宁夏草原针茅属植物群落物种多样性和生产力格局及影响因素研究

物种多样性和生产力是草地生态系统的核心指标,是实现草地生态系统服务与功能的根本所在.宁夏温性草原位于干旱与半干旱的过渡区,针茅属植物是其优势种群,对水热变化敏感;因此,在全球气候变化背景下,探讨宁夏草原针茅属植物群落物种多样性与生产力的格局,在宏观尺度揭示其影响因素,不仅在生态学理论研究中具有重大价值,而且对宁夏天然草...     

宁夏针茅属植物叶片碳稳定同位素特征及其影响因素

植物叶片δ¹³C自然丰度能够揭示植物对环境的适应策略。本研究分析了宁夏6种针茅属植物叶片δ¹³C与环境因子的关系,并量化了气候与土壤因子对δ¹³C的影响程度,结果表明：宁夏针茅属植物叶片δ¹³C范围为-28.07‰～-24.56‰,均值为-26.31‰,其中,戈壁针茅δ¹³值最大(-25.91‰),沙生针茅最小(-27.96‰);δ¹³C与经度呈显著负相关,随纬度和海拔增加呈先上升后下降趋势;土壤因子单独解释量为32.87%,气候因子单独解释了7.54%,二者共同解释量为34.17%。通过蒙特卡洛检验,土壤全磷(TP)是影响针茅叶片δ¹³C的最主要因素,土壤全磷与δ¹³C呈显著正相关,年均温(MAT)、太阳辐射量(SRAD)、土壤容重(BD)与δ¹³C显著负相关。本研究结果可为揭示温性草原针茅属植物响应气候变化的适应策略及大尺度研究提供基础数据支持。     

放牧对中国草地植物群落物种多样性的影响

【目的】 明晰我国草地植物群落物种多样性特征及其影响因素对放牧干扰的响应,以便充分认识草地群落结构特征和发展趋势,反馈草地植被生长健康和系统稳定状况。【方法】 基于Meta 分析方法,对我国草地已开展的28 个关于放牧对草地植物群落多样性影响的研究进行了整合分析。【结果】 放牧干扰总体上降低了我国草地植物群落物种多样性,其中放牧显著降低了荒漠草原物种多样性,增加了草甸草原物种多样性;不同放牧强度和年限均对我国草地植物群落物种多样性存在影响,中度放牧提高了草地物种多样性,而重度放牧和长期放牧均降低了草地物种多样性。此外,年均降水量对植物群落物种多样性指数和均匀度指数具有显著的正向影响,可分别解释8. 70% 和15. 24% 的效应值变异;年均温度对物种多样性指数和优势度指数具有显著的负向影响,可分别解释9. 07% 和11. 61% 的效应值变异;放牧年限对多样性指数具有显著负效应,而对丰富度指数具有显著正效应,可分别解释2. 52% 和25. 27% 的效应值变异。【结论】 优化放牧管理制度可有效改善草地植物群落物种多样性,促进我国草地生态系统健康稳定发展。     

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。     

宁夏毛乌素沙地退化草原恢复演替过程中物种多样性与生产力的变化

对宁夏毛乌素沙地退化草原种植不同林龄柠条Caragana korshinskii后物种的多样性、群落结构及草地生产力进行了研究,结果表明:种植柠条林对退化草地的植被恢复有积极的作用,植物群落的多样性随柠条林龄的增加而增加,而且随林龄年份的增加,群落结构更趋于稳定.草地生产力由于土壤储水量相对较高,表现为随林龄的增加,草产量受季节降水量变化的影响较小,相对稳定的趋势.     

