增温和氮素添加对内蒙古荒漠草原植物生殖物候的影响

植物物候是响应气候变化的敏感生物指示性状,在气候变暖并伴随着大气氮沉降增加的背景下,物候变化是气候变迁导致群落结构和生态系统功能变化的重要机制。本研究在以短花针茅(Stipa breviflora)为建群种的内蒙古荒漠草原设置了增温、氮素添加及其交互作用的实验平台,对短花针茅、木地肤(Kochia prostrata)、银灰旋花(Convolvulus ammannii)和细叶韭(Allium tenuissimum)4种多年生优势植物的开花、结实等物候期和生殖生长持续时间进行连续3个生长季(2008—2010年)的观察,植物物候观测采用定株标记,并对各植株上所有物候状态进行打分并以其非加权平均值作为植株整体物候分值,全年观测结束后将植株的物候分值随时间的变化利用Richards方程进行拟合,最终根据回归方程计算植物各物候期。结果表明:1)在3个生长季中,增温使4个植物种的平均开花、结实时间分别显著地提前了2.28和1.88 d·a-1;2)氮素添加对这些植物种的开花和结实时间都没有显著性影响;3)同时进行增温和氮素添加处理使植物的平均开花、结实时间分别提前1.75和1.53 d·a-1,但2种处理之间没有交互作用;4)增温使这些植物的平均生殖生长持续时间显著延长0.84 d·a-1,使短花针茅和木地肤生殖生长持续时间分别延长了1.20和3.25d·a-1。氮素添加使细叶葱的平均生殖持续时间显著缩短了1.52 d·a-1。这些结果揭示了气温升高和氮沉降影响下荒漠草原优势植物生殖物候的变化,将为分析不同种植物对各类资源需求规律的变化提供直接的实验证据,对于进一步预测全球变化背景下种间竞争格局和群落结构的演变趋势具有重要参考价值。     

短花针茅叶片水分利用效率对放牧强度的响应及其影响因素

为明确植物的用水策略及适应性机制,以内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原为研究对象,设置对照(CK)、轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)和重度放牧(HG)4个放牧梯度,其载畜率分别为每1 hm^(2)每年0、0.93、1.82和2.71个羊单位的放牧强度,调查建群种短花针茅的高度、盖度、密度、地上生物量以及土壤的理化性状,并且采用稳定碳同位素法和红外光合仪法对短花针茅水分利用效率进行了测定,旨在阐明短花针茅水分利用效率在不同放牧强度下的响应规律及其影响因素。结果显示:(1)放牧对短花针茅盖度、密度以及地上生物量的影响显著;随着载畜率的增大,有利于短花针茅的扩散使其分布面积增加,且在中度放牧条件下尤为明显。(2)随着放牧强度的增加,土壤水分含量较对照显著提高,土壤全氮含量呈先增加后减少的变化趋势,土壤速效钾呈现降低的变化趋势,而对土壤全碳含量和pH无显著影响,说明适度放牧能够提高土壤水分含量、促进土壤氮含量的积累,但放牧会导致土壤速效钾减少。(3)随着放牧强度的增大,短花针茅长期水分利用效率(WUE l)呈现“V”形变化趋势,而瞬时水分利用效率(WUE t)与内在水分利用效率(WUE i)总体呈降低的变化趋势。(4)相关分析显示,放牧强度与短花针茅密度、地上生物量呈显著正相关关系,土壤全氮含量与有机碳、pH、WUE i呈显著正相关关系,WUE t与WUE i呈显著正相关关系;短花针茅内在水分利用效率与土壤有机碳含量密切相关。研究表明,重度放牧导致短花针茅株丛破碎化,增加了种群的扩散面积,是短花针茅长期水分利用效率提高的直接原因;短花针茅瞬时水分利用效率随放牧强度的增加而降低可能是由其内在水分利用效率降低引起的。     

