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。     

荒漠草原植物群落结构及其稳定性对增水和增氮的响应

通过在荒漠草原开展增水和增氮野外控制试验,研究增水和增氮对荒漠草原植物群落结构、物种多样性及群落稳定性的影响。结果表明：（1）增水和增氮处理显著影响了荒漠草原植物群落结构和地上生物量,而对植物群落稳定性影响不显著（P>0.05）。增水处理显著增加了豆科和禾本科植物地上生物量（101.3%和57.9%）（P<0.05）;增水+增氮处理显著增加了植物群落盖度（43.2%）和地上生物量（112.4%）及不同功能群（禾本科和杂类草）植物盖度（75.5%和47.3%）和地上生物量（139.3%和85.7%）（P<0.05）。与增氮处理相比,增水+增氮处理显著增加了植物群落和不同功能群（禾本科和杂类草）植物高度、盖度和地上生物量（P<0.05）。（2）增水、增氮和增水+增氮处理均显著降低了植物群落Pielou指数（11.7%、8.7%和10.2%）（P<0.05）。（3）增水和增水+增氮处理提高了荒漠草原植物群落稳定性,而增氮处理降低了荒漠草原植物群落稳定性。增水处理荒漠草原植物群落稳定性效应大于增水+增氮处理。研究表明,荒漠草原植物群落结构受到氮沉降和降水增加的共同影响。增加降水对荒漠草原植物群落稳定性的积极效应可能会抵消部分氮沉降的消极影响,荒漠草原植物群落地上生物量及群落稳定性可能有所增加。     

阿尔泰山两河源牧区草地群落生物量及物种多样性

群落生物量和物种多样性是表征草地生态系统数量特征的重要指标。该研究以新疆阿尔泰山南麓两河源放牧区草地为研究对象,利用样方法对两河源不同放牧区的草地植被进行调查,分析研究区生物量和物种多样性变化,探讨二者与环境因子之间的关联性,为草地群落物种保护以及草地可持续利用提供理论依据。结果表明：(1) 两河源不同牧区间群落盖度、高度、植株密度、地上生物量和单位盖度生物量存在差异。(2) 两河源牧区草地群落地上生物量与群落盖度、植株密度呈显著正相关关系(P<0.05),且地上生物量主要受草地群落盖度的影响;不同牧区的物种多样性指数有一定差异,但物种分布相对均匀。(3)两河源牧区草地群落生物量及物种多样性主要受气温和降水的影响。     

短期增温对西藏念青唐古拉山典型植物群落结构和稳定性的影响

青藏高原气候变暖幅度显著高于全球其他区域,深刻影响着该地区植物群落的结构和稳定性。选择西藏念青唐古拉山的三种典型植物群落(高寒草原、高寒草甸和流石滩)作为研究对象,采用开顶式增温箱(OTC)模拟增温,研究了短期增温对植物群落结构和稳定性的影响。结果表明:(1)增温改变了群落的优势物种,影响其结构组成,而对物种多样性无显著影响;(2)增温显著降低了高寒草甸的地上生物量(P < 0.05),增加地下生物量(P < 0.01),从而导致了群落地下地上生物量分配策略的改变;(3)增温降低群落中部分物种的生态位宽度,进而影响群落稳定性,其中高寒草甸变化最大,达到-66.8%。研究结果可为青藏高原高寒草地生态系统应对和适应未来气候变化提供一定科学依据。     

