祁连山高寒草地不同退化程度植物群落结构与物种多样性研究

为祁连山康乐草原生产力恢复与提高提出有效措施、生物多样性保护和资源可持续利用提供理论依据,采用样方法对祁连山高寒草地不同退化程度植物群落结构和土壤特性进行调查、测定和分析,并运用5个多样性指标(Margalef丰富度指数、Dominance优势度指数、Simpson多样性指数、Evenness均匀度指数和Shannon多样性指数)研究了其物种多样性变化。结果表明:1)轻度退化草地(LDG)-中度退化草地(MDG)-重度退化草地(SDG),不同退化草地植物群落特征(密度、高度、频度、总盖度和地上生物量)整体呈现降低趋势且差异显著(P0.05),表现为LDGMDGSDG;2)研究区植物共15科35属39种,其中豆科、蔷薇科、禾本科、菊科和莎草科中的植物均具备较强生态适应性,各退化程度草地植被型分别为草地早熟禾+珠芽蓼、赖草+矮生嵩草、矮生嵩草+赖草,其中禾草是群落的优势种;3)高寒草地功能群植物呈现杂类草最多,禾草类次之,毒草类占有比例最少,其中在不同退化草地杂类草、毒草类重要值分别为75.14%(SDG)48.67%(LDG)30.05%(MDG)、20.81%(LDG)18.01%(SDG)17.11%(MDG);4)不同退化草地群落物种优势度指数在重度退化草地最高为0.23,而轻度退化草地物种Margalef丰富度指数最高为2.64、Shannon多样性指数最高为2.09;5)随退化程度加重,土壤全磷、全氮、有机质和含水量呈现下降的趋势,pH呈升高的趋势,且不同退化草地土壤环境因子含量对植被生长贡献率不同。综上所述,随着康乐草地退化程度增加群落结构向单一趋势演替且环境限制因子也发生相应变化。     

天祝不同退化程度草地植物群落结构与物种多样性研究

为探究天祝高寒草地不同退化程度生态系统的稳定性及物种多样性的动态变化特征规律,以天祝高寒草地为对象,采用样方法对不同退化程度草地植物群落结构和物种组成进行了分析,结果表明：天祝高寒草地轻度退化草地（LDG）、中度退化草地（MDG）和重度退化草地（SDG）植物群落四度一量特征整体呈现逐渐降低趋势且差异显著（P<0.05）,表现为LDG > MDG > SDG;研究区植物共11科19属21种,植物主要为豆科、菊科、禾本科、蔷薇科和莎草科,其中莎草科和禾本科对群落的稳定性起决定作用,其生态型群落呈现多年生草本植物占优势,一年生草本植物最少,无乔木层和灌木层,不同退化程度草地群落物种优势度指数在重度退化草地最高为0.31,丰富度指数和多样性指数在轻度退化草地最高分别为0.89和2.34。综上,随着天祝高寒草地退化程度的增加,其植物多样性逐渐降低,植物群落结构分布单一,应重视该地区草地的保护,合理利用和科学管理草地。     

退化草地植物功能群和物种丰富度与群落生产力关系的研究

为了探讨草地退化后功能群的变化情况,采用群落调查和空间代替时间的方法,在青海省达日地区对不同退化程度的矮嵩草(Kobresia humilis)草甸物种丰富度和生产力之间的关系进行了分析.结果表明:物种丰富度和物种多样性指数在中度退化草地最高,轻度退化草地次之,重度退化草地最低;群落生产力则在轻度退化草地最高,中度退化草地次之,重度退化草地最低,且与物种总数和多样性指数无显著相关性.不同植物功能群的变化不尽相同,随着退化程度的加剧杂类草生物量增加、豆科和莎草科生物量减少、禾本科生物量呈现“低-高-低”的变化趋势.相关分析结果表明,功能群生物量与功能群内植物种数不存在明显的相关关系.     

