荒漠草原植被及土壤生态化学计量对降水的响应

利用遮雨棚技术对宁夏盐池县荒漠草原降水量进行人为调控，分析了不同降水梯度[33%、66%、100%(正常降水)、133%和166%]下植物群落地上部分和地下部分，以及土壤的生态化学计量特征，以探讨不同降水梯度对荒漠草原生态系统化学计量学特征的影响。结果表明：1)植物群落地上部分碳(C)随降水的增加逐渐减少，氮磷比(N:P)在正常降水下显著(P <0.05)高于降水量增加的处理；植物群落地下部分C、氮(N)、磷(P)随着降水梯度增大而先减后增，且地下部分C、C:N、C:P均在66%降水处理下显著(P <0.05)高于其他梯度。2)土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)随降水量的增加而增加；同一增水梯度下，表层土壤的SOC、TN和TP显著(P <0.05)高于深层土层。3)土壤SOC与植物群落地上部分P含量存在显著负相关(P <0.05)，植物群落其他部分和土壤C、N、P无显著相关(P> 0.05)。研究结果表明，降水变化可改变植物养分分配，增加土壤养分积累，但降水变化过程下荒漠草原植物与土壤间元素耦合关系整体较弱。     

降水量对荒漠草原植物群落多样性和C:N:P生态化学计量特征的影响

基于2014年在宁夏荒漠草原设立的降水量变化的野外模拟试验平台(年均降水量减少50%、减少30%、增加30%、增加50%以及对照),研究了植物群落多样性和C:N:P生态化学计量特征的变化,并分析了二者间的关系。结果表明,减少降水量降低了白草(Pennisetum centrasiaticum)种群生物量,但对其他物种种群生物量和群落生物量无明显影响。适量增加降水量促进了多数植物生长,提高了Shannon-Wiener多样性指数和Patrick丰富度指数。但过量增加降水量抑制了苦豆子(Sophora alopecuroides)和猪毛蒿(Artemisia scoparia)生长、降低了Shannon-Wiener多样性指数;减少降水量对植物群落C:N:P生态化学计量特征影响较小。增加降水量降低了植物群落全碳、全氮和N:P;植物种群生物量与植物群落C:N以及土壤含水量存在较强的正相关关系,与植物群落全氮和全磷存在较强的负相关关系。植物群落多样性指数与土壤含水量、植物群落C:N以及土壤C:N存在较强的正相关关系,与植物群落全氮、全磷以及N:P存在较强的负相关关系。以上结果表明改变短期降水量荒漠草原植物群落组成不仅与土壤水分有效性密切相关,而且受植物N和P摄取能力的调控。     

养分添加和降水变化对荒漠草原植物群落物种多样性和生物量的影响

本研究旨在探讨荒漠草原植物群落物种多样性及生物量对养分添加和降水变化的适应策略,以期为退化荒漠草原的恢复和管理提供理论基础。本试验在宁夏荒漠草原开展了养分添加和降水变化野外控制试验,通过测定植物群落物种数及生物量,研究养分添加和降水变化对荒漠草原植物群落物种多样性和生物量的影响。结果表明：养分添加显著降低禾草丰富度（P<0.05）;减少50%降水显著降低Shannon-Wiener指数和物种总丰富度,增加50%降水显著增加物种总丰富度（20.5%～28.2%）（P<0.05）;养分添加和增加50%降水显著提高植物群落盖度和生物量（P<0.05）;减少50%降水条件下,养分添加处理与不添加处理相比植物群落地上生物量显著提高（54.3%～75.6%）（P<0.05）;植物群落地上生物量与Shannon-Wiener指数和物种总丰富度呈显著正相关（P<0.05）。研究表明：减少50%降水条件下,养分添加能够缓解水分对荒漠草原植物生长的限制,其中氮磷钾添加缓解效果优于氮添加。     