刈割强度对大针茅草原植物群落特征和土壤理化性质的影响

探究不同刈割强度对大针茅典型草原植物群落特征以及土壤理化性质的影响,可为大针茅草原制定合理科学的刈割制度提供理论依据。本研究以大针茅典型草原为对象,于2020年在内蒙古锡林浩特市毛登牧场刈割实验平台进行野外植被调查和取样。该实验平台于2014年建立,以不刈割为对照（CK）,设置轻度（LM）、中度（MM）及重度刈割（HM）3个处理。本研究通过计算物种重要值和多样性指数,测定植物群落地上、地下生物量以及土壤理化性质,探究群落特征与土壤理化性质的关系。结果表明：1）与不刈割相比,不同刈割强度均增加了新物种,且中度刈割的物种数最多;与不刈割相比,不同刈割强度均显著增加了群落的丰富度和Shannon-Wiener指数,且轻度刈割显著增加了优势度和均匀度指数,表明轻度刈割最有利于群落多样性的维持;不同刈割强度对大针茅草原的生产力均无显著影响;2）土壤全碳、全氮和pH均在中度刈割时最高,且显著高于不刈割,表明中度刈割对土壤养分有积极影响;3）硝态氮是影响草地生产力的主要土壤因子,土壤含水量是影响草地群落多样性的主要土壤因子。本研究可为大针茅典型草原群落结构、物种多样性以及生产力等方面的研究提供重要参...     

降水量对荒漠草原植物群落多样性和C:N:P生态化学计量特征的影响

基于2014年在宁夏荒漠草原设立的降水量变化的野外模拟试验平台(年均降水量减少50%、减少30%、增加30%、增加50%以及对照),研究了植物群落多样性和C:N:P生态化学计量特征的变化,并分析了二者间的关系。结果表明,减少降水量降低了白草(Pennisetum centrasiaticum)种群生物量,但对其他物种种群生物量和群落生物量无明显影响。适量增加降水量促进了多数植物生长,提高了Shannon-Wiener多样性指数和Patrick丰富度指数。但过量增加降水量抑制了苦豆子(Sophora alopecuroides)和猪毛蒿(Artemisia scoparia)生长、降低了Shannon-Wiener多样性指数;减少降水量对植物群落C:N:P生态化学计量特征影响较小。增加降水量降低了植物群落全碳、全氮和N:P;植物种群生物量与植物群落C:N以及土壤含水量存在较强的正相关关系,与植物群落全氮和全磷存在较强的负相关关系。植物群落多样性指数与土壤含水量、植物群落C:N以及土壤C:N存在较强的正相关关系,与植物群落全氮、全磷以及N:P存在较强的负相关关系。以上结果表明改变短期降水量荒漠草原植物群落组成不仅与土壤水分有效性密切相关,而且受植物N和P摄取能力的调控。     

荒漠草原植物群落特征及土壤碳氮含量对增温和增水的响应

为探究全球气候变化对草地植物群落特征和土壤养分含量的影响,在模拟增加温度（T0：自然温度;T1：自然温度增加2℃;T2：自然温度增加4℃）和增加降水量（W0：环境降水量;W1：环境降水量增加25%;W2：环境降水量增加50%）的7～8年后,调查了内蒙古荒漠草原植物群落特征并测定了土壤碳和氮含量。结果表明：增温、增水及其交互作用显著降低了荒漠草原植物群落中多年生禾草和半灌木的重要值,而显著增加了多年生杂类草和一年生植物的重要值。此外,增温、增水和同时增加温度和降水量对物种多样性、土壤碳和氮含量的影响并不显著;随着温度和降水量的增加,物种多样性指数和土壤碳、氮含量呈上升趋势。回归分析表明：土壤微生物量碳和氮与植物功能群重要值显著相关（P<0.05）,而土壤全碳和全氮与物种多样性显著相关（P<0.05）,这说明长期增温和增水可能通过调节土壤碳、氮含量对荒漠草原植物群落特征产生影响。研究结果为气候变化下荒漠草原的可持续发展提供数据依据。     

不同程度退化草地的植被土壤特征及其相互间的关系

以云南省会泽县典型亚高山退化草地为研究对象,采用植物群落样方调查,利用非度量多维尺度(non-metric multidimensional scaling,NMDS)等分析方法,对该区域不同退化程度下草地植物群落物种组成与多样性以及土壤理化性质的变异趋势及其内在关联进行了探究.结果表明,草地植物物种多样性指数、盖度和均匀度均随退化程度加剧而增加,但是植物群落中牧草类物种多样性及其比例均呈下降趋势,而毒杂草类植物多样性及其比例则呈上升趋势.整体上中度和重度退化草地的土壤养分含量相比于轻度退化草地的土壤养分含量呈明显下降趋势.在不同退化程度草地群落中,植物物种多样性指数与0–20 c m土层pH均有显著关系(P<0.05),但是影响退化草地植物物种多样性变异的土壤因子组合及其解释率并不一致.本研究初步探讨了我国南方亚高山草地在不同退化程度下的植物群落特征、土壤理化性质及二者间的内在关联,为探究该区域草地退化机制及退化草地的恢复措施提供了科学依据.     