东祁连山不同退化阶段高寒草甸群落结构与植物多样性特征研究

采用样方法对东祁连山地区不同退化程度高寒草甸植物群落进行了调查,对群落结构、物种组成和群落生产力进行了分析,并运用α多样性、β多样性等指标研究了其物种多样性变化.结果表明,1)研究样地内共有植物种13科27属40多种,从未退化-轻度退化-中度退化-重度退化-极度退化,不同退化演替阶段的优势种分别为线叶嵩草 禾草、线叶嵩草 珠芽蓼、珠芽蓼 线叶嵩草、珠芽蓼 杂类草、平车前 杂类草.2)随退化程度的加剧,草地总盖度降低,优良牧草生物量减少,而毒杂草的比例逐渐上升,草地质量下降;地上、地下生物量均明显降低,地上生物量远低于地下生物量,分布在各层的植物根量越来越少,地下根系具有浅层化特点.3)高寒草甸植物群落α多样性指数基本上与均匀度、丰富度指数呈正相关,与生态优势度指数呈负相关;群落的物种丰富度在中度退化阶段最高,但多样性指数和均匀度指数在重度退化阶段最高,群落多样性更多地受均匀度的影响.4)随退化程度的加剧,样方内微生境或资源异质性减小,样方间异质性增大,从而导致β多样性增加;各草地植物群落物种替代速率由大到小的顺序为重度退化-极度退化>未退化-轻度退化>中度退化-重度退化>轻度退化-中度退化.     

青藏高原高寒草甸退化演替的分区特征

2005-2012年,进行了青藏高原高寒草甸主要分布地区草地状况的调查,禾草-矮嵩草群落是青藏高原高寒嵩草草甸的典型地带性植被,对处于不同退化程度的小嵩草群落采取封育或减牧后,均可恢复到禾草-矮嵩草群落,但由于退化程度的不同,恢复所需要的时间具有极大的差异。青海果洛地区高寒草甸多处于以小嵩草群落草毡表层剥蚀和杂类草-黑土型退化草地演替阶段,玉树地区处于矮嵩草群落向小嵩草群落的演替阶段,祁连山区处于禾草-矮嵩草群落,藏北高原则处于矮嵩草群落向小嵩草群落转化期或正常小嵩草群落时期。禾本科、莎草科等可食牧草逐渐减少和杂类草盖度急剧增加的趋势反映了高寒草甸退化演替过程植被变化的基本特征,草地退化造成了土壤容重增加,且表层土壤对放牧的敏感性高于底层,土壤0～10,10～20和20～40 cm容重分别增加了(0.50±0.08) g/m³,(0.16±0.07) g/m³和(0.04±0.03) g/m³。同时,有机质大幅降低,其降低幅度高达19.3%～53.2%,并随着土层的加深,降幅趋于减小。     

黄河源区沼泽湿地退化过程中植物群落特征的变化

利用空间序列代替时间序列的方法,研究了黄河源区沼泽湿地退化过程中植物群落空间分布特征的变化。结果显示:在湿地退化过程中,经沼泽化草甸、高寒草甸到退化草地,1)群落内物种发生更替,优势种藏嵩草(Kobresia tibetica)逐渐退出群落,多年生杂类草则逐渐增多并演变成优势种;2)物种丰富度、均匀度和多样性指数先升后降,优势度指数先降后升,峰值均出现在高寒草甸阶段;3)群落生产力呈现下降态势,多年生杂类草所占比例随演替年限的增大而急剧增加;4)物种-多度格局由生物统计型的对数正态分布逐渐转变为生态位型的ZipfMandelbrot分布。     

补播对高寒草甸生产力和植物多样性的影响

为了解补播对高寒草甸退化草地恢复过程中群落生产力、功能群结构和物种多样性方面的影响,于2010年5月以位于青藏高原东段的玛曲高寒草甸为研究对象,进行了补播试验。结果表明,补播显著提高地上生物量,同时物种数和丰富度指数Margalef也有显著增加,其中补播处理地上生物量是不补播处理的1.31～1.44倍。补播后莎草类和禾草类地上生物量都呈增长趋势,补播后禾草类地上生物量显著提高,其中最高是不补播的2.7倍,杂类草在群落中所占比例显著降低。适量补播既可以使草地的经济价值得以提高,同时也有利于高寒退化草地的恢复和生态系统的稳定。     