降水量及N添加对宁夏荒漠草原土壤C:N:P生态化学计量特征和植被群落组成的影响

为了解降水格局改变和大气氮(N)沉降增加背景下土壤碳(C)∶N∶磷(P)平衡关系的改变是否会影响到荒漠草原植被群落组成, 基于2017年在宁夏荒漠草原设立的降水量(降水量减少50%、降水量减少30%、自然降水量、降水量增加30%和降水量增加50%)、N添加(0和5 g·m^-2·yr^-1)及其交互作用的野外试验, 初步分析了土壤C∶N∶P生态化学计量特征和植物群落组成的变化趋势以及二者的关系。结果表明, 增加降水量降低了土壤有机C、全N和N∶P。N添加及其与降水量的交互作用对土壤C∶N∶P生态化学计量特征的影响较小; 适量增加降水量刺激了多数植物生长, 提高了群落多样性。过量增加降水量导致猪毛蒿种群生物量急增, 且N添加对降水量效应有促进作用, 从而降低了群落多样性; 土壤含水量、全N、有机C和N∶P与种群生物量关系较为密切, 土壤含水量、有机C、C∶P和C∶N与多样性指数存在较强的相关关系。以上结果意味着降水量会通过调控土壤水分有效性, 改变土壤与植物之间N和P的满足程度, 从而对植物生长策略和群落多样性产生影响; 短期N添加对土壤养分有效性影响较小。因此, 还需通过长期的原位试验, 对N添加及其与降水量交互作用下土壤C∶N∶P计量平衡与植物群落组成的关系进行深入探讨。     

荒漠草原植物群落特征及土壤碳氮含量对增温和增水的响应

为探究全球气候变化对草地植物群落特征和土壤养分含量的影响,在模拟增加温度（T0：自然温度;T1：自然温度增加2℃;T2：自然温度增加4℃）和增加降水量（W0：环境降水量;W1：环境降水量增加25%;W2：环境降水量增加50%）的7～8年后,调查了内蒙古荒漠草原植物群落特征并测定了土壤碳和氮含量。结果表明：增温、增水及其交互作用显著降低了荒漠草原植物群落中多年生禾草和半灌木的重要值,而显著增加了多年生杂类草和一年生植物的重要值。此外,增温、增水和同时增加温度和降水量对物种多样性、土壤碳和氮含量的影响并不显著;随着温度和降水量的增加,物种多样性指数和土壤碳、氮含量呈上升趋势。回归分析表明：土壤微生物量碳和氮与植物功能群重要值显著相关（P<0.05）,而土壤全碳和全氮与物种多样性显著相关（P<0.05）,这说明长期增温和增水可能通过调节土壤碳、氮含量对荒漠草原植物群落特征产生影响。研究结果为气候变化下荒漠草原的可持续发展提供数据依据。     

水氮耦合对荒漠草原植物物种多样性及生物量的影响

为了研究大气氮沉降和降水变化对荒漠草原物种多样性及地上、地下生物量的影响,设置自然降雨(CK)、增雨30%(W)和减雨30%(R)3个水分处理及0(N0)、30(N30)、50(N50)和100 kg·(hm2·a)-1(N100)4个氮素(NH4NO3)水平(其中不包括大气氮沉降),进行水氮交互试验。结果表明,1)CK×N和R×N处理下荒漠草原物种多样性随着施氮量增加,整体呈现先上升后下降的趋势,N30水平达到最大,W×N处理下随着施氮量增加物种多样性显著降低(P0.05)。2)对比W×N0处理,CK×N0和R×N0处理地上生物量显著增加(P0.05)。水氮交互作用下,随着施氮量增加,CK×N和W×N处理有助于地上生物量显著增加(P0.05),R×N处理地上生物量有增加的趋势。水氮交互作用对一、二年生植物有显著影响(P0.05),地上生物量整体呈现(W×N)(CK×N)(R×N)。3)不同水氮交互作用下,地下生物量随土层增加逐渐减少,主要集中在0-30 cm土层,W×N处理可促进根系向深层土壤生长。在CK×N和R×N处理下,随着施氮量增加,荒漠草原物种地下生物量整体呈现先上升后下降的趋势,W×N处理随着施氮量增加地下总生物量显著增加(P0.05)。4)CK×N30和R×N30处理下,根冠比显著降低(P0.05)。以上结果说明,荒漠草原植物物种多样性及生物量与水分及养分有密切关系。     