荒漠草原建群种短花针茅功能性状对长期放牧的可塑性响应

植物功能性状反映了植物对生长环境的响应和适应,将环境、植物个体和生态系统结构、过程与功能联系起来,而放牧是草原生态系统的主要土地利用方式,对草原生态系统的群落结构和生态系统功能的改变起着重要作用。该研究测定了内蒙古四子王旗长期不同放牧强度下草原建群种短花针茅(Stipa breviflora)的功能性状,探讨放牧对草原群落结构的影响。研究发现:(1)随放牧强度增加,叶片各性状指标、个体生物量、植株高度、冠(丛)幅均有显著变小、变矮的趋势。(2)通过排序构建的短花针茅性状可塑性变化谱显示,各功能性状指标的可塑性指数均在重牧区最高,轻牧区最低;茎质量、叶质量、全株地上生物量对放牧响应敏感,而茎基部直径、冠(丛)幅和比叶质量响应不敏感。(3)短花针茅对长期放牧的变异系数(CV)与其响应程度(PI)之间符合指数方程y=0.08+0.18e~(1.61 x)(R~2=0.53,P0.05),植物功能性状的变异性与性状对放牧的响应强度呈正相关关系。(4)影响地上生物量的因子中,表型功能性状中的冠(丛)幅、平均叶长、叶片数量和总叶面积的贡献率之和达到72.93%。研究认为,随着放牧强度增强,短花针茅的变异性增大、可塑性增强,这可能是短花针茅能够成为建群种的生态响应机制。     

气候变化对内蒙古中部草原优势牧草生长季的影响

研究温性典型草原优势牧草生长季与气候因子变化的关系,对于监测草地环境变化及保护利用,评估区域气候变化对优势牧草生长的影响,指导畜牧业生产等具有重要的科学意义和实践价值.基于内蒙古中部草原3个牧业气象试验站1983-2009年克氏针茅和羊草的物候期、气象资料,对返青、黄枯日期、生长季与气温、降水量之间的关系进行了统计分析.结果表明:(1)27a间,该区的年、春季、夏季和秋季平均气温均呈显著升高趋势,春季升温幅度最大,气候倾向率为0.71-0.84℃/10a;各时段降水量变化除春季呈微量增加趋势外,总体呈减少态势.可见,内蒙古中部温性典型草原区暖干化趋势明显.(2)27a间,锡林浩特克氏针茅和羊草返青日期表现为推后趋势,并与4月降水量呈显著正相关;镶黄旗和察右后旗克氏针茅和羊草返青日期呈提前趋势,并与3-5月气温、降水量呈显著负相关,气温每升高1℃、降水量每增加10mm,优势牧草返青日期约提前3.0-5.1d和1.3-2.1d.(3)该区克氏针茅和羊草黄枯日期均呈提前趋势,与8-9月气温均呈显著负相关,降水量为正相关,气温每升高1℃,克氏针茅黄枯日期提前1.7-10.7 d,羊草黄枯日期提前3.5-11.3d,降水量的影响相对较弱.(4)该区克氏针茅生长季延长趋势明显,羊草生长季缩短趋势明显.克氏针茅生长季与4-10月均温正相关系数最大,羊草生长季与水热系数的正相关系数最大.     

短花针茅荒漠草原土壤微生物群落组成及结构

为详细了解内蒙古短花针茅荒漠草原生态系统中土壤微生物群落组成与结构。对其土壤中微生物的总DNA提取后,采用高通量测序技术对土壤中细菌的16Sr DNA和真菌的ITS基因进行了序列测定,分析了短花针茅荒漠草原土壤中微生物群落结构特征。结果表明,共获得细菌OTUs13711个,真菌OTUs 5929个。物种分类显示,细菌种类隶属于29门57纲111目191科485属,其中优势类群为Gammaproteobacteria和Thermoleophilia,它们的相对丰度分别为32.68%和26.83%。真菌隶属于4门16纲45目78科105属,优势类群为Ascomycota和Basidiomycota,它们的相对丰度分别为35.76%和25.90%。土壤中细菌群落的多样性和丰富度均高于真菌。     

锡林郭勒盟气候干燥度的时空变化规律

以锡林郭勒盟15个气象站点1981—2007年的月平均气温、月累积降水量数据为基础,在Arcgis软件的支持下,得到DeMartonne干燥度的空间数据。研究结果表明,锡林郭勒盟27a平均干燥程度自东向西递增;1981—2007年,锡林郭勒盟整体上表现出干燥度数值下降、干旱程度上升的趋势;从干燥度的年代,20世纪80年代和90年代是锡林郭勒盟气候相对湿润时期,21世纪初期,锡林郭勒盟大部分地区的气候呈现干燥度值减小、干燥程度加大的趋势,干性干旱区在空间分布上占据了主导地位,结果也打乱了原有的气候带状交替格局。21世纪初与20世纪80年代相比,各干燥度等值线的位置均发生了明显的东移现象。     

