控制降水梯度对荒漠草原优势植物叶功能性状及土壤养分的影响

探究植物叶功能性状随降水梯度的变化规律,对揭示干旱区优势植物对环境变化的响应和适应策略至关重要。以盐池荒漠草原为研究对象,采用遮雨棚和喷灌系统控制降水梯度,分析了优势植物蒙古冰草（Agropyron mongolicum）、短花针茅（Stipa breviflora）及达乌里胡枝子（Lespedeza davurica）叶功能性状变异,以及土壤水分、养分和微生物特性与响应性状间的相关关系。结果表明：HW（增水50%）处理下3个植物LA（叶面积）、LDMC（干物质含量）显著增大,LW处理（减水50%）下短花针茅和达乌里胡枝子LA、LDMC显著减小,降水处理对短花针茅和达乌里胡枝子SLA（比叶面积）影响不显著,LW处理显著提高了蒙古冰草SLA;LW处理显著提高了蒙古冰草和短花针茅LNC（叶氮含量）和LPC（叶磷含量）;HW显著降低了土壤C、N含量,LW和HW均显著减少了真菌数量,而放线菌数量、微生物生物量C、N显著增加;3种优势植物LA均与土壤水分显著正相关,蒙古冰草和短花针茅通过提高SLA、LNC及LNP来适应干旱生境,蒙古冰草和短花针茅LNC及LNP是表征土壤P、微生物生物量有效性的关键指标,达乌里胡枝子通过自我调节养分利用策略来适应C、N、P含量和微生物活性较低的生境,从而决定其在群落中的优势地位。     

呼伦贝尔草地植物茎秆和叶片中养分的时间动态与回收

明确植物不同器官中的养分回收状况对探究植物养分利用策略与养分循环有重要意义。以往关于养分回收的研究多聚焦于叶片, 而对于茎秆研究较少。此外, 以往研究对植物生长盛期的叶片取样均在同一时间完成, 忽略了不同物种养分峰值可能存在时间差异, 进而导致养分回收效率被低估。该研究以呼伦贝尔草地22种多年生草本植物为研究对象, 在生长季不同时期进行茎秆和叶片取样, 测定其氮(N)、磷(P)含量, 分析茎秆和叶片两类器官中的养分在生长季内的变化情况与养分回收效率。结果表明: 1)植物N、P含量在生长季内有明显的时间变化规律, 呈现出先增加后减少的趋势; 不同物种峰值对应时间存在显著差异, 大部分物种养分峰值出现于8月下旬。2)茎秆和叶片两类器官养分回收模式存在差异, 植物叶片的N回收效率高于茎秆, 但P回收效率两者差异不明显; 叶片中N、P回收效率显著正相关, 而两者关系在茎秆中不显著。3)枯叶中养分含量是回收效率重要的影响因子, 植物养分回收效率与枯叶期养分含量呈显著负相关关系, 与生长盛期养分含量无关。4)以往研究中不同植物种在生长盛期同一时间取样, 造成茎秆和叶片N、P回收效率被不同程度地低估。该研究重新审视了养分回收研究中的取样策略, 表明依据不同物种在生长季内养分含量峰值出现时间决定生长盛期成熟组织的取样时间, 能够增加养分回收效率计测的准确性和科学性。     

放牧和刈割对内蒙古典型草原大型土壤动物的影响

采用连续3年全季节放牧、3种季节性轮牧、秋季刈割和不利用对照6种处理, 研究了内蒙古典型草原大型土壤动物群落特征.调查在春、夏和秋3个季节进行,共捕获大型土壤动物597只,隶属于2门4纲11目,49个类群.结果表明: 全季节放牧导致土壤动物的个体密度、生物量和多样性降低;而刈割的影响相对较轻,土壤动物的个体密度、生物量和多样性甚至有提高趋势.3种季节性轮牧处理中,夏季和秋季放牧2次处理对土壤动物群落个体密度、生物量和多样性等指标的负面影响较轻.刈割管理对退化典型草原大型土壤动物群落的恢复较为有利;夏季和秋季放牧2次处理对大型土壤动物群落的负面影响较轻,是较理想的草地可持续管理措施.     

