退化草原羊草种群根系形态特征对水分梯度的响应

分别于内蒙古锡林郭勒典型草原选取轻度退化和重度退化的草地,进行了水分梯度控制试验,研究羊草(Leymus chinensis)种群在不同退化状况下根系特征对水分资源梯度的响应。结果表明:随着水分梯度的下降,不同退化程度的草地均表现为羊草地上高度逐渐下降,而主根系长度和根系体积逐渐增加;根系面积也呈增加趋势,但只在重度退化样地与水分梯度显著负相关;根系直径呈减少趋势,但只在轻度退化样地与水分梯度显著相关。不同退化程度的草地比较,在大部分水分梯度下羊草根系特征没有显著差异,除了湿润条件下(600mm),根系面积和根系体积轻度退化草地显著高于重度退化草地(P<0.05)。干旱条件下(150mm),羊草主根系长度在重度退化草地显著高于轻度退化草地(P<0.05)。     

不同退化草地植物可溶性碳水化合物对氮素添加的响应

可溶性碳水化合物对草原植物代谢起重要作用,也是草原植物产量的形成基础,对植物生长具有重要意义。本研究以内蒙古锡林郭勒典型草原的未退化和退化的草地为研究地点,进行了氮素梯度控制试验(分别添加NH_4NO_3 0,30,50,80 g/m~2),分析羊草(Leymus chinensis)、米氏冰草(Agropyron michoni)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)和大针茅(Stipa grandis)在不同退化状况下可溶性碳水化合物对氮素梯度的响应。结果表明,未退化与退化状态下4种植物可溶性碳水化合物含量比较,羊草可溶性碳水化合物显著增加,大针茅、米氏冰草和糙隐子草没有显著差异。不同氮素梯度比较,随着氮素梯度的增加,未退化样地中4种植物可溶性碳水化合物含量呈现出显著降低再缓慢增加的趋势,30 g/m~2处理下羊草、大针茅、米氏冰草和糙隐子可溶性碳水化合物含量均呈现最低值;退化样地中随着氮素梯度的增加4种植物可溶性碳水化合物没有明显规律。4种植物可溶性碳水化合物含量比较,未退化样地中4个氮素梯度下羊草可溶性碳水化合物含量最低,显著低于大针茅,米氏冰草与糙隐子草;在退化样地中羊草可溶性碳水化合物含量显著低于米氏冰草,与大针茅、糙隐子草没有显著差异。     

退化草地大针茅根系特征对氮素添加的响应

以大针茅为建群种的草原是蒙古高原典型草原地带广泛分布的地带性植物群落。近几十年来,由于不合理的利用,大针茅草原出现不同程度的退化。氮素是半干旱草原植物生长的限制性因素,氮素的添加有利于退化草原的恢复,但在氮素影响下草原植物根系特征变化的相关研究很少。本研究分别选取内蒙古锡林郭勒典型草原区的轻度退化和重度退化草地,进行氮素添加实验（0,30,50,80 g／m2）,研究在不同退化程度的草地中大针茅根系特征对氮素添加的响应。结果表明,在重度退化草地中,氮素的添加显著促进了大针茅的根系生长和地上部分生长,根系长度、面积、体积、深度以及地上高度均随氮素添加量的增加而显著增加,根系长度、面积、体积呈极显著正相关关系,根系深度与地上高度呈显著正相关关系;轻度退化草地中大针茅根系特征对氮素添加的响应不显著。比较2个样地,在无氮素添加的条件下,重度退化草地中大针茅的根系直径显著低于轻度退化草地;在高氮素（80 g／m2）添加条件下,重度退化草地中的大针茅根系长度、面积、体积、地上高度与根系深度显著高于轻度退化草地。重度退化草地中土壤氮素的增加,促使大针茅根系主要通过增加根系长度扩大在土壤中的空间分布。     