降水变化对荒漠草原植物群落生物量及其权衡关系的影响

本研究依据中国常用的降水年型划分标准，结合研究样地当年降雨量数据，把降水年型划分为丰水年和枯水年。为探讨不同降水年型(丰水年和枯水年)下荒漠草原植物群落地上-地下生物量及其权衡关系对降水变化的响应策略及其驱动机制，本研究依托2017年在宁夏荒漠草原建立的全球变化试验样地，选择自然降水(CK)、增加50%降水(CK+50%)和减少50%降水(CK-50%)处理，在丰水年和枯水年测定不同处理植物群落及功能群生物量。结果表明：在枯水年，CK+50%显著增加植物群落地下和总生物量；在丰水年和枯水年，CK-50%均显著降低豆科和禾本科地上生物量，而显著增加群落根冠比；在丰水年和枯水年，CK+50%生物量权衡比更倾向于地上，而CK-50%生物量权衡比趋向地下；荒漠草原降水变化主要通过直接影响豆科和禾本科地上生物量进而间接影响植物群落地上生物量，进而影响群落总生物量。本研究结果表明，无论是丰水年还是枯水年，不同功能群植物生物量及其比例对降水变化的响应有所不同。     

两种灌丛化草原小叶锦鸡儿的叶片化学计量特征

本研究分析了内蒙古19个灌丛化草原样地（典型草原区11个、荒漠草原区8个）的小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）叶片碳（Carbon，C）：氮（Nitrogen，N）：磷（Phosphorus，P）化学计量特征。结果显示：典型草原中小叶锦鸡儿叶片C含量，C：N，C：P，N：P显著低于荒漠草原，N，P含量显著高于荒漠草原；小叶锦鸡儿叶片N，P含量与土壤N，P含量呈正相关关系，叶片C含量与C：N，C：P呈正相关关系，叶片N与P含量呈正相关关系；小叶锦鸡儿叶片化学计量特征具有环境可塑性；叶片C含量在两种草原类型中，随年平均降水量（Mean annual precipitation，MAP）和年平均气温（Mean annual temperature，MAT）的变化趋势不一致；叶片N，P含量与MAP呈正相关关系，与MAT呈负相关关系；叶片C：N，C：P，N：P与MAP呈负相关关系，与MAT呈正相关关系；小叶锦鸡儿的生长主要受P限制。本研究结果有助于了解小叶锦鸡儿的养分利用策略，并为灌丛化草原植被的保护和恢复工作提供参考。     

荒漠草原沙漠化对土壤养分与植被根冠比的影响

以空间代替时间的方法,通过对宁夏中北部荒漠草原不同沙漠化阶段草地土壤养分与植被生产力的研究,探讨土壤养分和植被根冠比对草地沙漠化的响应特征,以期为干旱与半干旱地区荒漠草原的生态恢复与重建提供科学依据。结果表明:随着荒漠草原沙漠化程度的增加,植被地上、地下生物量呈现减小的趋势,但是轻度沙漠化阶段植被地上、地下生物量均大于潜在沙漠化阶段。植物根冠比随着草地沙漠化程度加剧而减小,而重度沙漠化阶段植物根冠比比中度沙漠化阶段增加了36%;随着草地沙漠化程度的加剧,土壤有机碳、全磷、全氮、速效钾和速效氮含量均呈降低趋势;在草地沙漠化过程中,土壤养分的积累减弱导致土壤肥力降低,草地生产力下降。     

放牧和模拟降水对短花针茅荒漠草原植物功能群多样性的影响

为探究放牧和降水变化对植物功能群的影响,本文以内蒙古短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原为研究对象,开展了野外控制试验。试验设置围封和适度放牧,分别进行模拟降水处理(减少降水量50%、自然降水、增加降水量50%、增加降水量100%),并在每年8月观测植物群落组成。结果表明：减水会降低植物功能群多样性、生物量和物种数量,增水有利于植物功能群多样性的提高。多年生丛生禾草多样性随降水量的增加而升高。同时,对降水梯度和功能群多样性进行拟合分析发现,降水量低于年降水量16%则不利于除灌木、半灌木外其他功能群植物的生长。围封草地增水67%～79%时,功能群的Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou指数值均较高,功能群多样性较高;由于放牧提高了植物的水分利用效率,放牧地各指数在增水26%～50%时较高,功能群多样性较高。综上,适度的放牧及水分补充有利于提高植物功能群多样性。     

