基于植被指数的典型草原区生物量模型——以内蒙古锡林浩特市为例

利用遥感估测地上生物量是国内外生态学与地理学的研究热点。但基于植被指数的生物量回归模型结果差异较大,究竟哪种植被指数与哪种模型更适合典型草原的生物量反演,是现代草地遥感急需解决的问题之一。该文基于TM影像数据的不同植被指数(VI)差异性,分别选取了RVI(比值植被指数)、NDVI(归一化差异植被指数)、SAVI(土壤调节植被指数)、MASVI(修改型土壤调整植被指数)和RSR(简化比率植被指数)5种植被指数,与同期的内蒙古典型草原区地面实测地上生物量做相关分析,分别建立了5种植被指数与地上生物量的线性及3种非线性(对数、二次多项式、三次多项式)回归模型。研究结果表明:对于中国北方典型草原区而言,地上生物量与5种植被指数(RVI、NDVI、SAVI、MSAVI和RSR)均呈现出显著相关,但地上生物量与后4种植被指数是正相关,与RVI为负相关;利用5种植被指数(RVI、NDVI、SAVI、MSAVI和RSR)监测草地植被生物量的复相关系数均大于0.6,充分说明利用植被指数检测典型草原生物量是一种简单可行的方法;NDVI建立的生物量回归模型,其复相关系数大于其它4类植被指数(RVI、SAVI、MSAVI和RSR),说明NDVI-生物量模型优于植被指数RVI、SAVI、MSAVI和RSR 模型,其模拟地表生物量的效果好;对于TM影像来说,植被生物量的线性模型与3种非线性模型(三次多项式生物量模型、二次多项式生物量模型、对数模型)都表现出较好的模拟效果,都通过了0.01的显著性检验,而且该研究的结果显示出三次多项式生物量回归模型最优,其次是二次多项式生物量模型,再次是线性模型,相对较差的是对数模型。通过NDVI-生物量三次多项式回归模型模拟锡林浩特草原的生物量,可以看出整个研究区的地上生物量基本上是东高西低、东南高西北低的趋势,这与研究区的地形、气候及土地利用等多种因素有关。     

荒漠草原4种常见植物群落土壤酶活性比较

该研究以宁夏盐池县沙边子地区4种常见的植物群落苦豆子(Sophora alopecuroides)、芨芨草(Achnatherum splendens)、油蒿(Artermisia ordosica)和盐爪爪(Kalidium foliatum)为研究对象,通过对群落组成和土壤基本理化性质的研究,以及对脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶、蔗糖酶4种常见土壤酶活性的检测,分析了荒漠草原不同植物群落的土壤微环境。结果表明:(1)不同植物群落物种组成不同,且在研究区禾本科、菊科、藜科植物出现的频率相对较高。(2)不同植物群落土壤理化性质存在差异。苦豆子群落土壤容重较低,土壤全氮含量相对较高;芨芨草群落土壤pH明显较高,土壤有机碳含量相对较高;油蒿群落土壤水分含量较低,土壤全磷含量较低;盐爪爪群落土壤盐分含量显著高于其它植物群落。(3)不同植物群落土壤酶活性存在差异,其中芨芨草和油蒿群落的表层土(0~10cm)的土壤脲酶活性较高;油蒿和盐爪爪群落的土壤过氧化氢酶随着土层加深酶活性反而有升高趋势;苦豆子和芨芨草群落的土壤磷酸酶活性较高,盐爪爪群落各土层间磷酸酶活性无显著差异;4种群落土壤蔗糖酶活性普遍较低,且各土层间差异也不大。(4)不同植物群落的同种土壤酶活性间相关性不同。研究认为,根据不同植物群落特征及土壤特性,尤其是不同植物群落间土壤酶活性的相关性,可预测荒漠草原地区植物群落演替趋势,通过适度的人为调控,可使群落向进展方向演替。     

不同载畜率下瓣蕊唐松草的生长和繁殖对策

放牧是内蒙古草原最主要的利用方式, 而草原植物在不同放牧压力下的生长和繁殖策略是它们与有蹄类动物长期协同进化的结果。为了了解瓣蕊唐松草(Thalictrum petaloideum)的生长和繁殖策略如何响应载畜率的变化, 作者依托中国科学院内蒙古草原站的大型放牧实验平台, 从种群、个体和器官三个组织水平上研究了该物种对放牧强度的响应。结果表明: 1)在种群水平上, 随着载畜率的增加, 瓣蕊唐松草减少了生殖株丛数或不进行有性生殖生长。该实验条件下, 载畜率每hm ² 7.5只羊(夏季)是瓣蕊唐松草不再进行生殖生长的阈值; 2)在个体水平上, 随着载畜率的增加, 瓣蕊唐松草降低了株高和个体生物量, 减少了生殖枝、花朵和种子等生殖器官的数量。随着载畜率的增加, 瓣蕊唐松草生殖分配的调节从依赖于植株个体大小向不依赖于植株个体大小转变。3)在器官水平上, 随着载畜率的增加, 瓣蕊唐松草减少了生殖枝的花朵负荷, 提高了单粒质量。籽粒数量和籽粒质量之间的权衡是瓣蕊唐松草应对放牧干扰的重要机制。     

