不同放牧强度对短花针茅荒漠草原生物多样性的影响

生物多样性对维持生态系统功能与服务至关重要,结合物种、谱系及功能多样性理解群落构建十分必要。本研究以内蒙古短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原植物群落为对象,研究了对照、轻度、中度及重度放牧下不同维度生物多样性对不同载畜率的响应。研究结果表明：各放牧处理均显著降低物种丰富度、Simpson、Shannon-Wiener及Pielou指数。此外,中度和重度放牧处理均降低了谱系多样性。各放牧处理均显著降低了群落功能丰富度(FRic)、功能分异度(FDiv)、功能分散指数(FDis)及Rao二次熵指数(RaoQ);中度和重度放牧处理显著降低了群落功能均匀度(FEve)。总体而言,随放牧强度的增大,群落功能多样性呈现出逐渐降低的趋势。此外,物种、谱系及功能多样性之间存在显著或极显著的相关性。总之,对不同维度生物多样性的分析有利于理解植物群落构建机制,为草地合理利用及可持续性提供一定的理论基础。     

放牧强度对短花针茅荒漠草原生态系统多功能性的影响

生物多样性与生态系统功能之间的关系备受关注,但是过去的研究很少关注生态系统的多功能性(Ecosystem multifunctionality, EMF)。因此,本研究以短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原为对象,在测定植物群落生物量、土壤有机碳和多种土壤酶活性等11种生态系统功能的基础上量化EMF,并探究不同放牧强度(对照,No grazing, CK;轻度,Light grazing, LG;、中度,Moderate grazing, MG;和重度放牧,Heavy grazing, HG)对植物多样性与EMF的影响。结果表明：放牧导致植物多样性、单一生态系统功能和EMF显著降低(P<0.05),不同放牧强度下EMF分别是0.6,0.25,-0.18和-0.78。不同放牧强度下,大多数生态系统单一功能都与植物多样性显著正相关(P<0.05)。EMF与植物多样性指数线性正相关,香农维纳指数与EMF的拟合结果最好,是预测EMF变化的最佳指标。因此,为实现荒漠草原生物多样性保护和多种生态系统服务和功能的可持续性,在草地管理中可适当降低载畜率。     

短花针茅荒漠草原不同放牧强度土壤线虫群落研究

为探明短花针茅荒漠草原土壤线虫群落分布特征及不同放牧强度对土壤线虫群落的影响,该研究对短花针茅荒漠草原4个不同放牧强度草地的线虫群落进行了系统调查。结果表明：试验区共捕获18属7 200条/100 g干土线虫。拟丽突属、丽突属2个属分别占个体总数的22.78%、41.90%,为该地区的优势类群。多样性分析表明：线虫群落个体数、物种丰富度均为轻度放牧草地大于其余放牧强度草地;群落多样性指数为对照样地>轻度放牧草地>重度放牧草地>中度放牧草地;群落均匀度指数为重度放牧草地>对照样地>（轻度放牧草地=中度放牧草地）。生态指数分析表明：成熟度指数为轻度放牧草地>对照样地>中度放牧草地>重度放牧草地,可见轻度放牧草地和对照样地土壤较稳定,而重度放牧草地土壤受外界活动扰动程度最大;通道指数为中度放牧草地>重度放牧草地>轻度放牧草地>对照样地。此外,通过对不同放牧强度草地植物群落多样性、生物量、盖度、平均高度、枯落物干重、土壤含水量、酸碱度、土壤有机质等环境因子与土壤线虫群落特征指数进行多元逐步回归分析,阐明了放牧条件下影响土壤线虫群落的关键生态变量。研究结果可为确定有益于荒漠草原线虫群落生物多样性维护的放牧强度提供参考。     

放牧背景下短花针茅荒漠草原研究进展

荒漠草原是脆弱生态系统,探讨荒漠草原对长期放牧等人为干扰的响应,为深入开展脆弱生态系统适应性研究提供更加可靠的理论依据。本文总结了近20年涉及短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原相关研究中的关键发现,从植物个体、种群、群落、生态系统以及土壤理化性质等方面归纳、总结并探讨了短花针茅荒漠草原对不同放牧利用方式和不同放牧强度的响应和适应特征,为有效节省后续研究人员查阅时间的同时,确定了知识薄弱的地方,提出了放牧利用下荒漠草原将来的几个重要研究方向和亟待解决的关键科学问题。     

