中国草地样带植物氮磷元素空间格局及其与气候因子的关系

在横穿内蒙古和青藏高原的中国草地样带中,设置了132个采样样地,采集到138种、329个植物叶片样品。在对植物样品进行化学元素分析的基础上,分析了植物叶片氮磷元素空间格局及其与气候因子的关系,试图为全球气候变化条件下草地的C,N,P元素循环研究以及草地生态系统对全球气候变化的响应和适应研究提供依据,同时也为相关生态学模型提供基础数据。结果表明：青藏高原地区植物N,P含量均高于内蒙古地区。随着年均温的增加,植物叶片N元素含量呈降低趋势,P元素含量和N/P变化不明显;随着年均降水量的增加,植物叶片N,P元素含量均略呈增加的趋势,而N/P变化不明显。上述研究结果验证了温度-植物生理假说（TPPH）,同时,还支持土壤年龄假说和生长速率假说。然而,地带性气候因子对植物叶片N,P元素变异的解释率并不高,这表明草地植被N,P元素变化的格局、规律和机制仍需进一步深入研究。     

宁夏草原植物叶片氮磷化学计量特征及其驱动因素

N、P循环控制着草地生态系统植物生长发育及群落结构和功能。为揭示宁夏草原植物N、P化学计量变化规律及其主要驱动因素,测定111个样地中的优势种植物409个样本叶片N、P含量,分析N、P化学计量特征、空间格局及其与气候因子(年均温度、年均降水量)的关系。结果表明,宁夏草原植物N、P含量的算数平均值分别为22.47和1.83 mg·g^-1,N/P为14.24,宁夏天然草地生长同时受N、P的限制;宁夏天然草地植物叶片N含量和N/P随纬度、年均温升高而增大,随海拔、年均降水量降低而增大,而叶片P含量随年均降水量升高而升高,N、P含量随经度升高而增大;空间分布和水热条件能够解释N、P含量及N/P方差的70.83%,这表明水热是宁夏天然草地植物叶片N、P化学计量特征的主要驱动因素,研究结果可为宁夏草原的管理和生产力的提升提供理论依据。     

宁夏草原植物叶片氮磷化学计量特征及其驱动因素

N、P循环控制着草地生态系统植物生长发育及群落结构和功能。为揭示宁夏草原植物N、P化学计量变化规律及其主要驱动因素,测定111个样地中的优势种植物409个样本叶片N、P含量,分析N、P化学计量特征、空间格局及其与气候因子(年均温度、年均降水量)的关系。结果表明,宁夏草原植物N、P含量的算数平均值分别为22.47和1.83mg·g-1,N/P为14.24,宁夏天然草地生长同时受N、P的限制;宁夏天然草地植物叶片N含量和N/P随纬度、年均温升高而增大,随海拔、年均降水量降低而增大,而叶片P含量随年均降水量升高而升高,N、P含量随经度升高而增大;空间分布和水热条件能够解释N、P含量及N/P方差的70.83%,这表明水热是宁夏天然草地植物叶片N、P化学计量特征的主要驱动因素,研究结果可为宁夏草原的管理和生产力的提升提供理论依据。     

三江源区高寒草地根系-土壤C、N、P生态化学计量特征

植物生态化学计量学及内稳性特征对于研究C、N、P元素与植物生长之间的关系、限制性养分的判断、生态系统的稳定性等方面有重要意义,但对高寒草地生态系统的相关研究报道较少,鉴于此,以三江源区4类高寒草地为研究对象,测定并分析了根系与土壤C、N、P生态化学计量关系特征以及根系生态化学内稳性特征。结果表明,不同类型高寒草地0～20 cm植物根系C含量平均为27.42%～44.8%;0～20cm根系全N含量平均为1%～1.68%;0～20cm根系全P含量平均为0.07%～0.16%。高寒草原植物根系各指标均具有内稳性特征;高寒草甸植物根系C∶N属于弱内稳态;沼泽草甸植物根系P属于敏感态,N∶P是弱内稳态;人工草地植物根系N是弱敏感态,根系P是敏感态。说明高寒草原植物根系具有相对较高的内稳性,可能是其能适应极端环境胁迫的原因;高寒草甸植物根系C、N含量受土壤环境的影响较大,沼泽草甸和人工草地植物根系N、P含量受土壤环境影响较大。高寒草原、高寒草甸、沼泽草甸、人工草地根系C∶N分别为19.35、20.68、19.7、46.02;根系C∶P分别为443.03、208.08、183.71、360.29,根...     