Effects of forage composition and growing season on methane emission from sheep in the Inner Mongolia steppe of China

Understanding the effects of dietary composition on methane (CH₄) production of sheep can help us to understand grassland degradation resulting in an increase of CH₄ emission from ruminant livestock and its resulting significance affecting CH₄ source/sink in the grazing ecosystem. The objective of this study was to investigate the effect of forage composition in the diet of sheep in July and August on CH₄ production by sheep in the Inner Mongolia steppe. The four diet treatments were: (1) Leymus chinensis and Cleistogenes squarrosa (LC), (2) Leymus chinensis, Cleistogenes squarrosa and concentrate supplementation (LCC), (3) Artemisia frigida and Cleistogenes squarrosa (AC), and (4) Artemisia frigida, Cleistogenes squarrosa and concentrate supplementation (ACC). CH₄ production was significantly lower in July than in August (31.4 and 36.2 g per sheep-unit per day, respectively). The daily average CH₄ production per unit of digestive dry matter (DM), organic matter (OM) and neutral detergent fiber (NDF) increased by 10.9, 11.2 and 42.1% for the AC diet compared with the LC diet, respectively. Although concentrate supplementation in both the AC and LC diets increased total CH₄ production per sheep per day, it improved sheep productivity and decreased CH₄ production by 14.8, 12.5 and 14.8% per unit of DM, OM and NDF digested by the sheep, respectively. Our results suggested that in degraded grassland CH₄ emission from sheep was increased and concentrate supplementation increased diet use efficiency. Sheep-grazing ecosystem seems to be a source of CH₄ when the stocking rate is over 0.5 sheep-units ha⁻¹ during the growing season in the Inner Mongolia steppe. Shiping Wang and He Zhou contributed equally to this work.     

内蒙古典型草原土壤固碳潜力及其不确定性的估算

以内蒙古锡林郭勒盟典型草原围封和放牧对照的实测数据为基础,比较了不同植物群落类型的碳储量和固碳量,并估算了重度退化草地完全恢复后的土壤固碳潜力.结果表明: 在局地尺度上,以羊草、大针茅和克氏针茅为优势种的3种植被类型的年均固碳量均随着围封年限的增加而减少.羊草和大针茅草原群落的碳储量显著高于克氏针茅草原群落,而在过牧导致的退化过程中,后者流失了更多的土壤有机碳,其固碳潜力高于前两者.在区域尺度上,内蒙古典型草原土壤表层0～20 cm的固碳潜力在-0.03×10⁴～3.71×10⁴ kg C·a^-1范围内变化,总固碳潜力为12.1×10⁸kg C·a^-1.不确定性分析发现,忽略石砾含量不会造成土壤固碳潜力估算值的较大偏差,而气象数据空间插值造成的误差为±4.7×10⁹ kg C·a^-1.假设未来生长季降水的平均变化值为-3.2 mm·(10 a)^-1时,土壤固碳潜力将减少1.07×10⁸ kg C·(10 a)^-1.     

荒漠草原蝗虫群落空间格局的研究

应用种－面积关系模型,计算出宁夏荒漠草原蝗虫群落最小调查面积;通过２×２联列表,用点相关系数和相关系数公式对蝗虫种间分布关系进行分析,用模糊聚类法将调查蝗虫划分为４个类群;以６项聚集指标和新提出的混合度指数,对９种蝗虫种群及群落分布型进行了分析,用主成分分析法进行了排序归类。最后依据种群数量、混合度指数、分布型相似性提出群落格局的“主导分布型”新概念,认为宁夏束颈蝗种群分布型为宁夏荒漠草原蝗虫群落空间格局的“主导分布型”     