三江源区高寒坡地退化植物群落多样性和地上生物量沿海拔梯度的变化特征

山地生态系统退化对生物多样性和地上生物量,以及相互关系在海拔高度梯度上的格局影响,是认识全球变化和人类干扰引起自然生态系统变化的重要内容。以青藏高原三江源区高寒坡地退化草甸和灌丛为研究对象,探讨退化草甸、灌丛群落物种多样性与地上生物量关系及其沿海拔梯度的变化规律。结果表明:(1)坡地退化的上坡位植被盖度显著大于下坡位(P＜0.05)。坡地退化高寒草甸和高寒灌丛,植物物种多样性沿海拔梯度变化规律一致,均呈现"单峰"分布格局。坡地退化高寒草甸Shannon-wiener指数和Simpson指数二次回归方程解释度达到80%和70%以上(P＜0.05)。(2)坡地退化高寒草甸和高寒灌丛的地上生物量与海拔梯度的变化规律一致,即随海拔升高高寒坡地地上生物量呈先增加后降低的变化趋势。海拔梯度对退化高寒山地地上生物量的解释度达到85%以上(P＜0.05)。(3)物种多样性和地上生物量的关系在两个坡地上表现出一致的规律,呈线性增加的变化趋势。高寒草甸坡地回归方程解释度达到70%,高寒灌丛坡地达到60%(P＜0.05)。坡地退化高寒灌丛植物群落多样性和地上生物量高于高寒草甸植物群落。高寒坡地退化草甸和灌丛植物群落物种多样性以及其与地上生物量之间的关系沿海拔梯度的变化规律一致,海拔梯度造成的环境差异对植物群落物种多样性和地上生物量影响仍较大。该研究对认识三江源区退化山地形成生态学机制,及提出有效的生态恢复措施具有重要参考价值。     

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。     

甘肃南部7种高寒杜鹃生物量模拟

精确测定与模拟高山-亚高山灌丛生物量是了解陆地生态系统碳功能的重要基础工作。以甘肃南部高山-亚高山地区常见的7种高寒杜鹃（Rhododendron spp.）灌木为对象,通过标准植株收获法,建立易测因子与各器官生物量及总生物量的方程并检验拟合精度,筛选最优拟合方程。结果表明：（1）自变量和函数的类型对杜鹃生物量的模拟效果影响较大,700组方程中以D和D²H为自变量和以幂函数为模型拟合的R²相对集中、中位数都较高。（2）遴选出的35组单物种最优生物量模型的R²介于0.66-0.99之间、中位数为0.92,除山光杜鹃（Rh.oreodoxa）的茎、叶生物量和地上生物量模型为线性函数、麻花杜鹃（Rh.maculiferum）的所有模型为指数函数外,其余的生物量模型均为幂函数;D和D²H是单物种生物量模型的最佳预测变量,H仅是黄毛杜鹃（Rh.rufum）除根外、美容杜鹃（Rh.calophytum）叶生物量的最佳预测变量。（3）混合物种最优模型是以D²H为自变量的幂函数,除对叶生物量的模拟精度相对较低外,对其它生物量的模拟均较好。甘肃南部7种高寒杜鹃灌木生物量模型的建立为高寒地区灌丛生态系统碳汇功能的研究提供了支撑。     

荒漠草原人工柠条林对冠下草本植物群落的保育作用

以宁夏盐池县荒漠草原人工柠条（Caragana intermedia）林为研究对象,分别选取柠条林冠下东侧（SE）,冠下西侧（SW）及带间（Gap）为研究样地,从群落水平探讨柠条对冠下草本植物群落结构、物种多样性及功能群分布的影响。结果表明：（1）在3种微生境中均鉴定出12种植物,SW以蒙古冰草为优势种,SE以蒙古冰草和中亚白草为优势种,Gap则以蒙古冰草和牛枝子为优势种。（2）与Gap相比,SW和SE植物群落的平均高度分别增加了41.06%和81.75%,地上生物量分别增加了40.88%和38.73%。SW和SE中,禾本科植物地上生物量分别占地上总生物量的67.10%和58.40%,显著高于Gap （P<0.05）。（3）柠条冠层效应使得草本植物的物种丰富度指数增加,但Shannon-Winner指数、Simpson指数和Pielou指数显著差异（P>0.05）,变化范围分别为1.620-1.756、0.701-0.730和0.775-0.878。（4）冗余分析表明：土壤温度、空气相对湿度及土壤有机碳是影响草本植物物种多样性及生物量的主要因子,解释量分别为42.70%,11.70%和8.80%。研究表明,柠条对冠下草本植物群落尤其是禾本科植物具有一定的保育作用,该效应的产生主要是由于柠条冠下微气候及土壤环境因子的改善为草本植物的生长发育提供了有利条件。柠条对草本植物的保育作用对荒漠草原生态环境的保护与恢复具有重要意义。     

