羊草+大针茅草原退化群落优势种群空间点格局分析

草原退化的特征主要表现为群落生产力的大幅下降和植物个体的小型化, 同时, 退化的草原生态系统与一定强度的放牧压力保持平衡而相对稳定。该文应用摄影定位法测定了羊草+大针茅草原退化群落中4个优势种群羊草(Leymus chinensis)、米氏冰草(Agropyron michnoi)、大针茅(Stipa grandis)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)的空间格局。点格局分析结果表明: 在空间分布格局上, 4个优势种群均偏离完全随机模型和泊松聚块模型, 而符合嵌套双聚块模型, 也就是说, 其空间格局表现为聚集分布, 且在大聚块中分布着较高密度的小聚块。严重退化的草原群落中优势种群的嵌套双聚块空间分布格局当属一种集体行为, 是种群适应过度放牧压力的一种表现形式, 为过度放牧导致的退化草原群落的主要特征之一。这种生态学现象同植物个体小型化一样, 是种群易化(正相互作用)的结果。在过度放牧的胁迫下, 种群通过改变个体性状及个体在空间的分布状况实现自我帮助, 以抵御外界的放牧压力达到自我保护, 从而维持退化草原生态系统与放牧压力间的相对平衡。     

降水变化对内蒙古典型草原地上生物量的影响

降水格局的变化是气候变化影响干旱和半干旱区草原植物群落结构和功能的关键过程。作为植物群落结构和功能的基本组成单位——植物功能群——对气候变化的响应差异明显。有关不同植物功能群如何响应降水格局的研究, 有助于揭示气候变化对干旱与半干旱区生态系统关键功能与过程稳定性的变异机制。该文利用1982-2015年的典型草原群落地上生物量长期动态监测数据及其所对应的气候数据, 系统揭示降水变化对干旱与半干旱区生态系统生产力的影响。主要研究结果如下: 1) 1982-2015年内蒙古典型草原区降水变化特征明显, 主要表现在降水集中度呈显著的降低趋势; 小降水事件(≤5 mm)明显增多。2)降水变化导致群落生物量呈下降趋势。其中, 多年生丛生禾草的生物量呈上升趋势; 一二年生植物、多年生杂类草、多年生根茎禾类草的生物量均呈下降趋势。3)群落生物量与生长季降水量、降水集中度呈显著的正相关关系。各功能群中, 多年生杂类草、半灌木和生长季降水量呈显著正相关关系, 灌木与降水集中度呈显著负相关关系。4)群落生物量与各等级降水的频率相关性均不显著, 但与I-II类(0.1-10 mm)降水贡献率显著负相关。各功能群中, 多年生杂类草与I类降水(0.1-5.0 mm)的发生频率和降水贡献率均呈显著的负相关关系, 与VI类降水(20-25 mm)的发生频率和贡献率均呈显著的正相关关系。多年生根茎禾类草和VIII类降水(>35 mm)的发生频率和贡献率均呈显著的正相关关系。说明小降水事件的增加将显著降低群落的地上生物量, 小降水事件对干旱、半干旱区植被生长具有重要的生态学意义。     

放牧对草地生态系统服务和功能权衡关系的影响

内蒙古草原是我国北方的重要生态屏障和绿色畜牧业基地, 放牧是草原生态系统的主要利用和管理方式, 在放牧管理中充分发挥生态系统某一项或几项服务和功能最大利用价值时, 往往会与其他服务(功能)发生冲突, 需要权衡多项生态系统服务和功能, 制定合理的放牧管理制度。该研究以内蒙古锡林郭勒典型草原为例, 通过设置不放牧、轻度放牧、中度放牧以及重度放牧的放牧梯度, 从多项生态系统服务和功能权衡的角度比较了最适放牧管理强度。结果显示, 在放牧管理的草地生态系统服务和功能的权衡中, 权衡、协同、不相关关系同时存在, 如土壤呼吸速率与植物群落净生长量、生物多样性与植物群落净光合速率表现为权衡关系, 植物群落净生长量分别与土壤含水量、植物群落净光合速率及草地蒸散速率存在协同关系, 土壤有机碳含量与其他服务或功能间呈不相关关系; 放牧能不同程度地削弱多项生态系统服务及功能间的权衡关系(冲突对立关系); 中度放牧条件下的多项生态系统服务及功能的协同性最佳。     

退化草原的恢复状态:气候顶极或干扰顶极?