东灵山地区辽东栎叶养分的季节动态与回收效率

为探讨辽东栎叶的养分回收对种群的适应能力和生态系统的养分循环的意义,在东灵山地区分析了辽东栎叶中Ｎ、Ｐ、Ｋ、Ｃa、Ｍg、Fe等６种元素的浓度和单位叶面积含量,确定了了辽东栎叶养分的季节动态与回收效率。结果发现：１）６种元素的浓度和单位叶面积含量在叶的生活史中都发生了明显的季节变化,其中Ｎ、Ｐ、Ｋ等３种元素的浓度在展叶初期下降很快,阴后逐渐下降的,但单位叶面积含量是在７月下旬达到最大值;２）Ｃa浓度和单位叶面积含量整个生长季中一直保持上升趋势,Ｍg的季节变化无一定规律;３）Ｎ、Ｐ、Ｋ、Ｍg都有一定程度的回收,其中Ｎ、Ｐ的回收率分别为６７％和８７％,Ｃa、Ｆe在叶有所积累。为探讨叶养分回收效率在常绿和落叶植物中的差异,对栎属植物养分动态进行了比较分析。结果表明：１）落叶植物成熟叶中的Ｎ浓度稍高于常绿植物,但不显著,Ｎ的回收率与成熟叶中的浓度成显著正相关,;２）栎属植物的成熟叶和落叶中的Ｎ、Ｐ浓度间呈显著正相关。     

降水时间对内蒙古温带草原地上净初级生产力的影响

全球气候变化下降水时间的改变将深刻影响草原生态系统地上净初级生产力(ANPP),而草原生态系统ANPP是区域碳循环的重要过程.利用1998-2007年的SPOT-VEG NDVI数据并结合111个样点的ANPP地面样方调查数据,获得了内蒙古温带草原1998-2007年的ANPP区域数据,依此分析了中国内蒙古温带草原以及区域内的3种植被类型(荒漠草原、典型草原、草甸草原)降水时间对ANPP的影响.研究结果表明,对于整个内蒙古温带草原来说,一个水分年内(从上一年9月份到当年地上生物量达最大值时的8月份)影响ANPP较为重要的降水月份为2-7月份,其中,5-7月份降水尤为重要.具体到每个月降水的影响,研究发现,7月份降水最重要,而仍处于生长季的8月份降水相对于其他生长季降水作用最小;影响不同草地类型最重要的降水时期存在一定差异,对荒漠草原和典型草原地区来说,ANPP达最大值前3个月(5-7月份)的生长季降水最重要,而8月份降水影响较小,而草甸草原地区8月份和非生长季的3、4月份降水最重要,但各个降水时期降水对ANPP的影响都较荒漠草原和典型草原小,大部分地区降水对ANPP的影响不显著.     

不同降水条件下荒漠草原植物的养分含量及回收对增温和氮素添加的响应

为了探讨荒漠草原植物养分回收特征对长期增温和氮素添加的响应以及自然降水变异对其的调控作用,该研究依托实施12年的模拟增温和氮素添加实验平台,在相对多雨的2016年(超过长期均值52%)和相对少雨的2017年(低于长期均值16%),以常见C_3植物银灰旋花(Convolvulus ammannii)和C_4植物木地肤(Kochia prostrata)为研究对象,测定分析绿叶和枯叶的氮磷含量及回收效率。结果表明:(1)在相对多雨年(2016年),增温使2种植物的绿叶氮、枯叶氮、绿叶磷、枯叶磷含量分别增加了14.32%、25.45%、17.97%和46.47%,氮、磷回收效率分别显著减小了9.41%和16.99%(P0.05);氮素添加使2种植物的绿叶氮、枯叶氮、绿叶磷、枯叶磷含量分别提高了17.32%、25.62%、20.21%和51.41%,而氮、磷回收效率显著降低了9.33%和18.89%(P0.05);增温+氮素添加共同处理显著增加了植物氮磷含量、降低了氮磷回收效率。(2)在相对少雨年(2017年),增温、氮素添加、增温+氮素添加处理对植物叶片氮磷含量、回收效率均无显著影响。(3)叶片氮磷含量在物种间差异极显著(P0.000 1),而氮磷回收效率在物种间无显著差异。(4)回归分析表明,植物叶片氮磷含量随着土壤无机氮、有效磷及含水量的增加而增加,植物氮磷回收效率则随着土壤养分和水分的可利用性的增加而降低。研究认为,荒漠草原植物养分回收对全球变化的响应受自然降水变异的调控。     