高寒草地植物群落地上-地下净初级生产力权衡

植物生产力分配和权衡是植物生态学研究中的热点,反映植物对环境的适应性,是了解植物响应全球气候变化的关键。青藏高原作为气候变化敏感区,研究其植物地上与地下部分权衡对了解高寒草地植被生存策略和生态系统可持续发展具有重要意义。目前,生物量分配调控机制已被广泛研究,但主要使用植物根冠比和地上-地下生物量比等方法来表征植物分配模式,缺乏考虑因植物生长周期导致的差异。使用青藏高原高寒草地103个样点的地上和地下净初级生产力数据,分析高寒草甸和高寒草原两种主要草地类型的地上-地下净初级生产力权衡关系。利用气候因素和土壤因素等相关数据,结合方差分析、相关分析、相对重要性分析和结构方程模型的方法,探究环境因素对两种草地类型地上-地下净初级生产力权衡的影响机制。研究发现：（1）高寒草甸的地上净初级生产力、地下净初级生产力和土壤养分含量显著高于高寒草原（P<0.05）;（2）高寒草地植被生产力均向地下权衡（0.0199）,且高寒草原（0.0354）的权衡值高于高寒草甸（0.0173）;（3）结构方程模型发现,年平均降水量、土壤容重和土壤速效氮含量是影响高寒草甸生产力权衡的主导因子,而年平均温度和年平均降水量是影响高寒草原生产力权衡的主导因子。研究表明高寒草甸的生产力权衡主要受气候和土壤因素共同影响,而高寒草原主要受气候因素调节。研究为理解植物地上-地下生物量分配调控机制提供了新的视角和方法,对系统了解高寒草地生物量分配模式和准确预测高寒草地植被动态过程具有指导意义。     

围封和放牧对科尔沁沙地植物群落种间关联的影响

为明确围封和放牧对科尔沁沙地植物群落种间关联的影响,在对植物群落进行样方调查的基础上,采用方差比率法（VR）、χ²检验、Ochiai指数、Spearman秩相关分析对种间关联性及相关性进行研究,得出如下结论：（1）围封和放牧改变了群落物种组成,围封群落出现30个物种,主要物种16个;放牧群落出现物种21个,主要物种13个。（2）VR值显示围封和放牧群落总体均呈正关联性,χ²检验表明围封群落正联结显著率大于负联结显著率,主要物种间显著联结率为27.5%,放牧群落仅有显著正联结种对4个,占6.06%,OI值与χ²检验结果基本一致。（3） Spearman秩相关分析表明,围封群落显著正相关对数略高于显著负相关对数,放牧群落则相反,且围封群落显著相关水平种对占比（44.17%）高于放牧群落（12.82%）,故围封群落处于稳定发展阶段,而放牧群落处于退化阶段。     

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。     

物种多样性和功能性状驱动高寒草原地上生物量对长期禁牧的响应

围封对草地生物多样性和初级生产力的影响是草地生态学研究的热点问题之一。基于2013—2021年在青藏高原东北部紫花针茅(Stipa purpurea)高寒草原围栏内外植物群落长期调查数据,从物种多样性、功能性状的角度解析了高寒草原地上生物量对长期围封的生态响应过程。结果表明：(1)围封处理对高寒草原物种多样性的负效应具有强烈的时间依赖性。围封处理显著提高地上生物量,但也显著降低了生物量稳定性和异步性,意味着高寒草原稳定的、可持续的生态系统服务功能被长期围封处理削弱。(2)植物功能性状对长期围封处理表现出差异性响应模式;与叶绿素性状相比,叶形态性状对长期围封处理表现出更强的敏感性。(3)物种多样性和功能性状与地上生物量之间均存在显著相关关系,并且物种多样性的影响被功能性状调控进而对地上生物量发挥间接效应,群落加权性状和功能分异度共同对草地生物量发挥直接的主导效应。研究结果证明了植物功能性状通过介导物种多样性与其共同驱动高寒草原地上生物量对长期围封的响应。因此,在未来草地管理过程中,同步研究植物物种和功能属性对于全面揭示生态系统的响应机制至关重要。     

