京津风沙源治理工程不同恢复措施对草地恢复过程的差异性影响

中国北方草原区域作为我国北方重要的防沙治沙生态屏障,长期以来大规模投入实施了系列生态恢复工程。为了解不同恢复措施对草地恢复的影响异同,以京津风沙源治理工程的草原治理区域为研究对象,采用工程区内外对比法探索4种典型工程恢复措施及措施组合(围封禁牧、补播草种、小流域治理和基本草牧场建设)对草地群落物种组成、生产力构成和物种多样性的差异性影响。结果显示:1)各工程恢复措施均趋向增加群落的高度和盖度,其中围封禁牧草地的恢复最为明显;群落中禾本科、莎草科物种重要值增加,杂类草下降,群落建群种由克氏针茅、糙隐子草、百里香等较低矮物种转变为大针茅、羊草、羽茅等较高大的多年生禾草;2)各恢复措施均显著增加群落的地上生物量(P<0.05),但种植人工饲草的基本草牧场地下生物量显著下降,使得群落总生物量也显著减少(49%);只有围封禁牧措施使群落总生物量、地下生物量和地上生物量均显著增加;群落内C₃植物、多年生植物生物量比例趋向增加; 3)各工程恢复措施均未显著增加群落内物种丰富度,却均趋向减少群落物种均匀度,补播草种和基本草牧场建设区域Shannon-Wiener多样性指数下降达到显著水平。以上结果表明长期的恢复措施实施能明显恢复草地的植被覆盖和地上生产力水平,提高草地的饲草品质,有助于区域沙源固定、碳汇增加和饲草供应恢复,但长期的工程干预有可能对区域的植物群落物种多样性水平存在负面影响。     

内蒙古典型草原不同功能群生产力对凋落物去除的响应

通过对内蒙古典型草原围封23年的样地进行凋落物去除处理后,连续5年的植被调查研究,探讨凋落物对内蒙古典型草原地上生物量的影响及对群落各功能群生物量的影响。研究结果表明,凋落物的不同去除处理对同年植被地上生物量没有显著影响(P>0.05);相同处理不同年际间地上生物量差异显著(P<0.05)。但在处理后的第2年起,草原地上生物量随着凋落物去除程度的增加而增加。凋落物去除对各个功能群生物量的影响表现在处理后的第5年,中度去除条件下的多年生杂类草生物量明显多于重度去除处理和对照区(P<0.05);多年生丛生型禾草在重度处理区的生物量明显高于中度处理区(P<0.05),但二者与对照区均无显著差别(P>0.05);其余各年影响均不显著(P>0.05)。通过对各功能群生物量与总的地上生物量的相关分析得出:在重度去除处理下,地上生物量与禾草的地上生物量相关性较高,多年生杂类草其次。多年生根茎型禾草在中度处理区与地上生物量的相关性最高且显著(P<0.05),其次是一、二年生草本。对照区的多年生丛生型禾草与总地上生物量有显著相关性(P<0.05)。     

放牧强度对环青海湖高寒草原群落物种多样性和生产力的影响

通过2年的连续放牧试验,采用比较样地法,调查了不同放牧强度对环青海湖高寒草原生物多样性和生产力的影响,并探讨了植物物种多样性与草地生产力之间的关系,为高寒草原的合理利用提供基础资料。结果表明:物种丰富度和多样性指数随放牧强度的增加基本呈单峰变化,即在中度放牧下多样性最高,重度放牧下群落物种丰富度、多样性指数和均匀度指数均表现为最小;群落生产力随放牧强度的增加而降低(P<0.05);莎草科地上生物量差异不显著,禾本科和豆科生产力降低(P<0.05),杂类草生物量有增加趋势;禾草和豆科比例减小,莎草和杂类草比例增加;草地生产力与Simpson多样性指数和Alatalo均匀度指数呈显著的单峰函数关系(R²=0.910, P=20.027; R²=0.953, P=20.010),结合Simpson多样性指数和Alatalo均匀度指数才能更好地反映维持草地生产力水平的多样性指标。放牧强度是影响群落物种多样性和生产力及其关系的重要因素。     