长期放牧对短花针茅荒漠草原植物功能群特征的影响

为揭示短花针茅（Stipa breviflora）荒漠草原植物功能群特征对长期放牧的响应机制,本研究以内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原为研究对象,2018年8月对围封14年（2004-2018）不同放牧处理下的植物物种组成、高度、盖度、密度及生产力进行观测,并对功能群植物多样性、丰富度、均匀度和重要值分析。结果表明：随着放牧强度的增加植物种类逐渐减少,在重度放牧区分属不同功能群的植物均有不同程度消失,不同功能群植物株高、盖度、生产力随放牧强度的增加均呈降低的变化趋势;对照区功能群多样性指数显著大于重度放牧区,对照区和轻度放牧区丰富度指数显著大于中度和重度放牧区;不同放牧处理下功能群多样性指数、丰富度指数与生产力呈显著正相关关系。研究认为,长期重度放牧减少了荒漠草原功能群植物多样性和丰富度从而导致草地生产力降低,进而影响草地的可持续利用。     

短花针茅草原生态系统稳定性对放牧的响应

为探讨不同放牧强度与生态系统稳定性的关系,在内蒙古短花针茅荒漠草原野外放牧试验基地(2004 年开始放牧)展开研究。试验采用完全随机区组设计,设置 4 个不同的放牧处理：对照 (CK)、轻度(LG)、中度(MG)、重度(HG)放牧,3 个区组(3 个重复)。2019 年对植物群落的物种数、盖度、密度、生物量进行观测,采用 Gordon 稳定性方法评估不同放牧强度对群落稳定性的影响。结果表明：随着放牧强度的增大,植物群落物种数、生物量和盖度显著降低(P＜0. 05),密度随放牧强度的增加呈先增加后降低的趋势,在中度放牧时最高。植物群落多样性指数与群落物种数、盖度、生物量呈显著相关性(P＜0. 05)。植物群落多样性随放牧强度增加而降低,中度放牧强度下群落稳定性最高。     

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。     

放牧强度对荒漠草原建群种短花针茅空间异质性的影响

[目的]探讨荒漠草原建群种短花针茅在不同放牧强度下空间异质性的特征和变化。[方法]以建群种短花针茅（Stipa breviflora）为对象,采用半方差函数、克里格插值法和多重分形维数等方法对其空间异质性进行研究。[结果]不同放牧强度下,短花针茅种群密度均值大小为重度放牧（HG）>禁牧（CK）>中度放牧（MG）;短花针茅种群具有多重分形特点;不同放牧强度下短花针茅空间分布有所差异,CK处理区结构比（C/C₀+C）最大,HG处理区次之,均大于75%,说明CK处理区和HG处理区都具有强烈的空间自相关性,而MG处理区最小,小于75%但大于25%,具有中等的空间自相关性;结构因素是导致短花针茅空间变异的主要原因。[结论]重度放牧增加了短花针茅种群密度,而中度放牧因家畜采食践踏作用小,导致短花针茅种群密度降低;在不同放牧强度下,结构因素是影响短花针茅空间异质性的主要因素;禁牧处理区内短花针茅种群空间分布最复杂,具有较强的空间异质性。     

不同放牧制度下短花针茅荒漠草原土壤碳储量动态

放牧制度是影响草原土壤碳储量的主要人为因素, 从碳储量角度研究不同放牧制度下土壤碳储量动态特征, 对草原合理利用具有重要指导意义。以内蒙古短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原自由放牧样地、划区轮牧样地和围栏禁牧样地为研究对象, 分析了整个生长季(5－10月)0－30 cm 土层有机碳储量变化规律。结果表明, 1)自由放牧样地有机碳储量显著低于围栏禁牧和划区轮牧样地(P0.05), 围栏禁牧和划区轮牧样地间差异均不显著 (P0.05)。2)自由放牧样地有机碳储量经过明显的2次碳源过程和1次碳汇过程;划区轮牧样地经过明显的1次碳汇和1次碳源过程;围栏禁牧样地经过明显的1次碳源过程。3)各样地土壤有机碳储量净增量均表现为碳源, 其中自由放牧样地表现为最强碳源, 其次为划区轮牧样地, 围栏禁牧样地为最弱碳源, 分别为-0.75、-0.45和-0.32 kg·m-2。综合分析表明, 放牧制度明显改变短花针茅荒漠草原土壤有机碳储量积累过程, 减少碳释放的放牧制度能力大小排序依次为围栏禁牧、划区轮牧和自由放牧。     