黄河源区高寒草甸不同植被生物量及土壤养分状况研究

为了给黄河源区原生草地植被的科学管理及退化草地的治理提供理论依据,对青海省玛沁县藏嵩草(Kobresia tibetica)沼泽化草甸,山生柳(Salix oritrepha)灌丛草甸及小嵩草(Kobresia pygmaea)草甸物种多样性、生物量及土壤养分状况进行比较研究。结果表明:不同植被类型植物群落多样性指数、物种丰富度指数、均匀度指数、生态优势度指数均为山生柳灌丛草甸>小嵩草草甸>藏嵩草沼泽化草甸。各群落生物量差异明显,地上、地下总生物量均为藏嵩草沼泽化草甸>山生柳灌丛草甸>小嵩草草甸(P<0.05)。藏嵩草沼泽化草甸土壤养分含量最高。小嵩草草甸和山生柳灌丛草甸各土壤层养分含量随土壤深度的增加呈下降趋势,pH值呈上升趋势,而藏嵩草沼泽化草甸却表现出相反的趋势,即随土壤深度的增加各层养分含量呈上升趋势,pH值呈下降趋势。     

东北草地围封恢复过程中物种组成及其多样性比较

为了了解东北草地退化生态系统恢复现状、揭示生态系统恢复过程中的内在机制,试验采用单位面积取样方法,对围栏封育9年的扎龙西甸子草甸草原不同演替系列典型群落的物种组成及其多样性进行了比较研究。结果表明:西甸子草甸草原沿高低梯度分布6种群落类型,群落中物种数量、生活型、所属科均存在一定差异并表现出一致的规律性;物种丰富度指数在杂类草群落中最高,芦苇群落中最低;物种均匀度指数在单优的羊草群落、芦苇群落中较低,在非单优群落中较高;辛普森多样性指数、香农-威纳多样性指数在杂类草群落最高,芦苇群落中最低。物种数量、物种丰富度、辛普森多样性指数、香农-威纳多样性指数在各演替系列间均较好地符合y=abx(a、b为常数;P0.01)指数函数关系。草甸草原围封后存在3条不同的演替途径,羊草+朝鲜碱茅群落、羊草+杂类草群落、羊草+芦苇群落逐渐被以羊草为优势种的群落代替,表现为草原恢复,反之则草原退化。在草原退化或者恢复过程中群落类型及其主要种群都出现了明显的更替现象。     

川西北亚高山草甸放牧退化演替研究

研究不放牧、轻牧、中牧和重牧对四川嵩草群落特征和草地土壤养分的影响.结果表明:亚高山草甸在放牧干扰下的演替序列为:四川嵩草 小嵩草(包括多年生禾草)-多年生杂类草→小嵩草 四川嵩草-多年生杂类草→多年生杂类草→鹅绒委陵菜-高原毛茛十一、二年生杂类草;群落由高大丛生的嵩草群落向低矮耐牧的匍匐型、莲座状植物组成的杂类草群落演变,其间以直立多年生杂类草群落为过渡.     

高寒地区不同退化草地植被和土壤微生物特性及其相关性研究

以青藏高原东北缘天祝高寒地区不同退化草地为研究对象,通过野外调查及室内测定分析,研究了植被特征、微生物量特性、微生物熵及三者之间的相关性。结果表明,随着草地退化程度的加重,植被种类减少、优势种改变,植物群落高度、盖度、地上生物量显著降低(P<0.05),土壤微生物生物量碳、氮减少。草地植被地上生物量从轻度退化草地(LDG)到重度退化草地(SDG)减少了88.63%;LDG中微生物量碳、氮(218.90 mg/kg、44.32 mg/kg)均显著高于SDG(P<0.05),但中度退化草地(MDG)与SDG差异不显著;微生物熵在不同退化草地中的变化规律不明显。草地地上生物量与土壤微生物量呈显著正相关关系(P<0.05),与微生物熵呈负相关关系,其中微生物熵与微生物量碳的相关系数相对较高。     

宁夏典型草原区退耕草地群落演替序列与环境解释

研究不同退耕年限草地植物群落的数量分类对恢复草地生态环境有重要意义。以宁夏南部典型草原区退耕草地为对象,借助植被数量生态学方法,对退耕1、2、3、5、6、8、9、11、15、16、20和21年的草地植物进行物种多样性分析、数量分类和排序,并研究植物群落演替序列与土壤因子的关系。结果表明:1)随着退耕年限的增加,物种多样性指数、丰富度指数、地上生物量均呈增大趋势。2)应用双向指示种(TWINSPAN)和除趋势对应分析(DCA)把12个不同退耕年限的样地划分为5个群落类型,TWINSPAN分类和DCA排序结果吻合,DCA排序进一步证明了TWIINSPAN分类的合理性。3)植被的演替序列为:猪毛蒿+狗尾草+早熟禾群落→赖草+披碱草群落→长芒草+赖草群落→赖草+野豌豆群落→长芒草+赖草+披碱草群落。4)通过冗余分析(RDA)得出,退耕年限的长短对草地植物生长的土壤环境产生一定影响,退耕前期土壤全磷和土壤有机碳含量较高;退耕中期土壤速效磷和土壤全氮含量较高,退耕后期土壤速效钾和土壤有机碳含量较高;这与不同退耕年限植物群落的TWINSPAN分类有密切联系。随着草地退耕年限的增加,草地植物群落演替序列不断优化,草原结构更加合理,生态环境得到改善。     