针对世界性的草原普遍退化,以及人类利用的影响问题,该文阐述了生态系统恢复、生态演替中气候顶极、环境变化与草原状态转移、放牧利用与干扰顶极,以及人工辅助干预恢复,提出了退化草原生态系统恢复的路径与状态模式。该文特别强调:应该以生态系统为视角开展退化草原恢复,而非仅考虑植被或土壤等单一过程;同时注重干扰下的退化草原恢复,其恢复状态可能存在多个选择。退化草原恢复包括3种基本方式:1)依渐进式恢复的生态演替理论,在环境条件较好,退化程度处于中轻度的草原,借助系统自组织性,以“自然演替”能够达到顶极或近顶极状态; 2)人工辅助干预恢复:对重度或极度退化草原,突破由于非生物(土壤物理、养分等)与生物(植物定植、物种相互作用等)因素带来的限制,使用工程、物理、化学及生物生态等方法,可以恢复到某种平衡或稳定状态,或者顶极状态;3)放牧干扰恢复:通过适度家畜放牧,调控生态系统基本结构(物种组成、多样性)、主要过程(生产力形成、养分循环、反馈作用),进而促进与维持较高的草原生态系统多功能性与稳定性,对于处于中轻度的退化草原可以选择这种恢复方式。总之,退化草原恢复的目标是实现其长期稳定的生态系统多功能性。     

内蒙古典型草原区芨芨草群落适生生境

芨芨草群落是干旱与半干旱地区重要的植被资源,内蒙古典型草原区常在地形稍低的部位镶嵌有芨芨草群落,且芨芨草群落常与低洼湿草甸群落相连。为了探究芨芨草群落的适生生境,在锡林郭勒盟典型草原区选取了4个代表性调查区,从芨芨草群落及其相邻群落分布的地形特征、调查区的地下水埋深、1 m深土层的土壤电导率、土壤pH值和土壤质地等指标上对芨芨草适生生境进行探究,结果表明,芨芨草群落在内蒙古典型草原区常分布在河漫滩和丘间蝶形洼地地区,呈现出由高程梯度导致的与地带性针茅群落、湿草甸群落带状分布的特点,导致这种成带分布的原因与地下水埋深及地表径流有关,芨芨草群落生境的地下水埋深一般在1-3 m且有地表径流的补充;芨芨草群落耐盐碱性强,其生境也与反映土壤盐分含量的土壤电导率和土壤pH值有关;但芨芨草群落生境的形成不是由土壤机械组成所致。     

芦苇、香蒲和藨草3种挺水植物的养分吸收动力学

采用常规耗竭法研究了浅水富营养化湖泊———乌梁素海湖滨植被带3种挺水植物芦苇、香蒲和藨草对H2PO-4、NH+4、NO-3的吸收动力学特征及差异。结果表明:3种挺水植物吸收H2PO-4时,藨草的吸收速率显著大于芦苇和香蒲,但三者对低浓度H2PO-4的适应能力均无显著差异;藨草对NH+4和NO-3的吸收速率均显著大于芦苇和香蒲,且在低浓度NO-3环境下仍能吸收该离子,但对低浓度NH+4环境的适应能力较差;与藨草相比,香蒲对NH+4的亲和力最强,吸收低浓度NH+4的效果最好。3种植物对NH+4的吸收能力均大于NO-3。挺水植物的养分吸收特征具有物种特异性并受根系结构的影响。利用植物的养分吸收特征,在富营养化湖泊生态修复中适宜用藨草治理含高浓度H2PO-4,NH+4和NO-3的水体,修复到一定程度后再种植香蒲来维持水质。     

什么是可持续性科学

可持续发展是我们时代的主题,也是人类面临的最大挑战.自20世纪70年代,尤其是近20年来,可持续发展的概念日益频繁地出现在学术文章、政府文件以及公益宣传和商业广告之中.然而,为可持续发展提供理论基础和实践指导的科学——可持续性科学——是在21世纪初才开始形成的.该科学在短短的十几年中迅速开拓、不断发展,正在形成其科学概念框架和研究体系.中国是世界大国,是可持续性科学的哲学思想——“天人合一”——的故乡,有必要承担起时代之重任,在追求“中国梦”的同时促进全球可持续发展,并积极参与进而引领可持续性科学的研究和实践.为了帮助实现这一宏伟而远大目标,本文拟对可持续性科学的基本概念、研究论题和发展前景作一概述.可持续性科学是研究人与环境之间动态关系——特别是耦合系统的脆弱性、抗扰性、弹性和稳定性——的整合型科学.它穿越自然科学和人文与社会科学,以环境、经济和社会的相互关系为核心,将基础性研究和应用研究融为一体.可持续发展的核心内容往往因时、因地、 因人而异.因此,可持续性科学必须注重多尺度研究,同时应特别关注 50到100年的时间尺度和景观以及区域的空间尺度. 景观和区域不但是最可操作的空间尺度,同时也是上通全球、下达局地的枢纽尺度.可持续性科学需要聚焦于生态系统服务和人类福祉的相互关系,进而探讨生物多样性和生态系统过程,以及气候变化、土地利用变化和其他社会经济驱动过程对这一关系的影响.我们认为,景观和可持续性是可持续性科学的核心研究内容,也将是可持续性科学在以后几十年的研究热点.     