载畜率对短花针茅荒漠草原灌木及其邻近土壤养分含量的影响

草地灌丛化现象在草地生态系统上广泛发生。放牧是人类利用草原的重要方式,通过分析不同载畜率下荒漠草原灌木种群及其邻近土壤养分含量的变化,可研究放牧干扰下不同灌木种群的耐牧特性,对深入了解荒漠草原植物群落演替机制具有重要意义。以荒漠草原灌木小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)、半灌木驼绒藜(Ceratoides latens)及小半灌木冷蒿(Artemisia frigida)和木地肤(Kochia prostrata)(下称为“灌木”)为研究对象,探究不同载畜率下各个灌木种群的密度、高度、盖度及地上生物量(下称为“数量特征值”)及其邻近土壤养分含量。结果表明:冷蒿的数量特征值均随着载畜率的增加而降低,其他植物种群的数量特征值均在CK或LG区出现最大值,且不同灌木邻近土壤养分含量随着土壤深度的增加而下降(P < 0.05)。不同灌木邻近土壤全氮含量随着载畜率增加而下降;冷蒿邻近有机碳含量在CK区最高,小叶锦鸡儿邻近速效磷含量在HG区最高,其余灌木邻近有机碳、速效磷含量在LG区最高。灌木种群数量特征与土壤养分的关系为:土壤有机碳与冷蒿和驼绒藜的高度、盖度、地上生物量呈正相关,土壤速效磷与木地肤高度、地上生物量呈显著负相关。因此,载畜率均会对灌木植物种群的数量特征值及其邻近土壤养分含量产生影响。     

植物功能群去除对高寒草甸群落结构、多样性及生产力的影响

群落中物种的丧失在干扰下普遍存在,但对生态系统过程和功能的影响仍存在较大不确定性。选取青藏高原东缘典型高寒草甸为对象,开展优势植物功能群的梯度去除试验,以模拟长期过牧干扰下物种的损失。经过连续两个生长季的功能群去除,我们对群落的物种组成、结构、多样性和生物量等特征进行了分析,探讨了上述指标的响应过程和机制。研究结果表明：（1）功能群的去除降低了群落高度,增加了物种均匀度,并显著影响了禾草、杂草优势比以及功能群多样性和优势度;（2）同时,去除操作显著减小了凋落物量与禾草生物量,并显著影响了群落地上生物量;（3）进一步分析还发现,禾草、莎草和杂草功能群之间存在显著的竞争关系,群落生产力主要取决于禾草功能群并随物种均匀度的增大而显著减小。上述结果表明,禾草在高寒草甸群落中占据竞争优势地位,植物功能群的损失主要通过改变种间竞争关系、引起有机物质丢失影响群落过程和功能。     

放牧对内蒙古锡林河流域草地群落植物茎叶生物量资源分配的影响

以内蒙古锡林河流域沿水分梯度分布的灰脉苔草(Carex appendiculata)、贝加尔针茅(Stipa baicalensis)、羊草(Leymus chinensis)、大针茅(Stipa grandis)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和冷蒿(Artemisia frigida) 6个草地群落为对象, 研究了围封禁牧与放牧样地中144个共有植物种的高度、丛幅面积、茎、叶和株(丛)生物量、茎叶比等性状。结果表明: 1)在个体水平上, 放牧样地中植物的生殖枝高度、营养枝高度、丛幅面积、单株(丛)生物量、茎、叶生物量和茎叶比均显著低于围封禁牧样地, 植物在放牧干扰下表现出明显的小型化现象; 2)在群落水平上, 放牧亦显著降低了群落总生物量和茎、叶生物量; 3)过度放牧显著改变了物种的资源分配策略, 使生物量向叶的分配比例增加, 向茎的分配比例减少。资源优先向同化器官分配可能是植物对长期放牧干扰的一种重要适应对策; 4)轻度放牧对物种的资源分配没有显著影响, 单株(丛)生物量和群落茎、叶及总生物量均表现出增加趋势, 这与过度放牧的影响正好相反。过度放牧引起的植物个体小型化改变了生态系统中物种的资源分配策略, 进而对生态系统功能产生重要的影响。     