封育对荒漠草地生态系统C、N、P化学计量特征的影响

对比干旱区伊犁绢蒿荒漠草地放牧、封育2年、封育9年的植被、根系及土壤C、N、P元素的变化,以揭示封育对生态系统养分及其化学计量比的影响。结果表明,封育后土壤有机碳含量变化不大,全氮含量稳步提高,全磷含量稍有降低。封育2年的植被和0~5cm土层根系的N/P高于放牧,表明恢复初期植物对N的利用率较高;封育9年的植被和根系N/P降低,表明植被恢复后植物对P素的利用率提高。封育对植被的C/N影响不大,但长期封育使根系的C/N升高,表明长期封育使根系固碳显著。相关分析表明,土壤P、植被P、根系P之间没有显著相关,但是根系P与根系C、植被N和土壤C显著相关,表明在干旱区土壤缺磷的环境下,植物对P素的吸收与利用是通过其他元素来间接影响的。     

长芒草不同季节碳氮磷生态化学计量特征

内稳性理论和生长速率理论是生态化学计量学存在的前提和基础。为探讨高等植物不同发育阶段碳(C)、氮(N)、磷(P)元素含量及其计量比的内稳性特征以及与生长速率的关系,研究了黄土高原天然草地建群种植物长芒草（Stipa bungeana）地上组织C、N、P含量季节动态及其化学计量比的变化,探讨家畜采食对植物体内元素内稳性的影响。结果表明,围封样地（1）长芒草3-7月地上生物量逐步增加,且最大生长速率出现在3-5月;3-5月植物体C∶N、C∶P、N∶P显著提高,不符合生长速率理论。（2）长芒草C含量3-5月显著升高,5-9月差异不显著,而N和P含量3月含量最高,5-9月逐渐降低;3-9月,长芒草的C∶N与C∶P表现出逐渐增加的趋势,而N∶P表现出先增大后减小的趋势,不同生育时期长芒草C含量和N∶P的变异系数较小,分别为3.65%和6.60%,表现出较强的内稳性,而N、P含量及C∶N、C∶P的变异系数均大于30%。放牧样地,（1）长芒草叶片N、P含量均高于围封样地,C∶N和C∶P小于围封草地,且5、7月N∶P高于围封草地。（2）长芒草C含量和N∶P变异也较小,但N∶P变异明显大于围封草地,为21.30%。表明放牧影响长芒草C、N、P计量特征,且C、N∶P具有较强的内稳性。     

甘南尕海湿地不同退化程度植物碳、氮、磷的化学计量特征及动态变化

以甘南尕海沼泽化草甸湿地为研究对象,测定3种退化程度（未退化、轻度退化、中度退化）植物根系和植物地上部分的化学计量特征。结果表明,植物根系与地上部分P含量呈显著的负相关性,而植物根系与地上部分N含量呈现极显著的正相关性。3种不同退化程度下植物根系C、N含量在整个生长季内的变化较为平缓,而根系P含量在整个生长季内呈下降的趋势;植物根系C：N随着月份的推移基本持平,而根系C：P和N：P呈逐渐上升的变化趋势。湿地植物C含量与N含量之间存在极显著的正相关关系,与P含量呈现负相关关系;而N与P含量之间呈现出负相关性;同时发现P元素已经成为尕海湿地沼泽化草甸植物生长发育过程中的主要限制性因子。因此,在对尕海沼泽化草甸湿地种群进行保护和开发中适量增施P肥,将会促进湿地植被的恢复。     