高寒草甸“黑土型”退化草地的成因及生态过程

研究分析退化草地的植被组成、地上生物量、优良牧草比例、高原鼠免密度以及土经性质等特征,探讨“黑土型”退化草地的成因及生态过程。结果透明,中度退化草地生物量最高９５０．３ｇ／０．２５ｍ＾２）。原生植被优良牧草比例最高（７８．４０％）。重度退化草地最低（４．４９％）,轻度和中度退化草地居中（５７．２％和１６．４２％）。中度退化草地高原鼠兔平均密度较高（１４８只／ｈｍ＾２）,二者之间呈显著的正相关（ｒ＝     

两种除草剂对狼毒-矮嵩草草地群落重要值及多样性的影响

研究了喷施两种新型除草剂狼毒净和灭狼毒后对狼毒(Stellera chamaejasme)-矮嵩草（Kobresia humilis）草地群落重要值和多样性的影响。结果表明,喷施狼毒净和灭狼毒后草地群落各物种的重要值均发生明显变化。矮嵩草、冷地早熟禾（Poa crymophila）、赖草（Leymus secalinus）、紫花针茅（Stipa purpurea）重要值不断增加,逐渐成为群落的优势种,狼毒、披针叶黄华（Thermopsis lanceolata）逐渐在群落中消失。施用狼毒净和灭狼毒后分别有1种和5种植物在群落中消失。不同药剂处理后群落多样性指数均降低,喷施狼毒净和灭狼毒的群落的丰富度指数分别比对照降低了15.2%和26.7%;喷施灭狼毒的群落优势度指数比对照显著降低（P<0.05）,而喷施狼毒净的群落优势度指数与对照差异不显著（P>0.05）;两种药剂间的群落均匀度差异显著（P<0.05）,总体趋势表现为灭狼毒对群落多样性和重要值的影响要明显强于狼毒净。     

两种放牧模式下高寒草甸群落植被构成及稳定性特征

适宜放牧管理模式,利于草地健康、生产力维持及草地稳定性提高。本研究通过对青藏高原东北缘高寒草甸冷季放牧(CSG)和四季放牧(WCSG)模式下,草地植物种重要值、群落特征、功能群生物量构成、群落物种Raunkiaer频度系数、草地演替度及土壤养分进行定量分析,明晰两种放牧模式下草地植被构成变化和稳定性特征,确定适宜草地管理模式。结果表明:1)CSG和WCSG草地植被优势种分别为冷地早熟禾与矮嵩草和垂穗披碱草,地上生物量构成分别以禾草(86.5%)和莎草(59.1%)为主;2)草层高度、盖度和总地上生物量均为CSG草地极显著高于WCSG草地(P<0.001或P<0.01),且前者分别为后者的6.5、1.1和3.0倍;群落植物物种数为CSG草地显著低于WCSG草地(P<0.05),后者是前者的1.3倍;3)CSG草地中地面芽植物的比例极显著高于WCSG草地(P<0.001),前者为后者的1.4倍;但前者地下芽植物和一年生植物的比例均显著低于后者(P<0.01或P<0.05),且前者分别为后者的18.2%和6.8%;4)CSG管理模式利于草地土壤有机碳(C)和全氮(N)维持;5)CSG草地植物物种Raunkiaer频度呈典型反“J”型,群落趋于相对成熟且稳定阶段。研究认为,CSG管理模式促进高寒草甸由莎草/杂类草群落向禾草/杂类草群落演替,提高草地稳定性。     