羊草人工草地生物多样性与生产力关系研究

1984年在内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒牧场建立羊草人工草地,并对其进行了27年的定位观测,应用丰富度指数、Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数对羊草人工草地进行多样性动态、多样性影响因素以及多样性与生产力关系的研究。结果表明:(1)播种羊草后,植物群落发生明显变化,原以冷蒿、糙隐子草和冰草为主的退化草原逐渐形成了由羊草+一二年生植物组成的草原群落。(2)1984～2010年,丰富度指数呈先缓慢升高后逐渐降低的趋势;Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数都呈逐渐增加趋势,并与演替年限(t)存在指数回归关系,即Shannon-Wiener指数(DI)=0.786e0.035t(R=0.782,P<0.05)、Pielou均匀度指数(HI)=0.226e0.038t(R=0.843,P<0.05),且均达显著水平。(3)Shannon-Wiener指数与多年生禾草的生物量、密度呈显著的负相关关系,与蔷薇科和多年生杂类草的生物量、密度呈极显著的正相关关系。(4)演替前期,Shannon-Wiener指数与地上生物量呈负相关关系(r=-0.709,P<0.05);演替后期,二者呈正相关关系(r=0.867,P<0.05),即在不同的演替阶段二者表现出不同的相关关系。     

围封对内蒙古典型草原群落特征及土壤性状的影响

围封作为退化草原恢复与重建的重要措施之一,已被广泛应用于我国草原生态恢复工程中。为科学评价围封对退化草原的恢复效果,在内蒙古典型草原,选择围封及其对应的围栏外自由放牧草原,采用野外样方调查与室内分析相结合的方法,分析了围封对群落植物种组成、功能群组成、物种多样性、地上生物量及土壤有机碳和全氮的影响。结果表明,围封处理中植物种类(22种)多于自由放牧处理(17种),群落多样性指数(H)、丰富度指数(Pa)、均匀度指数(JP)和地上生物量在围封和自由放牧处理间无显著差异(P>0.05)。灌木、半灌木和多年生杂类草的重要值、物种所占比例、地上生物量和3种多样性指数(H、Pa和JP)在围封处理中显著大于自由放牧处理(P<0.05);多年生禾草仅地上生物量在围封处理中高于自由放牧(P<0.05);一、二年生草本的重要值、物种所占比例、地上生物量和3种多样性指数在围封处理中显著小于自由放牧处理(P<0.05)。生态类型功能群物种所占比例和地上生物量在围封和自由放牧处理间无显著差异(P>0.05)。土壤有机碳和全氮含量在两种处理间未达到显著差异(P>0.05),但都随土层深度的增加呈现显著下降的趋势(P<0.05),围封处理下降幅度小于自由放牧处理。     

草甸草原天然打草场植物群落对刈割干扰的响应

为了研究刈割干扰下天然打草场植物群落呈现出的消长状态,试验对呼伦贝尔草甸草原天然打草场不同植物群落物种组成、数量特征、物种多样性、生物量等指标进行了定量分析。结果表明:在刈割干扰下,羊草+杂草类群落中物种总数略低于贝加尔针茅+羊草群落;羊草+杂类草群落的密度和盖度均显著高于贝加尔针茅+羊草群落(P0.05);羊草+杂类草群落的Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均显著高于贝加尔针茅+羊草群落(P0.05);羊草+杂类草群落的现存量和枯落物量均显著高于贝加尔针茅+羊草群落(P0.05)。说明刈割干扰对羊草+杂类草群落的影响小于对贝加尔针茅+羊草群落的影响。     