运用微根管技术研究草地植物细根的进展

微根管(minirhizotron, MR)技术自出现以来,因其方便、简洁、省时省力和能够原位观察的特点而在植物细根(直径<2 mm)研究中发挥重要作用。草地植物细根在土壤养分循环和草地可持续发展中起到关键作用。本研究综述了国内外学者运用微根管技术研究草地植物细根的进展,主要集中在草地植物根系产量、寿命及周转速率对气候变化、草地管理与利用以及土壤生物的响应等方面。多数研究认为CO₂浓度升高和气候变暖会增加植物细根根长、根数量或生物量,降低根系寿命;春季发生的细根寿命相对秋季发生的细根较短。刈割和人工施加氮肥对天然草地植物根系没有显著影响,但会成倍增加草地地上生物量,减少物种丰富度。植物细根寿命与直径呈正相关关系,周转速率与直径呈负相关关系。微根管技术在今后研究的重点可围绕4个方面:1)放牧、草地利用与管理以及土壤生物与草地植物细根的相互关系;2)根系寿命或周转速率对土壤碳库或养分库的影响;3)气候变化或人类活动引起草地植物根系发生变化的机制。通过综述,以期更好地利用微根管技术服务于草地根系研究,促进草地农业生态系统根系研究的发展。     

甘南尕海湿地不同退化程度植物碳、氮、磷的化学计量特征及动态变化北大核心CSCD

以甘南尕海沼泽化草甸湿地为研究对象,测定3种退化程度(未退化、轻度退化、中度退化)植物根系和植物地上部分的化学计量特征。结果表明,植物根系与地上部分P含量呈显著的负相关性,而植物根系与地上部分N含量呈现极显著的正相关性。3种不同退化程度下植物根系C、N含量在整个生长季内的变化较为平缓,而根系P含量在整个生长季内呈下降的趋势;植物根系C:N随着月份的推移基本持平,而根系C:P和N:P呈逐渐上升的变化趋势。湿地植物C含量与N含量之间存在极显著的正相关关系,与P含量呈现负相关关系;而N与P含量之间呈现出负相关性;同时发现P元素已经成为尕海湿地沼泽化草甸植物生长发育过程中的主要限制性因子。因此,在对尕海沼泽化草甸湿地种群进行保护和开发中适量增施P肥,将会促进湿地植被的恢复。     

氮、磷添加对草地不同冠层植物叶片和根系生态化学计量特征的影响

植物碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量特征能反映植物与环境间的相互作用关系,是评估植物对环境变化响应的重要依据。已有的相关研究多以地上器官为主,而对地下器官关注相对较少。本研究以呼伦贝尔草地不同冠层的4种植物——羊草、披针叶黄华、达乌里芯芭和星毛委陵菜为对象,分析了氮、磷添加对其叶片和根系C∶N∶P生态化学计量特征的影响。结果表明:氮、磷添加对4种植物叶片和根系C含量没有显著影响。氮添加显著提高了3种非豆科植物叶片和根系N含量(达乌里芯芭叶片接近显著)、降低了其C∶N,而磷添加显著提高了4种植物叶片和根系P含量并显著降低了C∶P。氮、磷添加对4种植物C、N、P及其化学计量比均无显著的交互作用。4种植物中,羊草叶片和根系C∶N和C∶P在所有处理中均最高,较高的养分利用效率可能是其成为建群种的重要原因。依据植物叶片N∶P情况判断,该生态系统属于N限制类型。在植物养分限制判断中,根系N∶P不应作为养分限制判断的依据。上述研究结果说明草地植物地上地下器官对氮、磷添加的响应具有协同性,而且不同冠层的植物C、N、P生态化学计量特征对氮、磷添加的响应具有一致性。     