希拉穆仁草原两种主要植物光合特征对草地退化的响应

用LI-6400便携式光合作用测定系统对希拉穆仁草原短花针茅和糙隐子草的各项光合指标进行了测定,结果显示:随着草地退化程度加重,短花针茅和糙隐子草的净光合速率、蒸腾速率、胞间CO_2浓度及气孔导度均表现为轻度退化中度退化重度退化,短花针茅和糙隐子草的光合速率、蒸腾速率随草地退化的加剧而降低,短花针茅的各项光合指标降低幅度比糙隐子草相应指标降幅大。短花针茅的水分利用效率低于糙隐子草而光合速率高于糙隐子草,表明其对环境特别是干旱的耐受能力低于糙隐子草。土壤全氮、全磷和含水量是影响不同退化程度草原短花针茅光合特性的主要因素,而不同退化程度草原糙隐子草光合特性主要受土壤含水量影响。     

不同放牧强度对糙隐子草功能性状的影响

以典型草原退化群落优势种糙隐子草为研究对象,探究其植株茎秆、叶片、根系等形态特征及生物量等功能性状指标对不同放牧强度的响应,结果表明:(1)轻度放牧和适度放牧对糙隐子草茎叶功能性状指标均无显著影响,重度放牧和极重度放牧使糙隐子草的株高较对照显著降低20.24％和21.09％,使糙隐子草的叶长较对照显著降低23.50％和...     

不同利用程度高寒干旱草地碳储量的变化特征分析

本研究对处于青海湖北部不同退化梯度草地的土壤碳储量以及植被的根系生物碳储量变化进行了研究。调查草地样本包括7个样地和4个土层,样地依次分别为严重退化草场、重度退化草场、中度退化草场、轻度退化草场、正常草场、封育3年草场和人工草场,土层分别为0～10,10～20,20～30与30～40 cm 4个土层。结果表明,在不同退化梯度上,土壤碳储量随着退化程度的减轻依次增大,总体上各样地之间的变化趋势为,在5-7月为轻度退化草地＞无退化草地＞中度退化草地＞重度退化草地＞人工草地草地＞封育草地＞严重退化草地;在8-10月为无退化草地＞轻度退化草地＞中度退化草地＞重度退化草地＞封育草地＞人工草地＞严重退化草地,严重退化草地土壤碳储量最低,其次为封育草地;封育草地和人工草地的碳储量显著的低于轻度退化和无退化草地(P<0.05),但在封育草地和人工草地之间无显著差异(P>0.05)。在不同的土层,土壤碳储量从上至下依次降低,且各层之间表现出显著差异(P<0.05)。在不同的月份,各土层深度的土壤碳储量,总体上均表现为5-6月份降低,6-10月份呈递增的变化趋势,而且不同退化草地都表现出了较为一致的变化趋势。     

围封年限对典型草原群落结构及物种多样性的影响

针对退化草地恢复与合理利用问题,选取生长季围封调制干草,其他时间轻度放牧利用的草地为研究对象,同时选取自由放牧草地为对照,进行不同围封年限群落结构及植物多样性的比较研究。结果表明,重度退化草地采用生长季围封措施后,群落生产力与物种多样性增加,群落结构和各物种的优势地位发生较大改变。随围封年限的延长,群落盖度与密度增加,到１４年达最大,之后降低,高度和产量持续增加,围封２５年达最大。草地由星毛委陵菜＋冷蒿＋克氏针茅演替为羊草＋ 糙隐子草＋ 麻花头。经５ 年围封,物种的丰富度、均匀度和多样性增加。随围封年限的延长,物种丰富度继续增加,到围封１４ 年达最大,但由于围封１４ 年后形成以羊草为单优势种的群落,物种均匀度及多样性降低。之后,随围封年限的继续延长,群落逐步趋于稳定,均匀度和多样性增加。群落相似性分析证明,采用生长季围封措施后,围封样地与未围封对照间的相似性降低,表明围封在改变群落的环境条件上也具有较好的效果。生长季围封调制干草,其他时间轻度放牧利用的管理方式可保证退化草地在一定程度上得到恢复,综合考虑群落结构、产量及物种多样性,认为１４年是较适宜的围封年限。     