围栏封育措施对退化羊草草原植物群落特征影响研究

围栏封育作为简便而有效的草原恢复措施,在我国草原恢复维护中得到广泛应用。但是有关围栏封育措施随着实施年限的增加,会对草原生态系统的结构与功能产生怎样的影响,仍然是需要关注的问题。本研究以内蒙古锡林郭勒盟退化羊草草原为研究对象,通过对围栏封育样地和自由放牧样地连续5年的植被调查资料,对比分析了围栏封育样地和自由放牧样地的植被组成和生产力的动态特征。结果表明,1)围栏封育措施使退化羊草草原的物种多样性和群落均匀度较自由放牧样地略有提高,群落生态优势度略有降低,但差异均未达到显著水平(P>0.05)。2)围栏封育措施改变了退化草原的优势物种组成。随着封育措施的实施,总体上草原群落优势种为羊草和大针茅,反映出典型草原特征;而自由放牧样地,羊草和大针茅在群落中的地位不恒定。 3)围栏封育措施显著提高了群落植被的平均高度、地上生物量和凋落物量。但随着围封时间的延长群落地上生物量逐渐降低,凋落物量增高。4)围栏封育对退化草原结构和功能的恢复存在不同步性。其中群落生物量受围封措施影响最为明显,2年围封已使其达到峰值;其次是群落的优势种,4年围封已使群落优势种恢复成典型草原群落代表种;反映最为缓慢的是群落多样性指标,7年围封措施并没有使群落的多样性指标与自由放牧样地形成显著差异。由此表明,采用围栏封育措施时需充分考虑恢复目的,制定恢复时间,从而提高草原的可持续利用能力,降低恢复成本。     

复合微生物肥料对羊草草原植物群落物种多样性和生物量的影响

为了解草原植物群落物种多样性和植物地上生物量对施加复合微生物肥料的响应,在内蒙古呼伦贝尔羊草草原,分别设置对照(CK)、单施腐殖酸复合微生物肥料(F)、蜜糖发酵复合微生物肥料(T)、海藻酸复合微生物肥料(H)、3种复合微生物肥料混合施入(F+T+H)、腐殖酸加菌剂复合微生物肥料(F+J)和海藻酸加菌剂复合微生物肥料(H+J)7个处理,研究复合微生物肥料对草原群落植物物种多样性和植物地上生物量的影响。结果表明:(1)与对照组相比,2014-2016年施加F、H植物群落特征无明显变化,施加F+T+H植物群落密度分别增加了26.72%、17.94%、34.64%,地上生物量分别增加了7.18%、49.97%、47.64%,其他施肥处理群落特征各年变化不同;(2)2014-2016年施加F植物群落主要物种的重要值无明显变化,施加 T、H、F+T+H、H+J禾本科、豆科植物重要值增加,根茎型禾草(羊草等)对复合微生物肥料添加的响应显著高于丛生型禾草和莲座型菊科植物等草类;(3)2014-2016年施加F, Margalef指数分别比对照组减小了16.40%、5.22%、37.22%,施加H各指数无明显变化,施加F+T+H, Margalef指数、Shannon-Wiener指数、Pielou指数均增加;2014和2015年施加H+J 的Pielou指数分别比对照组增高了7.62%、8.70%。上述结果说明,施加复合微生物肥料对羊草草原植物群落物种多样性和植物地上生物量有显著的影响,其中F+T+H植物群落物种多样性和植物地上生物量显著增加,此外还应充分考虑施肥年降水量,从而实现对草地资源的合理修复。     

草原毛虫对小嵩草草地植被群落的影响

采用人工控制方法(移除和未移除),研究了草原毛虫对高寒草甸小嵩草草地植被群落(地上生物量、植被盖度、群落高度及植物多样性等)的影响。结果表明:在不同调查期草原毛虫种群数量随着时间的变化呈现出先增加后降低的趋势,最大值出现在7月10日,最小值是8月11日。草原毛虫对草地地上总生物量影响不大,但对莎草科和杂类草植物地上生物量影响显著。草原毛虫显著降低莎草科生物量,增加杂类草生物量(P0.05),草原毛虫移除试验区莎草科的地上生物量比对照增加26.92%,而杂类草的地上生物量仅为对照的64.08%。草原毛虫对群落盖度影响不大,能够显著降低群落高度(P0.05),移除试验区的高度是对照区的1.43倍。草原毛虫对丰富度指数没有影响(P0.05),显著降低了Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数(P0.05)。草原毛虫对草地群落的影响主要是由其选择性采食,改变了群落植物种的竞争关系,使其生态位发生变化。     