贺兰山西坡草地土壤碳特征及潜在退化损失分析

本研究分析了干旱区贺兰山西坡山前草地土壤碳的分布特征及其与气候、植被和土壤因子的关系,并探讨了潜在退化状态下土壤碳的变化特点。结果表明,随着海拔的增加,土壤有机碳含量和密度逐渐增加,表现为山地草原荒漠草原草原化荒漠;而土壤无机碳、全碳含量和密度随海拔增加先逐渐增加随后有所降低。偏相关及逐步回归分析表明,土壤有机碳含量与全氮显著相关,而影响土壤无机碳含量的因素因土层不同而有所差异,土壤无机碳与土壤容重显著相关,且受年降水量和年均温因子的共同影响。土壤碳密度受土壤碳含量的影响大于土壤容重。另外,当各高海拔草地群落潜在退化为低海拔草地群落时,土壤有机碳含量及密度变化较大,呈减少趋势,无机碳和全碳表现不一致,但当草地类型发生改变时,两指标减少幅度较大。上述结果表明,草地退化对土壤有机碳和无机碳影响显著,且土壤无机碳受土壤母质的影响也强烈。     

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。     

Large-Scale Spatial Patterns of Grassland Community Properties in the Inner Mongolia Autonomous Region,China

Mapping large-scale spatial patterns of grassland community properties in the Inner Mongolia Autonomous Region of China and learning how they are affected by environmental factors are vital to understand grassland changes in response to climate change and human activity. We collected data on six grassland community properties across 198 sample plots in the Inner Mongolia Autonomous Region: height, coverage, aboveground biomass (AGB), belowground biomass (BGB), soil bulk density (SBD), and species number (SN). We then analyzed the relationship between these and a range of environmental factors, including elevation, mean annual temperature (MAT), mean annual precipitation (MAP), ≥ 10 C annual accumulated temperature, humidity index, and normalized difference vegetation index (NDVI), using correlation and regression analysis. On the basis of the regression equation, we undertook a multifactor model using ArcGIS, in which different weights were assigned to each factor according to the degree of fitness between the estimated results and measured data. We then mapped the spatial distribution of grassland community properties in Inner Mongolia. We found a significant correlation between all of the grassland community properties and environmental factors measured (P < 0.01). In terms of spatial patterns, SN, height, coverage, AGB, and BGB were positively correlated with the transition from desert grassland to meadow grassland. The community properties model provided good results, with average accuracies of 53.05–90.21% and R² values of 0.40–0.68 (P < 0.01) across the six grassland community properties. The multifactor comprehensive model provides significant correlation between the predicted results and measured data. Therefore, this could be used as a basis for future studies on Inner Mongolia grasslands and to understand temporal and spatial changes of grassland in response to human activity and climate change.     

内蒙古农牧交错区草地气候生产力对气候变化的响应

摘要：本研究以太仆寺旗为例,利用1979-2009年的气候数据,分析了内蒙古农牧交错区气候变化趋势,并结合Miami和Thornthwaite Memorial模型研究草地气候生产力对不同气候变化情景的响应。结果表明,近30年来,太仆寺旗年平均气温增温趋势明显（每10年0.62 ℃）,四季平均气温均有显著上升,以冬季升温最明显（每10年0.84 ℃）;年降水量有下降趋势（每10年5.3 mm）,但趋势不明显;综合考虑水热因子的Thornthwaite Memorial模型更能够反映草地气候生产力的变化趋势,与温度相比,降水是影响草地生产力的关键因子;在气候变暖的背景下, “暖湿型”气候可提高草地气候生产力,变化幅度为8.3%~16.7%,假如未来气候向“暖干型”发展,草地气候生产力的变化为-4.8%~3.5%。     

黄土高原典型草原植被及土壤化学计量对降水变化的响应

研究植被和土壤生态化学计量及其耦合关系,是解析气候变化背景下草地植被养分动态平衡和能量流动的重要途径.本研究以宁夏固原云雾山典型草原为研究对象,采用控雨-滴灌装置模拟3个降水梯度(自然降水的50％,100％和 150％),分析了植物叶片、根系、凋落物及土壤的碳(Carbon,C)、氮(Nitrogen,N)、磷(Pho...     