高寒草地植物群落关键种对不同放牧家畜组合放牧的响应

如何通过合理的利用方式提高高寒草地管理水平,实现其可持续利用一直是草地生态学领域的研究热点。为明确不同放牧家畜组合下高寒草地植物群落关键种的演替规律及其驱动因素,基于中等放牧强度设置了不同放牧家畜组合放牧样地（牦牛单牧、藏羊单牧、牦牛藏羊1 ： 2混牧、牦牛藏羊1 ： 4混牧、牦牛藏羊1 ： 6混牧）以及围封样地,并在连续放牧处理7年后系统分析了不同放牧家畜组合下植物群落特征与土壤理化性质变化,以期确定最优放牧组合。结果表明：（1）不同放牧家畜组合均会显著降低高寒草地植物盖度,但对其物种丰富度与多样性指数的影响并不显著。（2）牦牛藏羊1 ： 2混牧下植物群落特征与禁牧处理下植物群落特征较为相似,且牦牛藏羊1 ： 2混牧下的植物群落稳定性最强、组织水平最高。（3）牦牛单牧与1 ： 2混牧下关键种为矮生嵩草;藏羊单牧下关键种为天山针茅;1 ： 4混牧下关键种为星毛委陵菜;1 ： 6混牧与围封下关键种为赖草。（4）围封能够显著降低土壤容重,藏羊单牧则会显著增加土壤容重与土壤速效氮、磷含量。（5）土壤速效氮、容重与含水量是驱动不同放牧家畜组合下植物群落关键种演替的重要理化因子。综上所述,中等放牧强度下,牦牛藏羊1 ： 2混牧是青藏高原高寒草地较为理想的利用方式。此外,相较于单纯增加草地物种丰富度或多样性,建立植物群落物种之间的有效关联是提高青藏高原高寒草地管理水平的另一关键途径。     

Grazing intensifies degradation of a Tibetan Plateau alpine meadow through plant–pest interaction

Understanding the plant–pest interaction under warming with grazing conditions is critical to predict the response of alpine meadow to future climate change. We investigated the effects of experimental warming and grazing on the interaction between plants and the grassland caterpillar Gynaephora menyuanensis in an alpine meadow on the Tibetan Plateau in 2010 and 2011. Our results showed that grazing significantly increased nitrogen concentration in graminoids and sward openness with a lower sward height, sward coverage, and plant litter mass in the community. Grazing significantly increased G. menyuanensis body size and potential fecundity in 2010. The increases in female body size were about twofold greater than in males. In addition, grazing significantly increased G. menyuanensis density and its negative effects on aboveground biomass and graminoid coverage in 2011. We found that G. menyuanensis body size was significantly positively correlated with nitrogen concentration in graminoids but negatively correlated with plant litter mass. Even though warming did not significantly increased G. menyuanensis performance and the negative effects of G. menyuanensis on alpine meadow, the increases in G. menyuanensis growth rate and its negative effect on aboveground biomass under the warming with grazing treatment were significantly higher than those under the no warming with grazing treatment. The positive effects of grazing on G. menyuanensis performance and its damage were exacerbated by the warming treatment. Our results suggest that the fitness of G. menyuanensis would increase under future warming with grazing conditions, thereby posing a greater risk to alpine meadow and livestock production.     

灌丛化对黄土高原草地植物群落结构和地上生物量的影响

中国北方草地普遍出现灌丛化现象,灌丛化改变植物群落结构、植物多样性和生产力,直接影响着草地生态保护与可持续利用.该研究以黄土高原灌丛化草地为研究对象,通过植被调查,分析比较不同坡向的灌丛斑块与禾草斑块植物群落结构(物种组成、优势种及物种多样性)和地上生物量的差异.结果发现:(1)灌丛化草地不同坡向对物种多样性及地上生物...