高寒草原退化对植物群落及土壤理化性质的影响

以空间分布代替时间演替的方法,调查黄河源区玛多县高寒草原退化过程中植物群落特征和土壤理化特性的变化,探讨植物群落与土壤理化特性对退化的响应。结果表明:(1)不同退化梯度下植物优势种变化明显,从轻度退化到重度退化,草地优势种由紫花针茅和矮嵩草逐渐向杂类草转变,极度退化下变为沙生植物为主;(2)随着草地退化加剧,植物物种重要值、丰富度、多样性、均匀度以及地上生物量均呈先增加后降低的趋势,但轻度退化草地地上生物量比未退化草地高21.5%,其与不同物种在退化演替过程中的消长变化密切相关;(3)土壤有机质、全氮、全磷以及pH表现出随退化程度加剧呈显著降低(P<0.05)的趋势。土壤容重随退化程度加剧而显著增加,土壤通气孔隙度随退化程度加剧而显著降低。通过分析,草地退化首先影响土壤物理属性,进而影响草地群落物种组成,导致草地生产力明显降低。     

宁夏典型天然草地土壤有机碳及其活性组分变化特征

为探寻宁夏典型温性天然草地土壤有机碳及活性组分变异及储量特征,以宁夏4种典型的天然草地(温性草甸草原、温性草原、温性草原化荒漠和温性荒漠草原)为研究对象,采用野外调查和室内分析相结合的方法,对宁夏全区49个固定监测点,土壤有机碳及其活性有机碳组分(易氧化有机碳、微生物生物量碳和水溶性有机碳)进行采样和室内分析。结果表明:1)宁夏草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原4种天然草地,0～40 cm土层深度土壤有机碳含量分别为34. 23、12. 84、5. 76和3. 82 g·kg~(-1);单位面积土壤有机碳储量分别为:13. 43、5. 75、2. 58和2. 29 kg·m~(-2),且均表现为:草甸草原温性草原草原化荒漠荒漠草原。2)4种典型天然草地土样易氧化有机碳含量为0. 75～7. 43 g·kg~(-1),土壤微生物生物量碳含量为102. 52～554. 77 mg·kg~(-1),土壤水溶性有机碳含量为69. 66～89. 61 mg·kg~(-1),均表现为:草甸草原温性草原草原化荒漠荒漠草原。4种草地类型土壤易氧化有机碳储量分别为2. 56、1. 44、0. 62和0. 48 kg·m~(-2);土壤微生物生物量碳储量分别为:218. 31、170. 50、81. 99和68. 26g·m~(-2),均为草甸草原显著高于其他3种草地类型(P0. 05);水溶性有机碳储量分别为34. 36、35. 21、37. 22和43. 14 g·m~(-2),表现为荒漠草原显著大于其他3种草地类型(P0. 05)。3)4种典型天然草地易氧化有机碳分配比为18. 42%～29. 72%,温性草原最高;微生物生物量碳分配比为1. 54%～3. 83%,草甸草原最低;水溶性有机碳分配比为0. 23%～2. 01%,表现为:荒漠草原草原化荒漠温性草原草甸草原,且均存在显著性差异(P0. 05)。4)土壤有机碳储量与土壤易氧化有机碳储量、微生物生物量碳储量、全氮、全磷和全钾含量呈显著(P0. 05)或极显著(P0. 01)正相关关系;与土壤水溶性有机碳储量、土壤容重及pH值呈显著(P0. 05)或极显著(P0. 01)的负相关关系。因此可见,宁夏荒漠草原土壤有机碳稳定性最差,温性草原土壤有机碳活性大,土壤有机碳碳库的生物可利用性最高,宁夏温性天然草地土壤有机碳储量大,不应被低估。     