不同频次刈割对羊草草原主要植物种群能量现存量的影响

对内蒙古羊草草原主要植物种群能量现存量对刈割频次响应的研究表明,在17年不同频次刈割干扰影响下,植物种群能量现存量随刈割频次的变化表现出不同的变化趋势,据此可以划分出3个不同的刈割响应类群：受抑种、耐刈种和受益种。受抑种包括羊草、羽茅、黄囊苔草、葱属植物和直根型杂类草; 耐刈种包括大针茅和冰草; 受益种包括洽草和糙隐子草。对于种群相对能量现存量而言,除羊草随刈割频次的增加呈显著下降趋势外,其他受抑种均随刈割频次的增加保持相对稳定,而受益种和耐刈种的相对值则随刈割频次的增加而呈增加趋势。同时,刈割对植物能量现存量的影响还表现在植物热值变化上,但变化幅度小于10%。     

不同频次刈割对羊草草原主要植物种群能量现存量的影响

对内蒙古羊草草原主要植物种群能量现存量对刈割频次响应的研究表明,在17年不同频次刈割干扰影响下,植物种群能量现存量随刈割频次的变化表现出不同的变化趋势,据此可以划分出3个不同的刈割响应类群:受抑种、耐刈种和受益种.受抑种包括羊草、羽茅、黄囊苔草、葱属植物和直根型杂类草;耐刈种包括大针茅和冰草;受益种包括洽草和糙隐子草.对于种群相对能量现存量而言,除羊草随刈割频次的增加呈显著下降趋势外,其他受抑种均随刈割频次的增加保持相对稳定,而受益种和耐刈种的相对值则随刈割频次的增加而呈增加趋势.同时,刈割对植物能量现存量的影响还表现在植物热值变化上,但变化幅度小于10%.     

放牧干扰对荒漠草原植物叶性状及其相互关系的影响

以宁夏退化荒漠草原优势植物牛心朴子、乳浆大戟、甘草和牛枝子为对象,分析放牧干扰对植物的比叶面积(specific leaf area, SLA)、叶干物质含量(leaf dry matter content, LDMC)、叶面积和叶干质量等叶性状的影响,探讨荒漠草原生态系统中不同物种对环境改变的响应和适应对策.结果表明: 随着放牧强度的降低,牛心朴子、乳浆大戟、甘草和牛枝子的SLA总体呈显著降低的趋势;SLA在不同放牧强度间差异显著,而LDMC则无显著差异.不同植物的叶性状相关性存在差异,牛心朴子和甘草的SLA和LDMC呈显著负相关,而乳浆大戟和牛枝子的SLA和LDMC呈正相关.牛心朴子、甘草、乳浆大戟和牛枝子的SLA对生存环境改变的反应比LDMC更敏感.植物的SLA可以作为荒漠草原植物资源利用对策的指示指标.     

荒漠草原中间锦鸡儿林土壤养分效应对群落组分和多样性的影响

为系统认识荒漠草原中间锦鸡儿人工林草本植被特征及演变趋势对土壤养分的响应,采用空间代替时间的方法,以天然草地为对照,构建3个中间锦鸡儿林龄(16a、25a、37a)研究序列,调查不同中间锦鸡儿林灌丛内外土壤植被并分析二者之间的关系。结果表明:(1)随林龄增加,不同功能群植物重要值呈不同变化趋势,其中禾本科植物显著增加,豆科植物显著降低,杂草类植物先减小后增加。(2)α多样性分析显示,荒漠草原中间锦鸡儿人工林16a灌丛外物种丰富度(S)、香浓维纳指数(H)最高(P0.01);不同林龄均匀度指数(J)、优势度指数(P)未表现出明显的变化规律。(3)β多样性分析显示,Cody指数(βc)和Morisita-Horn(CMH)相似指数均表现出16a与25a、37a之间的物种差异较大、25a与37a之间物种差异相对较小、37a中间锦鸡儿林与天然草地物种组成相似,βws指数在25a中间锦鸡儿林最大。(4)人工中间锦鸡儿林存在显著的土壤碳氮"肥岛效应",其中土壤有机碳是不同林龄植物群落组成差异的显著性影响因子,土壤速效氮为不同林龄灌丛外植物多样性差异的显著性影响因子,但灌丛内植物多样性对土壤养分的响应并不显著。研究认为,中间锦鸡儿林土壤养分演替正效应提高了植物多样性,增强了植物物种的更替程度,但建植后期(37a)植物群落存在向天然草地演替趋势。     