宁夏荒漠草原不同群落生物多样性与生物量关系及影响因子分析

通过测定生物多样性各指标、地上－地下生物量、枯落物量、土壤理化因子以及土壤微生物量碳氮,研究了自然状态下荒漠草原6种群落生物多样性与生物量的关系及其影响因子。结果表明：荒漠草原不同群落丰富度、均匀度与多样性指数变化趋势一致;地上生物量与地下生物量呈指数关系,表明荒漠草原群落呈异速生长模式;生物多样性与地上生物量呈单峰曲线,与地下生物量呈线性关系,初步表明荒漠草原不同群落地上部分种间作用、资源利用程度基本一致,生物多样性抑制了地上生物量,但并没有抑制其地下生物量;地表枯落物与地下生物量呈极显著的线性相关关系（P ＜0．01）,初步表明了地下生物量更加依赖于地表枯落物。相关分析表明,荒漠草原生物多样性指数和生物量影响因子存在明显差异,自然条件下土壤含水量、有机碳、全氮以及有效养分对地下生物量贡献较大,土壤含水量和有机碳对地上生物量贡献较大,土壤微生物量碳和氮对群落多样性指数贡献较大。     

氮添加对内蒙古不同草原生物量及土壤碳氮变化特征的影响

以内蒙古草甸草原、典型草原、荒漠草原3种草原实验区草地植物群落为研究对象, 设置7种氮添加梯度, 分别为CK（0 g N·m^-2·a^-1）、N₁（5 g N·m^-2·a^-1）、N₂（10 g N·m^-2·a^-1）、N₃（15 g N·m^-2·a^-1）、N₄（20 g N·m^-2·a^-1）、N₅（25 g N·m^-2·a^-1）、N₆（30 g N·m^-2·a^-1）,应用单因素方差分析（One-way ANOVA）方法研究不同浓度梯度氮添加下不同草原类型区植被生物量、土壤碳氮差异及其影响因素。结果表明：1）氮添加并未对3种草原类型地下生物量产生显著影响（P>0.05）,但显著提高了草甸草原和荒漠草原地上生物量（P<0.05）,且本研究初步判断在N₃添加时接近饱和阈值, 整体上氮添加使内蒙古草原总生物量平均增加了29.66%,较干旱的荒漠草原对氮添加的响应较为明显。施氮肥使草甸草原的根冠比显著降低（P<0.05）,典型草原根冠比在N₃处理下显著增加（P<0.05）,但对荒漠草原影响不显著（P>0.05）。2）选择不同土层（0~10 cm、10~30 cm）分析氮添加对3种草地类型土壤有机碳、全氮含量的影响, 结果显示氮添加对草甸草原土壤碳氮含量没有显著影响（P>0.05）,对典型草原和荒漠草原土壤碳氮含量存在显著影响（P<0.05）,且0~10 cm土层对施氮的响应更明显。3）施氮条件下地上生物量与土壤C/N、年均降水显著相关（P<0.01）,地下生物量、总生物量均与土壤全氮含量、有机碳含量、土壤C/N、年均温、年均降水显著相关（P<0.01）。总的来说,不同类型的草地生态系统生物量及土壤碳氮含量对施肥的响应存在差异,这意味着草地恢复与管理过程中需要对养分的添加作用进行考虑。     