新疆不同草地类型植物物种特征与水热因子的关系研究

本文以新疆7种草地为研究对象,调查364个样地的物种名录,分析不同草地植物科属种的变化特征,探讨了植物物种丰富度(SR)对年平均温度(MAT)、降水(MAP)、海拔的响应。研究结果表明,新疆草地以禾本科、菊科为优势科,优势属为针茅属、绢蒿属;物种丰富度变化为:温性草甸草原(7.73)>温性草原(5.04)>高寒草原(4.36)>温性荒漠草原(3.99)>温性草原化荒漠(3.02)>温性荒漠(2.08)>低平地草甸(1.43);全部样地和温性草原的SR与MAP呈正相关,与MAT、海拔呈峰型关系;低平地草甸和高寒草原的SR与MAP呈正相关而与MAT呈负相关,与海拔呈先降低再增加的趋势;温性荒漠草原的SR与MAP呈正相关,与MAT、海拔无相关性;温性荒漠的SR与MAP呈正相关,与MAT呈负相关,与海拔呈峰型关系;温性草甸草原和温性草原化荒漠的SR与MAT、MAP均无相关性。不同草地类型对温度、降水响应的差异,是由于植被类型和温度、降水的空间分异性,对于海拔的分异,来源于海拔梯度范围和所研究地区大尺度的气候特征。     

不同程度退化草地的植被土壤特征及其相互间的关系

以云南省会泽县典型亚高山退化草地为研究对象,采用植物群落样方调查,利用非度量多维尺度(non-metric multidimensional scaling,NMDS)等分析方法,对该区域不同退化程度下草地植物群落物种组成与多样性以及土壤理化性质的变异趋势及其内在关联进行了探究。结果表明,草地植物物种多样性指数、盖度和均匀度均随退化程度加剧而增加,但是植物群落中牧草类物种多样性及其比例均呈下降趋势,而毒杂草类植物多样性及其比例则呈上升趋势。整体上中度和重度退化草地的土壤养分含量相比于轻度退化草地的土壤养分含量呈明显下降趋势。在不同退化程度草地群落中,植物物种多样性指数与0–20 cm土层pH均有显著关系(P 0.05),但是影响退化草地植物物种多样性变异的土壤因子组合及其解释率并不一致。本研究初步探讨了我国南方亚高山草地在不同退化程度下的植物群落特征、土壤理化性质及二者间的内在关联,为探究该区域草地退化机制及退化草地的恢复措施提供了科学依据。     

青藏高原不同类型高寒草地物种多样性与生物量的关系及影响要素

本研究以青藏高原为研究区，基于实测的115个样点调查数据，包括群落结构、土壤因素以及气候指标，利用单因素方差和线性回归分析，结合结构方程模型探究了不同类型高寒草地(高寒草甸和高寒草原)地上生物量和物种多样性的差异及其关系，并试图厘清不同草地类型生物多样性与地上生物量的主要驱动要素。结果表明：1)地上生物量与物种多样性在高寒草甸与高寒草原之间均存在显著差异(P<0.05)，且二者关系在两种草地类型均呈显著正相关关系(P<0.05)。2)驱动因子分析表明，年均降水量(AMP)与地上生物量(AGB)和物种多样性存在显著正相关关系(P<0.05)；高寒草甸中土壤有机碳(SOC)、土壤速效氮(SAN)和土壤速效磷(SAP)含量与地上生物量呈显著正相关关系(P<0.01)，而物种多样性(Shannon-Wiener指数)仅与土壤含水量(SWC)呈显著正相关关系(P<0.05)；高寒草原的SOC、SAN含量与地上生物量和物种多样性呈显著正相关关系(P<0.01)，且SWC、SAP含量与地上生物量和物种多样性之间的相互关系均不显著(P>0.05)。3)结构方程...     