不同恢复措施对藏北草地群落生产力和多样性影响的研究

为探索浇水、打孔措施对退化草地恢复过程中群落生物量、多样性的影响,以西藏那曲地区高寒退化草地为研究对象,开展了不同处理下的草地恢复试验。试验设置浇水和浇水打孔2种处理。结果表明：浇水处理增加了群落中常见种数目和Pielou均匀度指数,提高了群落多样性和稳定性;浇水打孔处理能够有效提高群落植物总密度,其地上生物量、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数均高于其他2种处理,且浇水打孔处理Margalef物种丰富度显著高于其他2种处理（P<0.05）,说明浇水打孔措施更有利于过牧退化草地的恢复。     

青藏高原高寒矮嵩草草甸退化演替主成分分析

选取青藏高原高寒矮嵩草草甸典型退化演替阶段代表样地为研究对象,以空间尺度代替时间尺度的方法,对其植物群落和土壤理化性质(19个指标)进行数量特征分析。结果表明:欧式聚类分析和Fisher’s判别分析可以明确划分高寒矮嵩草草甸退化的4个演替阶段,且Fisher’s判别分析能够明确区分小嵩草草甸的3个重要时期,说明可以此指标组构建高寒矮嵩草草甸退化演替阶段划分的指标体系。主成分分析(PCA)提取出4个特征值大于1的主成分因子,其载荷能力依次为44.8%、28.3%、17.2%和7.2%,对演替过程总变异的解释能力累计达97.6%。草地退化是一个系统内各因子协同变化的过程,且它们具有不同步性,进而导致了原有变量对草地退化演替细微阶段划分的不完全性。说明草地生态系统存在两种作用因子,即敏感因子(其数量特征随草地发生变化而迅速变化)和缓冲因子(对生态系统变化的反应具有一定的滞后性和缓冲性),但这两者如何应对生态系统干扰,其协同及分异特征以及其对草地退化反应的敏感程度还需要深入研究。     

东祁连山高寒草甸优势植物光响应特征

为研究高寒地区草地优势植物旺盛生长期光合特征,选取位于祁连山东段天祝藏族自治县抓喜秀龙乡的甘肃农业大学高山草原试验站围栏禁牧草地的矮嵩草(Kobresia humilis)、垂穗披碱草(Elymus nutans)、赖草(Leymus secalinus)、扁蓿豆(Melissitus rutenica)、黄花棘豆(Oxytropis ochrocephala)、二裂委陵菜(Potentilla bifurca)和麻花艽(Gentiana straminea)7种优势植物,利用GFS-3000便携式光合测定仪拟合了7-9月的光合-光响应曲线。结果显示:由于8月份的干旱,草地植物的光合能力受到严重影响,对弱光的利用能力和对强光的适应能力都降低。垂穗披碱草、赖草、矮嵩草和二裂委陵菜在7月份的光合能力,对强光的适应能力都高于9月份,而黄花棘豆、扁蓿豆和麻花艽则相反。垂穗披碱草、黄花棘豆、麻花艽和二裂委陵菜4种植物对干旱很敏感,容易受到干旱胁迫;而赖草、扁蓿豆和矮嵩草3种植物对干旱胁迫不敏感。     

祁连山中段退化高寒草地土壤细菌群落分布特征

为探究祁连山中段不同退化高寒草地土壤细菌群落分布特征,采用Illumina HiSeq PE250高通量测序平台对轻度、中度和重度退化草地土壤细菌群落变化特征进行研究,并对土壤细菌群落与土壤酶活性、土壤理化因子间关系进行分析。结果表明:随着退化程度加剧,植被盖度、高度、地上生物量和多样性指数均明显降低(P<0.05);土壤理化性质和酶活性变化各异且差异显著(P<0.05)。高通量测序共得到257971条有效序列,219017条优质序列和2004个OTUs。细菌群落丰富度指数依次为轻度>中度>重度,多样性指数为轻度>重度>中度,Beta多样性分析表明各样地间差异为轻度>重度>中度。其中,放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、酸杆菌门(Acidobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)为3种退化草地土壤的优势菌门,在轻度、中度和重度退化草地土壤中分别占77.25%、84.27%和78.66%;乳球菌属为3种退化草地土壤的优势菌属,在轻度、中度和重度退化草地土壤中分别占14.29%、38.84%和7.39%。冗余分析表明:土壤酶活性和土壤理化性质均对细菌群落的组成具有影响,其中土壤pH是影响土壤细菌群落分布的主要驱动因子。祁连山中段不同退化高寒草地土壤细菌群落的变化主要受土壤理化性质和酶活性的影响。