高原鼠兔干扰对青海湖流域高山嵩草草甸植物多样性及地上生物量的影响

采用堵洞法设置高原鼠兔干扰区和非干扰区,然后在干扰区和非干扰区内利用样方法研究了高原鼠兔干扰对青海湖流域高山嵩草草甸植物多样性和地上生物量的影响。结果表明,植物物种多样性和不同植物功能群多样性对高原鼠兔干扰的响应并不一致,其中干扰增加了杂类草功能群丰富度指数与物种丰富度指数,降低了物种均匀度指数、莎草科功能群丰富度指数和禾草科功能群均匀度指数(P<0.05)。干扰区内物种均匀度指数、物种丰富度指数和杂类草功能群丰富度指数随干扰强度增加而呈增加趋势,但禾草科功能群均匀度指数却呈显著降低趋势。虽然高原鼠兔干扰显著降低了植物群落总生物量,莎草科、禾草科和豆科功能群生物量(P<0.05),但显著增加了杂类草功能群生物量(P<0.05)。干扰区随干扰程度增加,莎草科功能群和豆科功能群生物量逐渐降低,杂类草功能群生物量逐渐增加,而禾草科功能群生物量则先增加后降低。鉴于高山嵩草草甸植物群落物种多样性和功能多样性对高原鼠兔干扰的响应不一致,植物物种多样性和功能群多样性之间不能互相替代。     

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。     

退化羊草草原物种变化与生产力的关系

对内蒙古赤峰市克什克腾旗达里诺尔自然保护区境内的羊草(Leymus chinensis(Trin.)Tzvel.)草原进行野外生态学调查及相关数据统计分析,探讨其植物多样性与地上现存量的关系,从而进一步明晰二者之间的作用模式;在此基础上,应用逐步聚类分析方法定量划分出不同退化程度的草地区域范围,研究各群落内的物种变化,及其对群落生产力的影响.结果显示:不同退化程度植物群落的地上现存量与Shannon-Wiener指数之间均呈显著一元线性正相关(P《0.05),表明在研究区域的小尺度范围内,随着生物多样性的上升,系统生产力也呈上升趋势,且群落的地上现存量与Shannon-Wiener指数之间有较好的回归模拟关系.     

放牧对天山北坡中段草原群落结构和功能群生产力的影响

通过对天山北坡中段典型羊茅草原的动态监测,分析了放牧对草原群落结构和功能群生产力的影响。结果表明：放牧不能改变草原植物生活型功能群的组成结构,且多年生禾草占据主导地位,放牧与不放牧条件下所占比重依次为30．74％～44．999,5、30．819／6～35．71％;中度放牧能够增加草原植物种数,但不能改变羊茅、针茅、草原苔草的优势地位,其优势度分别为11．64％～19．40％,11．05％～19．70％和11．65％～23．79％;植物生活型功能群组成中,半灌木、灌木与多年生禾草、杂类草,多年生豆科草与杂类草间植物量显著正相关,生态互补效应显著。     

围封年限对内蒙古羊草-针茅典型草原植物功能群及其多样性的影响

以内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒牧场境内的中国科学院内蒙古草原生态系统定位站羊草样地为研究对象,选取2004年,1999年和1979年围封羊草样地,分种记录生物量、盖度、密度、株高等相关指标,研究不同围封年限条件下草原群落的物种组成、生物多样性及群落的功能群特征。结果表明,随着围封年限的增加,植物功能群结构及其多样性发生了变化,且最终趋于稳定。1999和1979年围封与2004年围封相比,多年生禾草和灌木、半灌木累积优势度显著降低(P＜0.05),多年生杂类草累积优势度出现不同程度升高;1999年和1979年围封条件下香农-韦弗指数显著高于2004年,1999年和1979年之间没有显著差异(P＞0.05);丰富度指数和均匀度指数2004年围封条件下显著高于1999年和1979年围封条件,1999年和1979年之间没有显著差异(P＞0.05);1999年和1979年围封条件下总生物量、多年生杂类草生物量、多年生禾草生物量及灌木和半灌木生物量均比2004年增加,其中总生物量及灌木和半灌木生物量显著高于2004年围封,1979年围封条件下灌木和半灌木生物量显著高于1999年围封,1999年和1979年围封条件下总生物量之间没有显著差异(P＞0.05),杂类草生物量1999年,1979年和2004年围封之间均表现出显著差异(P＜0.05),顺序为1979年＞1999年＞2004年。综上所述,长期围封促使草场灌丛化,降低草地利用价值,导致草地出现退化。     