增温和氮素添加降低荒漠草原多年生植物氮素回收效率

植物营养器官在枯萎过程中将部分氮素转移到储藏组织之中,是植物适应生境的重要策略。以位于内蒙古荒漠草原的增温和添加氮素的交互试验为平台,对建群种短花针茅(Stipa breviflora)以及优势种无芒隐子草(Cleistogenes songorica)、银灰旋花(Convolvulus ammannii)、冷蒿(Artemisia frigida)和木地肤(Kochia prostrata)等5种多年生植物绿叶期和枯叶期氮浓度,以及氮素回收效率进行了研究。结果表明:增温处理下,植物绿叶期和枯叶期的平均氮素浓度提高了5.5%和11.3%,氮素回收效率显著降低了7.0%。氮素添加使绿叶期植物氮浓度显著提高了5.2%,使植物氮素回收效率降低2.9%。增温和氮素添加对植物枯叶期、绿叶期氮浓度和氮素回收效率有显著的交互作用。氮浓度和氮素回收效率对增温和氮素添加的响应在5个物种间都有显著差异,即这种响应具有物种特异性。研究表明独立的增温和氮素添加以及两者的交互作用都降低该荒漠草原生态系统中植物氮素回收效率,这些结果将为气候变化条件下荒漠生态系统氮素回收效率变化趋势的预测提供数据支持和实验证据。     

Convergent responses of nitrogen and phosphorus resorption to nitrogen inputs in a semiarid grassland

Human activities have significantly altered nitrogen (N) availability in most terrestrial ecosystems, with consequences for community composition and ecosystem functioning. Although studies of how changes in N availability affect biodiversity and community composition are relatively common, much less remains known about the effects of N inputs on the coupled biogeochemical cycling of N and phosphorus (P), and still fewer data exist regarding how increased N inputs affect the internal cycling of these two elements in plants. Nutrient resorption is an important driver of plant nutrient economies and of the quality of litter plants produce. Accordingly, resorption patterns have marked ecological implications for plant population and community fitness, as well as for ecosystem nutrient cycling. In a semiarid grassland in northern China, we studied the effects of a wide range of N inputs on foliar nutrient resorption of two dominant grasses, Leymus chinensis and Stipa grandis. After 4 years of treatments, N and P availability in soil and N and P concentrations in green and senesced grass leaves increased with increasing rates of N addition. Foliar N and P resorption significantly decreased along the N addition gradient, implying a resorption‐mediated, positive plant–soil feedback induced by N inputs. Furthermore, N : P resorption ratios were negatively correlated with the rates of N addition, indicating the sensitivity of plant N and P stoichiometry to N inputs. Taken together, the results demonstrate that N additions accelerate ecosystem uptake and turnover of both N and P in the temperate steppe and that N and P cycles are coupled in dynamic ways. The convergence of N and P resorption in response to N inputs emphasizes the importance of nutrient resorption as a pathway by which plants and ecosystems adjust in the face of increasing N availability.     

Effects of delayed hay removal on the nutrient balance of roadside plant communities

1. Mass losses and nutrient losses from fresh roadside cuttings were studied in the field during a 6-week period. Large amounts (over 50%) appear to be lost from the cuttings. The losses were positively related to initial nutrient concentrations during this short-term study. Mass and nitrogen losses were best explained by the initial C:N ratio, phosphorus and potassium losses by the initial phosphorus concentration.
2. For potassium the losses were particularly large (up to 90%). For this element only, the observed relationship between loss rate and initial chemical composition could not be established significantly. It is concluded that potassium is mainly lost by leaching whereas the major nitrogen, phosphorus and mass losses are most probably caused by rapid microbial decomposition of readily soluble substances.
3. Using existing data on chemical composition of other roadside cuttings, nutrient losses after different hay removal delay times were modelled for different plant communities. All or most of the losses were assumed to return to the soil system.
4. When soil impoverishment is aimed for, cuttings should be removed within 1 or 2 weeks in most plant communities. If removal is delayed longer, the amounts of nutrients removed will often fall below the annual atmospheric input. In plant communities where annual above-ground production of nitrogen and phosphorus are lower than the annual atmospheric deposition already, rapid removal of the cuttings may be the only way to maintain at least potassium at a limiting level.
5. The main effect of hay-making on the soil nutrient status most likely consists of a reduction of the potassium availability, at least on sandy soils with a low cation exchange capacity and provided there is little delay in hay removal.     

