植物群落多样性和生产力对不同载畜率的响应

为探讨荒漠草原植物群落多样性和生产力在不同载畜率下的变化,试验采用完全随机区组设计,设置了4个不同载畜率,即不放牧对照(CK)、低载畜率(LG)、中载畜率(MG)、高载畜率(HG)。试验结果表明:(1)群落的高度、盖度、密度、生产力都随着载畜率增加显著下降(P0.05)。(2)低、中载畜率下的丰富度指数、多样性指数显著高于重度放牧(P0.05),低载畜率下的生产力显著高于高载畜率(P0.05)却与中载畜率的生产力没有显著差异。(3)对照、低载畜率均匀度指数显著低于中、高载畜率(P0.05)。(4)香农维纳指数、丰富度指数与生产力存在着极显著的线性相关关系,回归方程分别为Y=9.6076+234.3713X (R2=0.2933,P0.001),Y=50.67+225.994X (R2=0.2933,P0.001),均匀度指数与地上生产力没有相关关系。     

短期降雨改变对荒漠草原植物群落特征的影响

为了研究长期放牧效应和短期降雨改变对草原生态系统植被特征的影响,以长期控制载畜率(禁牧、轻度放牧、中度放牧、重度放牧)试验为基础,分析模拟不同降雨梯度(减少环境降雨50%、环境降雨、增加环境降雨50%和100%)下植物群落个体数量特征、物种多样性以及地上生物量对水分变化的响应。结果表明:1)长期放牧和短期降雨改变均显著影响群落盖度(P0.05),群落盖度随放牧强度的增加而减少,却随降雨的增加而增大;2)短期降雨改变对物种多样性影响显著(P0.05),中度放牧后在增加环境降雨100%处理下,最多出现22种物种;3)长期放牧和短期降雨改变对地上生物量均有显著影响(P0.05),禁牧样地在环境降雨处理下地上生物量最高,为408.3g·m-2,重度放牧样地在减少环境降雨50%处理下地上生物量最低,为118.2g·m-2。     

放牧对荒漠草原主要植物微斑块物种组成与更替的影响

为探讨不同植物斑块物种组成对放牧的响应规律,本研究以不同载畜率下短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原：冷蒿(Artemisia frigida)、无芒隐子草(Cleistogenes songorica)和银灰旋花(Convolvulus ammannii)种群微斑块为研究对象,在斑块不同位置进行群落调查,分析斑块群落物种组成、更替和多样性的变化特征。结果表明：经过12年放牧,冷蒿斑块的物种相似性随载畜率增加显著降低(P<0.05);无芒隐子草斑块和银灰旋花斑块Margelef和Shannon-Wiener指数随载畜率的增加显著降低(P<0.05);银灰旋花斑块Margelef, Shannon-Wiener和Pielou指数在斑块区显著低于过渡区和外部区(P<0.05)。放牧使无芒隐子草和银灰旋花与周围环境物种交换增多,无芒隐子草在斑块中占主导地位,而银灰旋花由于生物量和多样性的显著降低在群落中处于劣势;冷蒿斑块随载畜率增加生物量急剧减少,不同位置间的物种更替增强。本研究可为放牧利用下荒漠草原的可持续利用提供参考。     

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。     

放牧对荒漠草原主要植物种群空间格局与生态位的影响

本研究以短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原为研究对象,在长期不同载畜率(对照CK、轻度放牧LG、中度放牧MG和重度放牧HG)放牧样地,通过群落调查探讨建群种短花针茅、优势种冷蒿(Artemisia frigida)和无芒隐子草(Cleistogenes songorica)以及主要伴生种银灰旋花(Convolvulus ammannii)的空间分布格局和生态位特征。结果表明：物种多样性指数随载畜率增加而降低,在HG处理显著低于其他处理(P<0.05);不同载畜率下,4种植物均为聚集分布的格局;随载畜率的增加,短花针茅和无芒隐子草的聚集强度降低,生态位变宽,冷蒿和银灰旋花的聚集强度提高,生态位变窄;短花针茅和无芒隐子草之间的生态位重叠随载畜率的增加而增加,二者的种间竞争作用加强,而冷蒿和银灰旋花之间或二者与短花针茅或无芒隐子草之间的生态位重叠均降低。综上,放牧改变了4种植物种群的空间分布和生态位,随载畜率增加,群落中短花针茅和无芒隐子草在群落中处于优势地位,冷蒿和银灰旋花在群落中的地位减弱。     