草地退化过程中典型草原氮储量的变化——以内蒙古锡林浩特市典型草原为例

以内蒙古自治区锡林浩特市为研究区,探讨了典型草原不同退化程度草地的植被-土壤系统氮储量的变化及差异,运用DNDC(Denitrification-Decomposition)模型对植被-土壤系统氮储量模拟并对结果进行了验证。结果表明,随着草地退化程度的加剧,土壤氮储量呈显著下降趋势(P0.05),中度退化(MD)和重度退化(HD)样地较轻度退化(LD)样地土壤氮储量分别减少了7.74%和44.40%。不同退化程度样地的地上植物氮储量总体上呈现HDMDLD,与土壤氮储量的变化趋势相反;在生长季中,植物根系氮储量是逐渐增加的,且在生长季末表现为HDMDLD。植物-土壤系统中,土壤氮储量占总氮储量的比例高于根系和地上植物,占系统氮储量的95.05%~97.62%。DNDC模型在草原点位模拟土壤氮储量的效果比较好。     

放牧和氮添加对半干旱沙质草地优势种糙隐子草及群落功能性状的影响

为探究氮沉降背景下放牧对半干旱沙质草地植物功能性状的影响,本试验探究了放牧和短期氮添加(20 g·m^-2·a^-1)对半干旱沙质草地优势种糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)和群落功能性状的影响。结果表明：放牧和氮添加增加了糙隐子草的重要值,放牧降低了糙隐子草叶面积,氮添加显著降低了围封草地中糙隐子草叶干物质含量,增加了围封和放牧草地中糙隐子草叶氮含量(P<0.05);相同氮素水平下放牧降低了植物群落高度,氮添加增加了围封样地植物叶面积和叶氮含量,增加了放牧样地植物比叶面积和叶氮含量,降低了叶干物质含量(P<0.05);回归分析表明,糙隐子草叶面积和叶氮含量能较好地解释群落水平植物叶面积和叶氮含量的变化。半干旱沙质草地植物群落通过改变植株大小和主要叶性状来响应放牧和氮沉降,对预测未来草地生态系统结构与功能具有重要意义。     

季节性围封对内蒙古典型草原植被恢复的影响

针对退化草地恢复与合理利用问题,选取生长季围封调制干草、其他时间轻度放牧利用的草地为研究对象,同时选取自由放牧草地为对照,开展季节性围封对典型草原植被恢复影响的研究。结果表明:重度退化草地采用生长季围封措施后植被恢复演替,草地生产力、盖度、密度和地下生物量显著增加(P<0.05),围封13年达最大,之后降低。围封后各物种的优势地位发生较大改变,经20年围封,草地由星毛委陵菜(Potentilla acaulis)+冷蒿(Artemisia frigida)+糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)演替为羊草(Leymus chinensis)+克氏针茅(Stipa krylovii)+冷蒿+糙隐子草。就围封后物种多样性的变化来看,经7年围封,物种的丰富度、多样性、均匀度和生态优势度指数显著增加(P<0.05)。但由于各物种的竞争能力不同,经10~13年围封,群落成为具有单优或寡优势种的群落,物种丰富度、均匀度和多样性指数降低,生态优势度指数急剧增加。之后,随着围封年限继续延长至20年,群落逐步趋于稳定,形成多优或优势不明显的群落,群落的丰富度、均匀度及多样性指数增加,生态优势度指数降低。综上所述,生长季围封调制干草、其他时间轻度放牧利用的管理方式可保证退化草地在一定程度上得到恢复,综合考虑草地产草量、群落结构及物种多样性,认为13年是较适宜的围封年限,但围封后的适宜利用问题(如适宜的割草制度)有待进一步研究。     

内蒙古温带典型草原植物凋落物和根系的分解及养分动态的研究

在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站,利用不同放牧强度下连续放牧了10年(1990-1999)的放牧样地,对停牧后草地恢复过程中的羊草(Leymus chinensis)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)和星毛委陵菜(Potentilla acaulis)的凋落物和根系的分解及养分释放特性进行了研究.结果表明,植物凋落物和根系的分解及养分释放速率均以建群种羊草最高,重度退化种星毛委陵菜最低;凋落物和根系的分解及养分释放速率与木质素含量、C∶N、木质素∶N和木质素∶P均呈显著的负相关关系,而与土壤温度和土壤湿度则呈显著的正相关关系;在凋落物和根系的分解及养分释放过程中,土壤温度与土壤湿度存在极显著的互作效应.     