不同放牧制度下短花针茅荒漠草原土壤呼吸动态研究

采用动态密闭气室法(IRGA),对短花针茅荒漠草原土壤呼吸进行野外定位观测,分析了生长季不同放牧制度土壤呼吸速率的日变化、季节变化及其与环境因子的关系。结果表明,1)不同放牧制度下短花针茅荒漠草原土壤呼吸日、季节动态差异不大,日动态受温度影响呈单峰曲线,季节变化主要受到水分因子的影响;2)与自由放牧土壤呼吸日均速率(0.449 7 μmol CO₂/m²·s)相比,划区轮牧(0.504 7 μmol CO₂/m²·s)在干旱月份较大,围栏禁牧(0.529 5 μmol CO₂/m²·s)除生长季初都显著增大,但纵观整个生长季,不同放牧制度下土壤呼吸均值差异不显著;3)土壤呼吸日均速率与气温的相关性大于与土壤温度的相关性,水温复合模型较单因子模型更好地解释土壤呼吸速率的变化;4)划区轮牧和自由放牧较围栏禁牧增大了土壤呼吸的温度敏感性(水分充足时),降低了土壤水分对土壤呼吸的影响。研究表明,不同的放牧方式对土壤呼吸速率及其环境因子效应影响较小,围栏禁牧较自由放牧改变了土壤呼吸日均速率及水热因子效应。     

荒漠草原不同放牧强度下土壤酶化学计量特征的研究

为探讨不同放牧强度对土壤酶活性及其化学计量比的影响,本研究依托于内蒙古农牧科学研究院长期放牧平台(2004年开始放牧),每个区组内设置4个不同放牧强度：重度(Heavy grazing, HG)、中度(Moderate grazing, MG)、轻度放牧区(Light grazing, LG)和对照区(Contral, CK),各小区放牧羊的数量分别为12,8,4,0只,于2021年5月利用土钻法进行野外取样,室内分析土壤理化性质、土壤微生物生物量、土壤酶活性及其化学计量特征。结果表明：随放牧强度增加,土壤理化性质,养分含量及其化学计量特征发生显著变化(P<0.05)。土壤微生物养分含量及与C(αG、βG)、N(NAG、LAP)、P(ALP)相关的5种酶活性均随放牧强度增加而降低。随放牧轻度增加,向量长度(Vectoe Lengh)和向量夹角(Vectoe Angle)均显著增加,与C、N、P循环相关的5种土壤酶活性及其化学计量比显著降低(P<0.05)。荒漠草原受C、N限制,且放牧强度越大限制越严重。     

不同放牧压下短花针茅荒漠草原植物群落盖度空间变化

在不同放牧压下,以短花针茅荒漠草原植物群落盖度为研究对象,采用GS+软件进行地统计分析,对其空间异质性进行了研究。结果表明,SA3(全年重度放牧处理区)和SA5(全年适度放牧处理区)植物群落盖度分别达到29.62%和28.58%,SA1(春季零放牧、夏季重度放牧和秋季适度放牧处理区)植物群落盖度为21.71%。家畜选择性采食践踏这一随机因素引起的空间变异在SA1处理区中最小,为0.01;SA4(春、夏重度放牧和秋季适度放牧)处理区和SA5处理区随机因素引起的空间变异接近且较大,分别为22.40和22.30。在不同放牧压组合下,植物种群盖度均存在强烈的空间自相关性,SA1、SA2(春季零放牧、夏季适度放牧及秋季重度放牧处理区)、SA3处理区空间自相关性表现强于SA4和SA5。SA1和SA3处理区分形维数较高,空间分布格局简单,空间依赖性较强,空间结构性好;SA4和SA5处理区分形维数较低,空间分布格局相对复杂,随机因素引起的异质性占有较大的比重。     

不同放牧强度下荒漠草原土壤养分和植被特征变化研究

以短花针茅(Stipa breviflora)草原为研究对象,设置3个放牧梯度,对不同放牧处理土壤理化性质进行了研究。结果表明:土壤容重随着放牧强度增加而显著升高(P0.05),全年重牧土壤容重上升最明显;土壤含水量随放牧强度的增加而降低,其中全年重牧下0~20cm土层下降显著(P0.05)。各放牧处理土壤有机质含量随土层深度的增加呈先下降后上升的趋势,放牧对土壤速效磷和全钾的影响不显著,全年适度放牧土壤速效钾含量最高。放牧降低了植物地上生物量,减少了凋落物的生成,地上生物量与凋落物生物量呈线性正相关关系。     