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。     

模拟降水和不同载畜率对荒漠草原生态系统碳交换的影响

[目的] 探究不同降水梯度和不同载畜率对生态系统碳交换的影响。[方法] 试验依托内蒙古乌兰察布市四子王旗短花针茅荒漠草原不同载畜率（对照、低载畜率、中载畜率、高载畜率）平台,增设模拟降水试验（减水50%、自然降水、增水50%、增水100%）。在2017年植物生长季,采用Li-6400便携式光合仪和密闭式箱法测定生态系统净碳交换（net ecosystem carbon exchange,NEE）、生态系统呼吸（ecosystem respiration,ER）和生态系统总初级生产力（gross ecosystem productivity,GEP）对不同降水梯度和不同载畜率的响应。[结果] ①降水单因素处理对NEE、ER、GEP均产生极显著（P<0.001）影响。②高载畜率处理的ER显著（P<0.05）低于对照处理。③降水与载畜率的交互作用只对GEP产生显著（P<0.05）影响。相同载畜率处理下,降水量的增加对NEE、ER、GEP均有促进作用;相同降水处理下,对照区的ER、GEP显著（P<0.05）高于高载畜率区。ER、GEP在低载畜率条件下与土壤体积含水量的线性回归模型斜率的绝对值最大。[结论] 随着土壤含水量的增加,NEE、ER、GEP呈显著增加的趋势;随着载畜率的增加,ER显著降低,降水与载畜率的交互作用只对GEP产生显著影响,尽管水分的增加促进生态系统碳交换,但中、高载畜率条件下荒漠草原生态系统碳交换对土壤水分变化的敏感性减少。     

短花针茅种群功能性状对载畜率的响应

对不同载畜率下短花针茅种群的表型功能性状(株高、单株重、叶长、叶面积、比叶面积)和元素类功能性状(叶片N含量、叶片C含量、叶片C/N)等性状指标进行了测定,探讨短花针茅种群对放牧的响应机制。结果表明:随着载畜率增加,短花针茅种群表型功能性状指标逐渐降低,重度放牧显著低于对照(P0.05);载畜率对短花针茅种群叶片C、N含量没有显著影响,中度放牧区C/N显著低于轻度放牧(P0.05);可塑性指数PI值随着载畜率的增加而变大;叶面积是短花针茅响应放牧干扰最显著的指示性状。     

不同载畜率和模拟降水对荒漠草原土壤养分的影响

为了研究短花针茅荒漠草原不同载畜率和降水对土壤养分的影响。试验采用2×2裂区组设计,将50hm~2试验样地分为对照、轻度、中度和重度载畜率4个处理,3次重复,每个放牧处理下设有4个不同水分梯度(减水50%、自然降水、增水50%和增水100%),在每个水分梯度下用直径3. 5 cm土钻分别钻取0～10cm、10～20cm和20～30cm土样,带回实验室测定土壤全钾、全磷、速效钾和速效磷的含量。结果表明:载畜率对土壤全钾和全磷含量没有显著性差异(P0. 05);随着水分和载畜率的增加,土壤速效钾和速效磷的含量呈现显著降低趋势(P0. 05)。     

荒漠草原植物和土壤碳氮养分含量对不同载畜率的响应

以内蒙古短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原为研究对象,基于围封19年的长期放牧试验平台,设置4个载畜率水平,分别为对照(CK)0、轻度放牧(LG)0.91、中度放牧(MG)1.82、重度放牧(HG)2.71羊单位·(hm²·0.5a)^-1,测定并分析2021年8月植物生长高峰期优势植物及土壤的碳、氮养分含量。结果表明：与对照相比,载畜率的增加降低植物香农维纳指数、辛普森指数;轻度、中度和重度载畜率显著降低植物碳库氮库。随着载畜率增大,土壤铵态氮含量在中度载畜率时含量最高;与对照相比,重度载畜率显著增加土壤硝态氮含量,显著降低土壤全碳、全氮和土壤有机碳含量;中度和重度载畜率显著增加了土壤的pH值。表明在荒漠草原,高载畜率会降低植物多样性水平和碳、氮养分归还能力,增加土壤碳、氮含量的流失,进而造成了土壤全碳、全氮含量的降低,有机碳的累积转化受阻。     

