草原优势植物化学元素含量特征

分析了长江源区紫花针茅草原的土壤和17种优势植物中15种元素的自然含量特征。植物中>1 000μg.g~(-1)的元素有Ca和Na,100～1 000μg.g~(-1)的元素有K、Mg、Mn、Fe、Li和Sr,10～100μg.g~(-1)的元素有Zn、Cu和Cr,<10μg.g~(-1)的元素有Ni、Co、Pb和Cd。土壤中各元素含量的顺序为Ca>Fe>Mn>Mg>K>Li>Na>Sr>Cr>Zn>Cu>Ni>Co>Cd>Pb。植物和土壤中元素含量特点是Ca>K型。植物对于土壤元素的吸收能力大小顺序是:Na>Sr>K>Zn>Mg>Ni>Pb>Cu>Mn>Ca>Li>Co>Cd>Fe>Cr,植物对于Na吸收系数达到13.228,其富集能力明显大于其余14种元素。元素之间K的累积与其他元素没有显著的相关关系;Na的累计也仅与Zn、Sr呈显著相关与其他元素无显著的相关关系,Pb和Na呈显著负相关。