氮素添加对黄土高原典型草原长芒草氮磷重吸收率及C:N:P化学计量特征的影响

 为了解氮素沉降对草地群落的影响, 通过人工氮肥添加模拟试验, 研究了黄土高原天然草地优势植物长芒草(Stipa bungeana)在不同施氮水平下叶片和立枯物碳(C)、氮(N)、磷(P)元素含量的变化特征, 探讨了N素增加对N、P重吸收率和C : N : P化学计量比的影响及其内在联系。结果表明: 氮素添加显著增加了长芒草叶片的C、N和立枯物的N、P含量, 对叶片P和立枯物C含量无显著影响; 氮素添加显著降低了长芒草的N、P重吸收率, 对照处理的N、P重吸收率最高, 分别为60.35%和
71.75%, 并且, 在相同氮素处理条件下P的重吸收率显著大于N重吸收率; 随着氮素添加量的增大, 叶片的C : N降低, N : P和C : P增加, N : P为18.25–29.01。研究表明, 黄土高原天然草地群落主要受P限制, 随氮素沉降增加, P限制进一步加剧; 长芒草较高的N、P重吸收率是保证其在贫瘠的土壤中生存的重要机制。     

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。     

土壤养分库对缺苞箭竹叶片养分元素再分配的影响

研究了王朗自然保护区3个密度的缺苞箭竹群落的土壤养分库和叶片养分元素再分配能力的相互关系。结果表明,不同密度箭竹群落的土壤N、K贮量没有显著差异,土壤P贮量随着密度增加而显著减少（P〈0．01）,土壤Ca和Mg贮量则随着密度增加而增加。不同密度的箭竹叶片N和K的再分配能力没有显著差异,叶片P的再分配能力随着密度的增加而显著增加,Ca和Mg随着箭竹密度的增加在凋落叶中有显著积累的趋势。这表明,基于密度的箭竹叶片养分元素再分配能力与土壤养分库的大小密切相关,可能的机理过程是不同密度的箭竹在生长发育过程中改变了土壤养分库的大小,土壤养分库通过反馈机制导致箭竹叶片养分元素再分配能力的变化,体现了土壤与植被之间的互动关系。综合分析表明,P可能是限制缺苞箭竹生长发育的重要因子。     

天童常绿阔叶林若干树种的叶片营养转移研究

对天童国家森林公园 1 8种植物在落叶前后营养转移量的研究表明 ,不同植物的营养转移率不尽相同 ,N的平均转移率为 3 7.86% ,标准偏差 1 0 .67% ;P的平均转移率为 44.76% ,标准偏差 1 5 .40 %。经方差分析 ,N、P转移率无明显差异 (s=0 .1 3 8)。同时 ,P的转移率与植物成熟叶中的P含量及N/P存在正相关 ,而N的转移率与植物成熟叶子的N含量和N/P不相关。另外 ,常绿植物的N转移率平均值是 3 5 .74% (标准差9.46% ) ,落叶植物N转移率平均值是 3 8.72 % (标准差 1 2 .65 % ) ;常绿植物的P转移率平均值是 3 7.72 % (标准差 1 3 .0 0 % ) ,落叶植物P转移率平均值是 5 5 .3 7% (标准差 1 5 .5 4% )。对落叶和常绿阔叶二种生活型植物进行ANOVA分析 ,表明N转移率无明显差异 ,而P转移率有差异 (P <0 .0 5 )。     

围封对不同退化程度荒漠草原植物群落和土壤的影响

围封是退化草原生态系统恢复的有效措施之一,已在中国北方草原地区实施多年并取得良好的效果。由于不同退化草原生态系统具有完全不同的植被和土壤条件,围封对不同退化草原植物群落和土壤的恢复是否具有一致的影响,目前仍不清楚。对内蒙古地区轻度、中度和重度退化荒漠草原分别设置6年围封后,对植物群落特征和土壤理化性质进行了调查和测定。研究结果发现,围封显著提高了3种退化荒漠草原短花针茅（Stipa breviflora）和无芒隐子草（Cleistogenes songorica）种群以及群落的高度、盖度和地上生物量（P<0.05）,表明围封从多组织层次使退化草原植物群落得到有效的恢复。围封总体提高了轻度和中度退化荒漠草原植物多样性,但降低重度退化荒漠草原的植物多样性。重度退化荒漠草原在围封后群落高度、盖度和地上生物量恢复效率显著高于轻度和中度退化的（P<0.05）,表明围封对重度退化荒漠草原植被恢复更加有效。除轻度退化外,围封显著降低中度和重度退化荒漠草原土壤全碳、全氮、全磷、有效氮和速效磷含量（P<0.05）,但对3种退化荒漠草原的土壤水分含量无显著影响,表明围封对不同退化荒漠草原土壤的影响具有滞后性。研究为荒漠草原围封成效评估提供理论指导和退化荒漠草原生态系统科学合理实施围封政策提供科学依据。