青海湖地区线叶嵩草型中度与重度退化草地群落的比较研究

通过对青海湖地区线叶嵩草型中度与重度退化草地群落的比较研究,结果表明,在中度到重度退化进程中,随着退化程度的加重,草地植物群落的盖度、物种数、多样性及均匀度指数均下降,中度与重度退化样地地上植物类群及总植物量季节动态均呈现明显的“单峰”曲线,其峰值同时出现在8月下旬,在植物生长季,主要植物类群地上植物量季节动态具有明显的差异。地上总植物量季节积累动态均可用曲线y=ea bx(生长曲线)很好拟合。中度退化样地的净初级生产力高于重度退化样地,但由于在牧草返青期放牧使中度退化样地禾草类在草群中所占的比例小于重度退化样地。     

封育对云南马龙县退化山地草甸植物量的影响

以云南省马龙县山地草甸为研究对象,对封育3年的退化草地地上植物量和地下植物量的变化进行了测定和分析。结果表明,各退化梯度的草地在封育3年后均得以不同程度的恢复,但草地恢复效率差异很大,按草地恢复效率大小排序结果为：重度退化〉中度退化〉轻度退化。封育明显提高了退化草句群落的地上、地下植物量,各退化梯度草地封育区地上植物量增加速度排序为：重度退化〉轻度退化〉中度退化;各退化梯度封育区地下植物量增加速度排序为：重度退化〉中度退化〉轻度退化。     

天然草地植物叶角质层蜡质的化学组成及其对自由放牧的响应

植物角质层蜡质在保护植物免受极端环境危害方面发挥着重要作用。在内蒙古草甸草原和典型草原,分别选取围栏封育样地和自由放牧退化样地,在植物生长季采集3种植物(羊草、克氏针茅和糙隐子草)的叶片,采用色质谱技术分析了植物叶角质层蜡质总量、组分及碳链分布特点,比较了几种植物叶角质层蜡质特征对过度放牧的响应机制,旨在为合理利用和管理草原提供理论依据。结果表明,几种植物叶角质层蜡质总量存在显著种间差异,整体表现为羊草>克氏针茅>糙隐子草。羊草中,鉴定出7类化合物,分别是脂肪酸、烷烃、次级醇、初级醇、β-谷甾醇、β-二酮和烷基间苯二酚;在克氏针茅中,鉴定出5类化合物,分别是脂肪酸、烷烃、初级醇、α-香树脂醇以及β-谷甾醇;在糙隐子草叶中鉴定出6类化合物,分别是脂肪酸、烷烃、醛类、初级醇、烷基酯和β-香树脂醇。羊草次级醇相对含量最高,糙隐子草初级醇含量最高,而克氏针茅烷烃含量最高。草地类型显著影响了糙隐子草蜡质总量及其烷基酯的相对含量、克氏针茅烷烃相对含量及羊草次级醇和β-二酮相对含量。而草地利用方式显著影响了糙隐子草脂肪酸相对含量、克氏针茅蜡质总量、α-香树脂醇和β-谷甾醇相对含量及羊草蜡质总量和次级醇相对含量。在典型草原,糙隐子草和克氏针茅叶角质层蜡质总量均表现为自由放牧草地>围封草地(P<0.05);而羊草与之相反。在草甸草原,糙隐子草叶角质层蜡质总量样地间差异不显著;克氏针茅表现为放牧草地>围封草地(P<0.05);羊草叶角质层蜡质总量表现为围封草地>放牧草地(P<0.05)。不同植物角质层蜡质表现出的差异性响应模式,说明不同植物在长期进化过程中形成了各自特有的适应机制。综合分析认为,草地植物可以通过调整自身蜡质合成,改变蜡质组分和含量以适应外界环境引起的胁迫。     

青藏高原高寒草甸退化对草地群落生物量及其分配的影响

青藏高原高寒草甸退化严重影响了草地群落结构与生产力.为揭示草地退化对高寒草甸群落结构和生物量地上/地下分配的影响,采用随机区组设计,在青海省海北州选择3个小区,每个小区设置完整的未退化、轻度退化、中度退化和重度退化4个退化梯度,于2020年8月对样地进行群落调查,同时采集植物样品.结果表明,随着退化程度加剧:1)草地的盖度、高度和地上植物生物量均显著下降;2)地上生物量在不同功能群的分配发生显著变化,物种逐步从以禾草类为优势转变为以杂类草为优势的群落;3)地下生物量显著下降,深层土壤根系生物量占比增加.研究结果表明:随着退化加剧群落结构发生颠覆性变化,且地上和地下生物量同步出现严重衰退.因此,针对该区域退化草地的植被恢复应考虑草地物种组配以及地上和地下生物量同步恢复的相应措施.     