羊草生长率的研究和生长率假说的验证

生长率假说（GRH）是研究生物生长率与化学计量特征之间关系的理论。为了验证生长率假说，以北方草原重要建群种羊草（Leymus chinensis）为材料，将取自内蒙古和吉林省4个地点的羊草在相同的光照、水肥条件下盆栽土培，用称重法测定了羊草的生长率，用PCR的方法分析了羊草核糖体DNA基因间隔区（IGS）长度，研究了羊草生长率与羊草磷含量、氮磷比、IGS长度及取样地土壤中氮、磷含量之间的关系。结果表明，羊草生长率与羊草全磷含量存在正相关关系，与羊草氮磷比存在负相关关系，生长率较高的羊草具有较长的IGS，符合生长率假说的预测。不同来源的羊草种植在相同环境下，来自氮、磷含量较高土壤的羊草具有较高的生长率，这可能是羊草对特定地域生境条件长期适应的结果。高的生长率和长的IGS可能是植物对较高氮、磷含量环境的适应。     

内蒙古贝加尔针茅草原3种主要植物凋落物分解特征

以内蒙古贝加尔针茅（Stipa baicalensis）草原3种主要植物贝加尔针茅、羊草（Leymus chinensis）和冷蒿（Artemisia frigida）为对象,采用分解袋法研究了3种不同植物器官（叶、茎、根）凋落物的分解速率和养分动态变化过程。结果表明：3种主要植物凋落物分解速率存在明显差异,贝加尔针茅叶凋落物分解快于根凋落物,羊草和冷蒿根凋落物分解快于叶和茎凋落物;3种主要植物凋落物分解季节动态呈单峰型曲线,在8月份时达最大值;羊草和冷蒿茎凋落物初始N含量与其分解速率成显著正相关,3种主要植物凋落物C含量和C/N与各器官凋落物分解速率成显著负相关。     

内蒙古典型草原黄囊苔草生长动态对气象因子的滞后响应分析

在全球变化与陆地生态系统关系的研究中,气候和植被相关关系的研究具有非常重要的意义。本文以2014年内蒙古草原生态系统定位站提供的气象数据资料为基础,运用灰色相对关联度以及含有时滞参数的灰色系统模型,分析了内蒙古典型草原区域尺度黄囊苔草(Carex korshinskyi)地上生物量对6种气象因子的响应。结果表明:黄囊苔草对6种气象因子的响应均有滞后效应。黄囊苔草地上生物量对降水量、气温、地温、蒸发量、相对湿度、日照时数的响应分别滞后10,16,16,10,15,5d。此结果将有助于更加深入理解气象因子对植物群落的影响机制,并为草地植被生产力建模与定量预测提供信息基础,以期在实践应用中发挥更高的价值。     

内蒙古地区草地表层土壤容重空间格局分析

本文以内蒙古地区草地表层土壤容重调查测定数据为基础,结合遥感和气候多重数据,进行草地土壤容重与海拔、年均气温、年均降雨、≥10℃积温、湿润度和NDVI等6个生态要素之间的回归分析。根据回归拟合方程,借助ArcGIS平台进行单因素插值,并通过插值预测结果与实测数据的拟合程度进行各因素对土壤容重影响的权重分析,加权叠加并综合插值出内蒙古草地土壤容重1 km×1 km栅格的空间分布图。结果表明：内蒙古地区草地土壤容重平均值为1.45 g·cm^-3,其中温性荒漠类草地的土壤容重最大,为1.58 g·cm^-3,温性草甸草原类土壤容重最小,为1.27 g·cm^-3;空间格局上,草地表层土壤容重自东向西方向呈现由低到高逐渐递增的趋势。综合插值得到的内蒙古草地表层土壤容重空间格局图,通过预测值与实测值之间的复相关性检验,其复相关系数R²=0.6739,均方根误差（RMSE）为0.1424 g·cm^-3,总体偏差为9.77%,平均预测精度达90.23%。综合空间插值结果较好地反映了内蒙古地区土壤容重空间分布情况,与土壤类型和草地类型的分布基本吻合。