不同载畜率对典型草原大针茅种群点格局的影响

基于点格局分析理论,使用成对相关函数并选择完全空间随机模型,结合大针茅种群地上数量特征,对不同载畜率下典型草原大针茅种群的空间格局变化特征予以分析。结果表明:(1)除平均枝条密度外,大针茅种群整体数量特征随着载畜率的增加表现出先升后降的趋势;平均高度、平均分盖度、地上现存量干重和重要值在轻度载畜率最高,在重度载畜率最低。(2)放牧条件下的大针茅种群空斑总面积显著高于未放牧(P0.05),种群领地面积、分布密度和领地密度显著低于未放牧(P0.05)。(3)在中等载畜率条件下,大针茅种群分布格局随着空间尺度的增加趋于均匀分布,在其他载畜率条件下呈随机分布模式。由上述结果得出,与未放牧相比,大针茅种群对放牧的适应性表现为:轻度载畜率下,在空间上采取收缩策略,以株丛个体内部调节为主;中度载畜率下,种群在空间格局上仍以聚集分布为主,种群数量特征上无显著变化;重度载畜率下,空间上由集聚分布向随机分布转变,株丛数量调节失灵,导致斑块破碎化。     

养分添加和降水变化对荒漠草原植物群落物种多样性和生物量的影响

本研究旨在探讨荒漠草原植物群落物种多样性及生物量对养分添加和降水变化的适应策略,以期为退化荒漠草原的恢复和管理提供理论基础。本试验在宁夏荒漠草原开展了养分添加和降水变化野外控制试验,通过测定植物群落物种数及生物量,研究养分添加和降水变化对荒漠草原植物群落物种多样性和生物量的影响。结果表明：养分添加显著降低禾草丰富度（P<0.05）;减少50%降水显著降低Shannon-Wiener指数和物种总丰富度,增加50%降水显著增加物种总丰富度（20.5%～28.2%）（P<0.05）;养分添加和增加50%降水显著提高植物群落盖度和生物量（P<0.05）;减少50%降水条件下,养分添加处理与不添加处理相比植物群落地上生物量显著提高（54.3%～75.6%）（P<0.05）;植物群落地上生物量与Shannon-Wiener指数和物种总丰富度呈显著正相关（P<0.05）。研究表明：减少50%降水条件下,养分添加能够缓解水分对荒漠草原植物生长的限制,其中氮磷钾添加缓解效果优于氮添加。     

短花针茅荒漠草原植物群落组成对模拟降水的响应

为了阐明降水变化对荒漠草原植物群落组成的影响,在短花针茅荒漠草原进行了模拟增加降水和减少降水的试验。试验有 4 种处理,分别是减少 50% 自然降水量(P1)、自然降水量(P2)、增加 50% 自然降水量(P3)、增加 100% 自然降水量(P4)。结果表明：(1)增加 50% 降水量对土壤含水量没有显著影响,增加 100% 降水量时土壤含水量明显增加,减少 50% 降水量使土壤含水量显著降低(P ＜ 0. 05);(2)群落物种丰富度和多样性指数没有随着降水增加而增加,但是群落内部的组成却发生了变化,多年生杂类草和一、二年生草本的比例显著增加(P＜0. 05),而减少降水使得一、二年生草本显著减少(P＜0. 05)。试验结果有助于更好地预测植物群落组成对降水变化的响应,制定合理的草原保护措施来提高草原的生态系统稳定性,从而应对降水变化的影响。     

内蒙古短花针茅草原植物水分及氮素利用效率对载畜率的响应

以内蒙古短花针茅草原为研究对象,探讨放牧对C_4、C_3植物水分及氮素利用效率的影响。结果表明:(1)C_3植物水分利用效率低于C_4植物;且随载畜率的增加,植物水分利用效率均显著(P0.05)降低,倾向于节水型的保守生长。(2)C_3植物的N素含量及C/N均高于C_4植物,且随载畜率的增加N含量显著(P0.05)增大,而C/N普遍降低(P0.05),氮素的利用效率明显降低。(3)C_4植物中水分利用效率与氮素利用效率没有相关性,而在C_3植物中,二者成极显著正相关(P0.01)。     

半干旱沙地草本植物群落特征对短期降水变化的响应

在半干旱地区,降水是制约草本植物群落结构与物种组成最主要的生态因子,而植物群落特征对降水变化的响应研究仍有很多不确定性。针对此现象,于2018年生长季在科尔沁沙地运用野外增减雨装置开展控制试验,通过自然对照、减少30%降水量、减少60%降水量、5月起连续干旱45 d、6月起连续干旱45 d、增加30%降水量、增加60%降水量7种试验处理,以期揭示草本植物群落特征及其物种组成对降水变化的响应,从而为植物生长对降水变化的适应机制研究提供理论依据。研究结果表明:1)减少60%降水量将造成沙地草本群落向单一结构发展,使物种丰富度指数、优势度指数和多样性指数显著减少,其减少率依次为8.57%、1.36%和4.80%,同时降低植物生产力。2) 5月起连续干旱45 d对沙地草本植物物种组成、物种多样性和群落生产力无显著影响。3) 6月起连续干旱45 d影响沙地草本植物多个物种重要值,导致物种密度减少,但对植物物种多样性和群落生产力影响不显著。半干旱沙地植物群落对长期干旱事件响应较大,对短期极端干旱事件具有一定的抵抗力。     