羊草叶片SPAD值对水分梯度和氮素添加梯度的响应

选取内蒙古锡林郭勒典型草原区的轻度退化和重度退化草原群落,分别设置了一个氮素梯度添加试验和一个水分梯度控制试验,用SPAD-502叶绿素测定仪测定优势种羊草叶片叶绿素含量,从而研究不同退化程度的草原中羊草叶片叶绿素含量对水分和氮素添加的响应。结果表明:在重度退化草原羊草叶片叶绿素含量对氮素添加梯度的响应不明显,但与水分梯度显著相关;在轻度退化草原与氮素添加梯度显著相关,但对水分梯度响应不显著。由此推断,轻度退化草原,氮素是主要的影响因子;重度退化草原,水分是主要限制因子。     

青藏高原高寒草甸退化对草地群落生物量及其分配的影响

青藏高原高寒草甸退化严重影响了草地群落结构与生产力。为揭示草地退化对高寒草甸群落结构和生物量地上/地下分配的影响,采用随机区组设计,在青海省海北州选择3个小区,每个小区设置完整的未退化、轻度退化、中度退化和重度退化4个退化梯度,于2020年8月对样地进行群落调查,同时采集植物样品。结果表明,随着退化程度加剧：1)草地的盖度、高度和地上植物生物量均显著下降;2)地上生物量在不同功能群的分配发生显著变化,物种逐步从以禾草类为优势转变为以杂类草为优势的群落;3)地下生物量显著下降,深层土壤根系生物量占比增加。研究结果表明：随着退化加剧群落结构发生颠覆性变化,且地上和地下生物量同步出现严重衰退。因此,针对该区域退化草地的植被恢复应考虑草地物种组配以及地上和地下生物量同步恢复的相应措施。     

不同水分和土壤处理对糙毛以礼草苗期根系构型和根鞘形成的影响

为了探究水分和土壤对糙毛以礼草苗期根系构型和根鞘形成的影响,采用未灭菌和灭菌的沙土培养糙毛以礼草,分别设置田间持水量的10%、20%、30%、40%和50%水分梯度,测定不同水分和土壤处理条件下糙毛以礼草的根系构型参数和根鞘重,结果表明:1)在未灭菌土壤培养条件下,糙毛以礼草苗期的根系与土壤微生物互利共生,高水分显著影响了根系交叉数和分支数的增加(P<0.05);土壤灭菌培养条件下,这种关系遭到破坏,根系总根体积在40%~50%水分梯度下显著高于其他水分梯度(P<0.05),平均直径在40%水分梯度下最高(P<0.05),分支数在20%和50%水分梯度最高(P<0.05),链接数和根尖数在20%~50%水分梯度下显著增大(P<0.05),总根表面积在50%水分梯度下最高(P<0.05)。土壤灭菌后,微生物群体变化,土壤灭菌培养条件下的根系形态指标较未灭菌土壤培养条件下增大(P<0.05),分别为:20%水分梯度下的根系总根长和分支数,20%~50%水分梯度下的根系链接数和根尖数,40%水分梯度下的根系总根表面积和平均直径,40%~50%水分梯度下的根系总根体积。2)不同水分和土壤处理下糙毛以礼草苗期根系拓扑指数接近于1,根系分支模式接近鱼尾形分支,更适宜在地下资源贫瘠的环境中生长。在20%和30%水分条件下,糙毛以礼草保持了很好的根系构型,修正拓扑指数(q_b)和分形维数(FD)显著高于其他水分梯度(P<0.05)。糙毛以礼草苗期根系初生根和次生根生长过程中生物量分配的不同影响了根系在土壤中的功能,根系在土壤中的伸长拓展(总根长、总根表面积、链接数和分支数)大于固定渗透(平均根系直径)对根系构型的影响。3)水分和土壤处理对根鞘的形成无交互影响(P>0.05),糙毛以礼草苗期根鞘形成的影响因素为:水分>土壤>FD>q_b>根系固定渗透能力。随着田间持水量的升高,糙毛以礼草根鞘重呈现先增后减的趋势,未灭菌土壤和灭菌土壤中的根鞘重分别在20%~30%、30%水分梯度时最大,q_b、FD和根系固定渗透能力显著正向影响根鞘(P<0.05)。     