内蒙古主要草原类型植物物候对气候波动的响应

物候是气候变化的指示者,由于不同地区植被类型不同,导致其对气候波动的响应方式不同。利用2004—2013年内蒙古草原区生态监测站群落优势种物候观测资料和同时段的气象资料,分析了不同草原类型区优势种物候期变化及其与气候因子间的相互关系,结果表明:(1)2004—2013年内蒙古草原区各时段气候波动趋势均不显著,返青前以气温降低、降水增加趋势为主;黄枯前草甸草原、典型草原以气温降低、降水增加趋势为主,荒漠草原变化趋势相反。(2)2004—2013年典型草原植物返青期平均提前4.01 d,黄枯推后10.35 d,生长季延长14.36 d;草甸草原返青期提前2.04 d,黄枯期推后12.68 d,生长季延长14.72 d;荒漠草原物候变化趋势最小,返青期平均提前了1.32 d,黄枯期平均推后了9.58 d,生长季延长了10.90 d。(3)内蒙古草原区植物返青期主要受气温波动的影响,草甸草原返青期与前3个月平均气温的负相关最为显著,气温每升高1℃,返青期约提前1.123 d;典型草原、荒漠草原返青期与前2个月平均气温的负相关最为显著气,气温每升高1℃,返青期约提前1.137 d和1.743 d。(4)典型草原区植物黄枯期受前1—2月平均气温和累积降水的共同影响,与夏季平均气温和当月降水量的相关最为显著,夏季气温每升高1℃,黄枯期约提前2.250 d,当月降水每增加1 mm,黄枯期约推后0.119 d。草甸草原、荒漠草原植物黄枯期与各时段降水、气温的相关均不显著,影响黄枯机制比较复杂。     

典型草原退化群落不同恢复演替阶段羊草种群空间格局的比较

羊草(Leymus chinensis)为典型草原群落的主要建群种之一, 在群落中扮演着重要角色。应用摄影定位法测定处于不同恢复演替阶段的羊草种群空间格局, 通过点格局、种群空斑、种群领地及种群领地密度等方法分析发现, 羊草种群在恢复演替过程中经历了种群增长和种群衰退的过程。在此过程中, 羊草种群数量出现最高点, 此点之前, 种群拓殖大于自疏, 种群整体增长; 此点之后, 种间竞争及种内竞争致使种群衰退, 而种间竞争占主导地位, 种内竞争相对较弱。羊草种群的增衰导致种群空斑发生变化, 从而引起种群格局类型发生相应的变化, 表现为在恢复21 a的群落中, 羊草种群在10 m×10 m的取样范围内表现出两种格局分布类型: 在0~4.85 m之间呈现聚集分布, 当尺度大于4.85 m时, 则表现为随机分布; 在恢复8 a的群落中, 羊草种群在10 m×10 m的取样范围内出现3种格局分布类型: 在0~3.01 m之间呈聚集分布, 在3.01~3.37 m之间为随机分布, 当尺度大于3.37 m时则表现为均匀分布; 在严重退化群落中, 羊草种群在整个10 m×10 m测定尺度上呈现聚集分布。由此可见, 羊草种群格局在恢复演替过程中是变化的, 这种变化主要由群落剩余资源驱动下的种群拓殖及种内种间竞争所致。     

内蒙古草甸草原与典型草原地下生物量与生产力季节动态及其碳库潜力

地下根系是草原生态系统的重要组成部分,其生物量及其净生产力对地下碳库具有直接与间接作用,分析地下生物量季节动态与周转对深入揭示草原生态系统碳库动态及其固碳速率与潜力具有重要意义。应用钻土芯法对不同利用方式或管理措施下内蒙古草甸草原、典型草原地下生物量动态及其与温度、降水的相关性研究表明:草甸草原和典型草原地上生物量季节动态均为单峰型曲线,与上月降水显著正相关(P0.05),但地下生物量季节动态表现为草甸草原呈"S"型曲线,典型草原则是双峰型曲线,与温度、降水相关性均不显著(P0.05);两种草原根冠比和地下生物量垂直分布均为指数函数曲线,根茎型草原地下生物量集中在土壤0—5 cm,丛生型草原地下生物量集中于土壤5—10 cm,根冠比值在生长旺季(7—8月份)最小。草甸草原地下净生产力及碳储量范围分别为2167—2953 g m-2a-1和975—1329 gC m-2a-1,典型草原为2342—3333 g m-2a-1和1054—1450 gC m-2a-1,地下净生产力及其碳储量约为地上净生产力及其碳储量的10倍,具有较大的年固碳能力,且相对稳定;地下净生产力与地上净生产力呈显著负相关性(P0.05);地下生物量碳库是地上生物量碳库的10倍左右,适度放牧可增加地下生产力,但长期过度放牧显著降低其地下生物量与生产力,并使其垂直分布趋向于浅层化。