冬季火烧对黄土高原典型草原群落特征及土壤特征的影响

本研究采用野外样方调查和室内分析相结合的方法,分析了黄土高原典型草原冬季火烧区和未火烧区植物群落的物种组成、功能群组成、物种多样性、地上生物量,以及土壤有机碳和全氮。结果表明：冬季火烧显著降低了多年生禾草的重要值,而提高了多年生杂类草的重要值,而对一、二年生草本和灌木、半灌木功能群的重要值影响不显著。冬季火烧显著提高了灌木、半灌木在群落中的比例,并且降低了一、二年生草本的比例,但对多年生禾草和多年生杂类草的比例影响不显著。灌木、半灌木功能群的丰富度指数在火烧地显著大于未火烧地,而一、二年生草本的丰富度指数显著小于未火烧地。冬季火烧显著降低多年生禾草功能群的生物量和显著提高多年生杂类草功能群的生物量。火烧草地的土壤有机碳和全氮含量在0～10 cm土层中均显著高于未火烧草地。     

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。     

放牧对赖草群落生物量及植物多样性的影响

通过对围封5年与自由放牧的赖草（Leymus secalinus）群落进行整个生长季的生物量和物种多样性动态观测,旨在了解放牧对赖草群落的影响。结果表明：整个生长季围栏内外赖草始终占据主导地位,放牧样地物种丰富度指数显著高于围封样地（P<0.05）,多样性指数和均匀度指数在不同时期变化趋势不同;赖草群落地上生物量、高度、盖度、物种丰富度、多样性指数和均匀度指数在整个生长季均表现为先增加后降低,放牧显著降低群落地上生物量（P<0.05）,在整个生长季放牧使群落盖度平均降低31.82%,群落高度平均降低36.37 cm;围封样地群落地下生物量在7月和9月出现2个峰值,分别为4148.4 和4359.27 g·m^-2,放牧样地地下生物量在8月达到最大,为2559.28 g·m^-2;群落地下生物量随土层深度的增加所占比例逐渐减小,其中围封和放牧样地0~30 cm土层所占比例分别为75.64%和77.37%。适度放牧有利于促进赖草群落的物种多样性,不合理放牧降低草地植物群落的盖度、高度和生物量,因此围栏封育能够促进赖草草地的稳定和可持续发展。     

Blackland Tallgrass Prairie Vegetation Dynamics Following Cessation of Herbicide Application

We studied short-term (1–3 years) responses of plant species and functional group abundances, richness, evenness, diversity, and similarity following cessation of 25 years (1972–1997) of herbicide application in a remnant of Blackland Tallgrass Prairie in central Texas. Substantial increases in plant cover from 1998 to 2000 were observed for annual forbs (359%–900%), primarily attributable to firewheel (Gaillardia pulchella Foug), but C4 perennial grass cover only marginally increased (22%–23%). These disproportionate increases elicited a directional compositional change in the plant community with dominance shifting from C4 perennial grasses to annual forbs. Species richness, evenness, and diversity decreased from 1998 to 2000 for May, but increased for June, sampling date. Conservation efforts pertaining to remnants of Blackland Tallgrass Prairie need to be cognizant that dramatic short-term effects on vegetation dynamics will occur following cessation of annual herbicide applications, and that enhancement of perennial forbs may require seeding or transplanting species.