不同模拟降水量下草地早熟禾根系形态与解剖结构的动态变化

以草地早熟禾为研究对象,采用人工控水模拟降水量的方法,比较对照组(浇水量为小雨组的60%),小雨组(24 h内的降水量小于10 mm)、中雨组(24 h内降水量为10~25 mm)、大雨组(24 h内降水量为25~50 mm)根系形态与解剖结构的差异,以探究不同模拟降水量对草地早熟禾根系发育的影响机制。结果表明,总体上处理组与对照组相比差异较为显著。在试验进程中,中雨组水分条件下草地早熟禾根系生长全程均良好。在根系构型方面,根长、根表面积、根总体积、根平均直径与根分叉数均显著增加,比根长与根干重密度较为稳定,各项根系构型数据均显示草地早熟禾在中雨组的水分处理下生长状况优于其他处理。在根系解剖方面,到生长第50 天时,对照组继续受干旱的影响,根系结构受损,中柱和导管直径显著变小,占根系直径比例减小;小雨组出现轻微干旱情况;中雨组根系解剖结构正常;大雨组出现水淹情况。以上结果表明,中雨组为最适合草地早熟禾生长的水分条件。     

不同水分和土壤处理对糙毛以礼草苗期根系构型和根鞘形成的影响

为了探究水分和土壤对糙毛以礼草苗期根系构型和根鞘形成的影响,采用未灭菌和灭菌的沙土培养糙毛以礼草,分别设置田间持水量的10%、20%、30%、40%和50%水分梯度,测定不同水分和土壤处理条件下糙毛以礼草的根系构型参数和根鞘重,结果表明:1)在未灭菌土壤培养条件下,糙毛以礼草苗期的根系与土壤微生物互利共生,高水分显著影响了根系交叉数和分支数的增加(P0.05);土壤灭菌培养条件下,这种关系遭到破坏,根系总根体积在40%～50%水分梯度下显著高于其他水分梯度(P0.05),平均直径在40%水分梯度下最高(P0.05),分支数在20%和50%水分梯度最高(P0.05),链接数和根尖数在20%～50%水分梯度下显著增大(P0.05),总根表面积在50%水分梯度下最高(P0.05)。土壤灭菌后,微生物群体变化,土壤灭菌培养条件下的根系形态指标较未灭菌土壤培养条件下增大(P0.05),分别为:20%水分梯度下的根系总根长和分支数,20%～50%水分梯度下的根系链接数和根尖数,40%水分梯度下的根系总根表面积和平均直径,40%～50%水分梯度下的根系总根体积。2)不同水分和土壤处理下糙毛以礼草苗期根系拓扑指数接近于1,根系分支模式接近鱼尾形分支,更适宜在地下资源贫瘠的环境中生长。在20%和30%水分条件下,糙毛以礼草保持了很好的根系构型,修正拓扑指数(q_b)和分形维数(FD)显著高于其他水分梯度(P0.05)。糙毛以礼草苗期根系初生根和次生根生长过程中生物量分配的不同影响了根系在土壤中的功能,根系在土壤中的伸长拓展(总根长、总根表面积、链接数和分支数)大于固定渗透(平均根系直径)对根系构型的影响。3)水分和土壤处理对根鞘的形成无交互影响(P0.05),糙毛以礼草苗期根鞘形成的影响因素为:水分土壤FDq_b根系固定渗透能力。随着田间持水量的升高,糙毛以礼草根鞘重呈现先增后减的趋势,未灭菌土壤和灭菌土壤中的根鞘重分别在20%～30%、30%水分梯度时最大,q_b、FD和根系固定渗透能力显著正向影响根鞘(P0.05)。