基于物种周转揭示放牧对荒漠草原植物多样性的影响

放牧引起草原生态系统物种更替,进而调控群落植物多样性。然而,放牧过程中物种更替与植物多样性改变间具有怎样的联系,目前缺乏系统的研究。本试验在内蒙古荒漠草原放牧实验平台进行,对群落植物多样性进行了调查。研究发现：随放牧强度的增加,群落物种总数下降了28%～52%且物种组成发生了明显的分异;随放牧强度的增加,群落科的数目和多年生杂类草的物种数逐渐减少,一年生植物的物种数增加,同时群落Simpson指数和Shannon-Weiner指数等显著降低(P<0.05);随放牧强度的增加,物种损失率和周转率显著提高(P<0.05),但物种获得率无显著变化;放牧荒漠草原物种损失率和周转率与植物多样性指数间呈显著负相关关系(P<0.05)。本研究从物种周转的角度揭示了放牧荒漠草原植物多样性降低的驱动机制,为优化荒漠草原管理和利用提供科学支撑。     

短花针茅荒漠草原物种间关系的多度不对称性对载畜率的响应

目前物种的相对多度与种间关系的内部联系如何影响物种共存仍不清楚。为探讨植物群落物种间关系强度的多度不对称性及其对载畜率的响应,本研究以内蒙古短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原植物群落为对象,分析了对照、轻度、中度及重度放牧下群落物种的多度及其频率。结果表明：随载畜率的增大,物种数呈现出降低的趋势。不同载畜率下同分布指数CO均存在明显的多度依赖性;常见种(如短花针茅、无芒隐子草(Cleistogenes songorica)及刺穗藜(Chenopodum aristatum))对其他物种的作用强度普遍较强。不同载畜率下短花针茅对无芒隐子草及刺穗藜的作用强度均高于其二者对短花针茅的强度,表现出种间强度的不对称性。此外,放牧使得短花针茅对无芒隐子草的作用强度呈现出增大的趋势,使得无芒隐子草对短花针茅的作用强度呈现出降低的趋势。因此,物种间存在多度的不对称性,而放牧进一步造成其物种间作用强度的变化。     

不同牧压梯度下高寒草甸演替及植物物种多样性分异特征

通过对不同牧压梯度导致的4个相邻高寒草甸植物群落物种多样性的调查,探讨了放牧驱动下高寒草甸演替及植物物种多样性分异特征,以期为高寒草甸合理利用提供依据。结果表明:矮嵩草时期与小嵩草草毡表层开裂期的多样性指数D差异不显著,其他3个阶段间差异显著(P0.05);多样性指数H除禾草矮嵩草时期与小嵩草草毡表层开裂期,矮嵩草时期与小嵩草草毡表层加厚期差异不显著外,其他均差异显著(P0.05);均匀度指数除矮嵩草时期与小嵩草草毡表层加厚期差异不显著,其他3个时期差异均达到显著水平(P0.05);放牧明显改变了高寒草甸的主要建群种和优势种,伴随牧压强度增大,植物群落发生更替,莎草科重要值增大,禾本科重要值减小,草甸植物群落由禾草矮嵩草时期向矮嵩草时期、小嵩草草毡表层加厚期、小嵩草草毡表层开裂期演替。     

荒漠草原优势种功能性状对不同放牧强度的响应

放牧是草地最主要的利用方式之一,植物功能性状能够客观的表达植物应对放牧的适应性,为了研究植物功能性状在不同放牧强度下的避牧策略和进一步阐明合理放牧的重要性,本研究依托15年的长期放牧平台,探讨在不同放牧强度下荒漠草原两大优势物种短花针茅(Stipa breviflora)和无芒隐子草(Cleistogenes songorica)的15个功能性状变化以及其之间联系。结果表明：短花针茅的叶长和株高随放牧强度的增大而显著降低(P<0.05);由于植物的补偿性生长轻度放牧增加了无芒隐子草的株高和株丛径,但是中度和重度放牧对无芒隐子草功能性状均产生了消极的作用(P<0.05);短花针茅和无芒隐子草的地上生物量与株高、丛幅径以及茎叶干重均呈极显著正相关关系(P<0.01)。由此可见,荒漠草原两种优势种对放牧干扰有着不同的响应机制,这为深入了解荒漠草原提供了重要的科学依据。