高寒草甸生态系统中高原鼠兔和高原鼢鼠的捕食风险及生存对策

调查青藏高原高寒草甸生态系统中两种主要啮齿动物及其天敌动物的种群密度,分析天敌动物对两种啮齿类的捕食方式、捕食强度,探讨啮齿类动物的捕食风险及生存对策。研究结果表明,高原鼠兔和高原鼢鼠的种群密度分别为4．97只／hm^2和10．6只／hm^2,而它们的主要天敌赤狐、艾虎和香鼬的种群密度分别为0．16只／100hm^2、0．37只／100hm^2、3只／100hm^2。艾虎和香鼬在取食过程中主要搜寻啮齿类的洞道系统,全部食物几乎都来源于洞道系统内;赤狐或取食地面活动的鼠兔,或挖掘洞口待高原鼢鼠封闭洞口时取食猎物。高原鼠兔在赤狐、艾虎和香鼬的食物中所出现的频次分别为100％、96．1％、100％,高原鼢鼠在3种天敌动物的食物中所出现的频次分别为87．5％、73．2％、0％。3种天敌动物对高原鼠兔和高原鼢鼠的捕食强度分别为0．703％和0．038％,高原鼠兔和高原鼢鼠所承受的捕食风险分别为0．780和0．393。高原鼠兔在高的捕食风险下通过行为对策和繁殖对策增加其适合度,而承受捕食风险较小的高原鼢鼠主要通过封闭的洞道系统和高的存活率增加其适合度。     

内蒙古荒漠草原主要草食动物食性及其营养生态位

为探讨荒漠草原主要食草动物(绵羊、达乌尔黄鼠和亚洲小车蝗)的食性及其种间生态位变化与草原退化的关系,以内蒙古苏尼特右旗荒漠草原为研究对象,于2003年7-8月运用饱和链烷技术研究小针茅群落不同放牧强度下绵羊、达乌尔黄鼠和亚洲小车蝗的食性及其生态位变化.结果表明:随牧压的增大,群落中小针茅数量显著减少,猪毛菜比例随着增加;绵羊、达乌尔黄鼠、亚洲小车蝗3种食草动物的主要食物均来源于猪毛菜,且采食比例随牧压增大而递增;3种食草动物对牧草的选择性指数随牧压的变化而变化,双齿葱和多根葱优先被采食;三者生态位重叠程度很高且生态位宽度随牧压的增加而变窄.重度放牧改变了小针茅群落的植物组成,使其演替为猪毛菜群落,3种食草动物对草地资源存在激烈的竞争,因此,控制鼠、虫的种群密度,防止鼠、虫害的发生对保证放牧家畜的食物安全具有十分重要的现实意义.     

草原沙化与恢复中昆虫群落组成、营养结构及多样性变化研究

为了探讨草原沙化和人工固沙区植被恢复演替过程中昆虫群落组成、营养结构、多样性及稳定性的变化,在宁夏沙坡头自然保护区,利用随机和定点抽样法对上述二过程中不同地段的昆虫进行了调查。结果表明,随着沙化程度的增加和人工固沙区植被演替时间的延长,昆虫群落组成的复杂化和多样性呈现为负向和正向增加的变化趋势,但表现在群落组成结构、演替时间与方向上并不完全一致。随着沙化程度的加重,群落中天敌昆虫比率明显下降,在两个演替过程中,昆虫群落稳定性表现出下降趋势,但群落优势种的组成和不稳定机制明显不同。     

不同放牧率对内蒙古典型草原植物叶片解剖结构的影响

以内蒙古草原生态系统定位研究站15a长期放牧样地的7种主要植物(扁蓿豆、冰草、糙隐子草、冷蒿、小叶锦鸡儿、星毛委陵菜、羊草)为材料,通过对不同放牧率(无牧、轻牧、中牧、重牧)下植物叶片解剖结构(角质层厚度、表皮细胞面积、叶肉细胞面积、栅栏/海绵组织厚度、叶片厚度、中脉厚度)特征以及化学成分变化的研究,探讨不同植物对长期放牧的适应策略,从而为典型草原放牧演替规律提供理论依据.结果表明:总体上,植物角质层厚度随放牧率的增加而增加;而表皮细胞面积、叶肉细胞面积、叶片厚度等指标不同植物的反应不同.植物叶片化学成分(全N、全C、纤维素含量、叶绿素a+b及a/b)随放牧率的变化较小.放牧率对冰草、冷蒿、羊草的全C、全N、叶绿素和纤维素含量均没有显著影响(P＞0.05),但却显著降低了糙隐子草的比叶面积及星毛委陵菜和小叶锦鸡儿的叶绿素含量,提高了糙隐子草的纤维素含量及扁蓿豆叶片的全N含量(P<0.05).因此,不同植物对放牧的反应存在着明显的种间差异,其中植物角质层厚度、表皮细胞面积、叶片厚度和中脉厚度是植物对放牧响应最为敏感的指标.