黄河源区高寒草原的植被退化与土壤退化特征

近几年,黄河源区高寒草原退化沙化明显。研究了黄河源区紫花针茅高寒草原在不同退化程度下植物群落、生物量和土壤的特征,结果表明,随着高寒草原退化程度加大,植被盖度、草地质量指数和优良牧草地上生物量比例逐渐下降,草地间的相似性指数减小,植物群落多样性指数和均匀度指数呈单峰式曲线变化规律。随着退化加剧,禾草地上生物量减少显著,杂草类植物地上生物量先增加后减少,而莎草科植物地上生物量的变化不受草地退化程度的影响。高寒草原土壤表层0～20 cm的植物根系随土壤深度的增加而减少,随草地退化程度的加剧呈倒“V”型变化。高寒草原物种多样性与生物量之间呈“V”型变化规律,随着退化程度增加,物种丰富度与生产力的关系由显著正相关转变为负相关。随着高寒草原的退化程度加剧,土壤湿度、土壤有机质、速效磷、硝态氮、速效钾的含量和土壤紧实度都减小。随着高寒草原植被的退化演替,土壤退化越来越严重,贫瘠化不断加剧,到重度退化阶段,旱生沙生植物出现,呈现沙化初始景观。     

极端干旱对内蒙古荒漠草原植物群落物种多样性和土壤性质的影响

在内蒙古希拉穆仁荒漠草原利用人工设置野外减雨措施(生长季5~8月减雨66%、6~7月减雨100%和自然降雨)探讨荒漠草原植物群落物种多样性和土壤理化性质对极端干旱的响应特征。结果表明:(1)极端干旱改变了荒漠草原植物群落结构组成,促使多年生根茎型及一二年生草本植物成为主要优势种。(2)减雨66%和减雨100%两种极端干旱处理显著降低了Margalef丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数(P<0.05),Simpson优势度指数只在减雨100%处理下显著降低(P<0.05),但对Pielou均匀度指数的影响均不显著。(3)除表层土壤含水量在减雨66%条件下显著降低(P<0.05)外,两种极端干旱处理对土壤容重、土壤有机碳含量、土壤全氮含量及土壤碳氮比(C/N)的影响较小。以上结果表明在植物生长季,极端干旱对荒漠草原群落的物种组成和多样性水平影响较大,但对土壤性质的影响较小。     

模拟降水对荒漠草原生态系统碳交换的影响

全球降水格局的改变势必会影响陆地生态系统的各项功能,而草地碳汇功能对水分的变化极为敏感.为探究不同降水梯度对生态系统碳交换产生的影响,于内蒙古四子王旗荒漠草原设置模拟降水试验(减水50％、自然降水、增水50％和增水100％),在2017年5月至9月,每隔15?d采用Li-6400便携式光合仪和密闭式箱法测定生态系统净碳...     

放牧对内蒙古不同类型草原植物和土壤总氮与稳定氮同位素的影响

为了探究过度放牧对不同草原生态系统氮（N）素的影响,选取内蒙古3种主要类型草原（草甸草原、典型草原和荒漠草原）为研究对象,分析了连续多年过度放牧对植物生物量与叶片、根系和土壤中总氮（TN）和稳定氮同位素（δ¹⁵N）值的影响。研究结果表明：过度放牧显著降低草原植被地上、地下生物量（P<0.05）;无牧条件下,3种主要类型草原植物叶片、根系和土壤的TN、δ¹⁵N值自东向西呈现下降趋势,并且所有植物叶片（R²=0.73, P<0.001）、根系（R²=0.86, P<0.001）的TN和δ¹⁵N表现出显著正相关;过度放牧降低了3种草原植物叶片、根系和土壤中TN、δ¹⁵N的值。综上所述,过度放牧对3种草地生态系统N循环造成不同程度的影响,因此我们应采取多样化的管理方式,使草原生态系统可持续发展。     

季节放牧对典型草原植物群落不同生长季特征的影响

在内蒙古典型草原区建立放牧试验平台,研究秋季、冬季和初春放牧对草地植物返青期土壤温湿环境和植物生长以及生长旺季植物群落地上生物量及其构成的影响。结果表明:在草地返青季,秋季放牧草地表层土壤湿度相对于其他处理显著降低,而温度相对升高;土壤表层湿度与草地枯落物总量、立枯量呈显著正相关;秋季和冬季放牧显著降低草地返青期的地上生物量;秋季放牧显著降低优势植物地上生物量;而初春放牧不影响草地返青期的群落生物量。在生长旺季,初春放牧草地群落及其高大优势植物大针茅和羊草的生物量显著增加,而其下层的糙隐子草和杂类草生物量显著减少。