内蒙古羊草草原植物种能量含量及其在群落中的作用

根据11a的野外实验对内蒙古羊草草原群落42种植物的能量含量（含灰分）及其在群落中的相对生物量进行了研究。不同植物种地上部分的能量含量在（13156±1141）J／g和（18141±527）J／g之间变动,所有物种的平均能量含量为（16899±840）J／g,种间变异系数4．9％。小叶锦鸡儿具有最高的能量含量。禾草的平均能量含量高于杂草。根据生活型和生长型,草本物种被进一步分组,能量含量从高到低的排列顺序为：高禾草（17717±92）J／g〉豆科植物（17228±433）J／g〉矮禾草（17250±218）J／g〉其余杂草（16784±529）J／g〉半灌木（16719±69）J／g〉1、2年生植物（15911±1759）J／g。42种植物的能量含量和它们在群落中的相对生物量存在显著正相关关系。根据它们在群落中的构成比例进行分组,以物种在群落中的相对生物量为权重,各组能量含量依次为：优势种（17740J／g）〉伴生种（17244J／g。）〉偶见种（16653J／g）。高能量含量的植物更具竞争力,在群落中通常占据优势地位,而低能量含量的植物竞争力通常较弱,构成草原群落的伴生种或偶见种。     

不同放牧率对大针茅种群结构的影响

 采用连续放牧的方式研究了不同放牧率对大针茅(Stipa grandis)种群结构的影响。研究结果表明：在一定放牧率范围内,单丛分蘖密度随着放牧率的增加而增加,超过这个范围,单丛分蘖密度下降;单位面积生殖枝数、结实数和种子重随放牧率的增加而下降,种子千粒重在轻度和中度放牧率下最大;不同年龄株丛的分蘖密度存在很大差异,老龄株丛的分蘖密度最大,其次是成年株丛,幼龄株丛最小;轻度和中度放牧率能够刺激成年和老龄株丛分蘖,增加其单丛分蘖密度;老龄株丛在种群的有性生殖中占有重要地位,其生殖枝数目高于成年株丛。     

内蒙古地区刺叶柄棘豆(Oxytropis aciphylla Ledeb.)种群遗传多样性分析

用ISSR分子标记对内蒙古地区刺叶柄棘豆(Oxytorpis aciphylla Ledeb.) 5个地理种群进行了种群遗传多样性分析。结果表明：刺叶柄棘豆种群具有较高的遗传多样性,11个ISSR引物扩增出215条带,总的多态位点百分率为98.14%,Shannon多样性指数I=0.2108,Nei基因多样性指数 H=0.341 6,种内总基因多样性(H_t) 为0.2108,种群内基因多样性(H_s)为0.160 4, 大部分遗传变异(76.11%)的遗传变异存在于种群内, 23.89%的遗传变异存在于种群间。遗传分化系数(Gst)为0.238 9,基因流(Nm)为1.592 9。5个居群间已有遗传分化趋势,遗传漂变不会引起遗传分化。UPGMA遗传距离聚类结果表明, 5个地理种群中,植被类型为荒漠草原的4个种群之间遗传距离较近,与1个荒漠种群距离较远。     

内蒙古呼伦贝尔草甸草原的草地退化等级数量分析

采用样方取样方法实地调查内蒙古呼伦贝尔草甸草原的植物群落特征,利用植被和土壤数据,应用系统聚类分析方法对其草地退化等级进行定量划分.结果表明:(1)植被指标聚类可将草地划分为3个等级,即轻度退化、中度退化和重度退化草地,而利用土壤指标聚类则划分为2个等级,其中轻度退化和中度退化草地的土壤状况相似合为一个等级,重度退化草地为另一个等级;(2)随着放牧梯度的变化,植被和土壤都发生了变化,中度退化草地植被变化大,而土壤变化不大;(3)内蒙古呼伦贝尔草甸草原为同一草地利用单元,所划分的草地退化等级系列是由放牧引起的.