半干旱沙地草本植物群落特征对短期降水变化的响应

在半干旱地区,降水是制约草本植物群落结构与物种组成最主要的生态因子,而植物群落特征对降水变化的响应研究仍有很多不确定性。针对此现象,于2018年生长季在科尔沁沙地运用野外增减雨装置开展控制试验,通过自然对照、减少30%降水量、减少60%降水量、5月起连续干旱45 d、6月起连续干旱45 d、增加30%降水量、增加60%降水量7种试验处理,以期揭示草本植物群落特征及其物种组成对降水变化的响应,从而为植物生长对降水变化的适应机制研究提供理论依据。研究结果表明:1) 减少60%降水量将造成沙地草本群落向单一结构发展,使物种丰富度指数、优势度指数和多样性指数显著减少,其减少率依次为8.57%、1.36%和4.80%,同时降低植物生产力。2) 5月起连续干旱45 d对沙地草本植物物种组成、物种多样性和群落生产力无显著影响。3) 6月起连续干旱45 d影响沙地草本植物多个物种重要值,导致物种密度减少,但对植物物种多样性和群落生产力影响不显著。半干旱沙地植物群落对长期干旱事件响应较大,对短期极端干旱事件具有一定的抵抗力。     

荒漠草原不同载畜率下放牧对家畜体重的影响

为了探讨植被、家畜增重和载畜率的关系,在内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原开展了4种载畜率处理,分别为:对照(0羊hm~2/a)、低载畜率(0.91羊hm~2/a)、中载畜率(1.82羊hm~2/a)和高载畜率(2.71羊hm~2/a)的随机区组试验,每个处理3个重复。结果表明:(1)植物群落的盖度、高度、密度、地上现存量随着载畜率的增加出现了显著降低的趋势(P0.05)。(2)载畜率增加使得丰富度指数显著降低(P0.05),虽然低载畜率处理下的香浓维纳指数显著高于中载畜率和高载畜率处理组,但与对照处理组相比没有差异(3)中载畜率处理时家畜的公顷增重达到最大,而个体增重随着载畜率的增加而减小。     

载畜率对荒漠草原功能群特征的影响

为研究不同载畜率对荒漠草原群落特征的影响,设计4个载畜率(对照、轻度放牧、中度放牧和重度放牧)放牧试验。于2018至2020年分物种调查各处理高度、盖度、密度并计算重要值,探究不同载畜率对荒漠草原各功能群特征的影响。主要结果如下:1)重度放牧降低了所有功能群高度; 2)中度放牧显著增加了一、二年生草本的盖度、密度及重要值; 3)所有放牧处理均降低灌木、半灌木高度、盖度、密度及重要值; 4)多年生根茎型禾草通过增加密度提高重度放牧处理下的重要值。     

甘肃马鹿冬季牧场牧草再生性对刈割的短期响应

在肃南裕固族自治县甘肃马鹿(Cervus elaphus kansuensis)不同放牧率(1.00、1.45、2.45、3.45、4.85、6.90AUM·hm-2)的冬季牧场,研究草原生产力与群落结构对牧草最佳生长期刈割的短期响应。结果表明,1)随放牧强度增加,刈割群落物种丰富度呈先增加后减少趋势,其中4.85 AUM·hm-2放牧率下的群落物种丰富度最高;刈割显著增加草地地上生物量。2)刈割群落的牧草株高和地上生物量均表现为超补偿生长,补偿指数分别以3.45、6.90AUM·hm-2放牧样地最高;各优势种变化趋势不同。3)刈割群落的Simpson优势度指数、Pielou均匀度指数在放牧较重样地最高;随放牧强度增加,群落Shannon-Wiener多样性指数呈先增加后减少趋势,以4.85 AUM·hm-2群落最高;且除4.85 AUM·hm-2群落外,刈割后的群落Shannon-Wiener多样性指数显著高于刈割前的(P0.05)。4)各功能群植物对不同放牧强度响应不同。因此,适宜放牧强度下,刈割能发挥草地最大生产潜力并维持群落结构稳定性。     

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。