黄土高原半干旱区天然草地群落结构与土壤水分关系

气候变化导致水热条件发生变化,从而引起土壤含水量改变,必然影响区域植物群落结构和功能。本研究以黄土高原半干旱区天然草地群落为研究对象,在较大空间尺度上根据随机设置样地法调查区域内典型地带性草地群落,研究黄土高原半干旱区土壤含水量的变化对草地群落的影响。结果表明,1)地上生物量、凋落物质量与土壤含水量呈显著正相关;地下生物量和总生物量与土壤含水量虽正相关但不显著;2)物种多样性和物种丰富度均随着土壤含水量的增加而增加;3)植物功能群受土壤水分的影响,表现为禾本科和豆科随着土壤含水量的增加而增加,而杂类草相反。总之,在半干旱区土壤水分是限制群落生产力和物种多样性的重要因子,而禾本科和豆科作为指示物种可以反映土壤的水分状况。土壤水分的变化可能是导致半干旱区天然草地群落演替的驱动力,草地退化可能与土壤含水量的改变有关。     

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。     

宁夏草原针茅属(Stipa)植物的生态适应策略与生态因子的关系

植物性状间的异速生长关系能够反映植物适应环境的分配策略。然而，关于植物叶内部的分配策略及适应策略的研究较少。本文分析了宁夏草原的优势种和建群种针茅属植物的叶片厚度、角质层厚度和主导管面积等叶片解剖性状间的15组异速关系分析叶片解剖结构的分配策略、叶解剖性状间的异速生长指数随气候因子和土壤因子的移位。研究表明，草原针茅属叶解剖性状间存在“收支平衡”(例如叶片厚度与厚壁组织厚度)、“收益递增”(例如叶片厚度和主维管束面积)和“收益递减”(例如主导管面积和角质层厚度)的分配策略。针茅属叶解剖性状间的分配策略主要受到年均辐射、土壤容重、土壤全磷和年均降水的影响。年均降水和土壤全磷主要驱动针茅属植物的养分运输、机械支撑策略投资的变化；土壤容重主要驱动叶片保护策略投资的变化；年均降水主要驱动叶片构成策略投资的变化。为针茅属植物的植被恢复、环境治理及生态建设等奠定基础。     

内蒙古不同类型草地NPP时空动态特征及其气候影响因素分析

为揭示内蒙古不同类型草地净初级生产力(NPP)时空动态,探究其与气候因子的相关性,利用2001～2016年遥感数据,气象数据和20世纪80年代中国草地分类数据,采用光能利用率(CASA)模型,模拟获取2001～2016年内蒙古草地NPP,并分析了不同类型草地NPP的时空动态及其对气候因子的响应。结果表明:(1)2001～2016年,内蒙古草地年均NPP为163.9 gC/(m^2·a),空间上呈现东北部高西南部低的特征,年均NPP总量为31.6 TgC/a(1Tg=10¹²g);(2)试验的16年,内蒙古草地年均NPP呈增加趋势增加量为2.1 gC/(m^2·a),年际波动较大;(3)温性草甸草原、热性草丛、低地草甸、山地草甸和沼泽的年均NPP呈显著增加趋势,其他5类呈显著减少趋势;(4)NPP与年均温和年总降水量的相关系数分别为-0.01和0.4;(5)除温性荒漠草原和温性草原化荒漠外,其他类型草地NPP均与温度呈负相关关系,所有类型草地NPP与降水量均呈正相关关系。降水是影响内蒙古草地NPP最主要的气候因子。     

放牧扰动下草地植物多样性对土壤因子的响应

自由放牧草地羊粪归还作用在空间上往往表现出一定梯度分布格局,是影响自由放牧草地土壤与植被空间分布与演替动态的重要因素。为深入认识荒漠草原放牧对草地的影响格局与作用机制,以宁夏盐池荒漠草原围栏放牧草地为研究对象,按自然形成的地表羊粪量梯度,设置了6个梯度序列控制样地(1.41~1 581.68 g/m²),模拟自然条件下不同放牧强度。重点分析不同放牧强度下草地植物多样性与土壤环境因子之间的关系。结果表明,随着放牧强度的增加,1)植物群落中优势种白草的地位逐渐被苦豆子取代;白草重要值由2.07减小到0.19,苦豆子重要值由0增加到1.25。2)植物群落物种多样性指数从0.64增加到2.26,丰富度指数从0.35增加到1.86,均匀度指数没有一定的变化规律。3)0~5 cm土层,土壤全氮、速效氮和水分对植物群落物种多样性变化的影响较大,其中,土壤全氮是显著性影响因子;5~10 cm土层,土壤速效氮和有机碳对植物群落多样性变化的影响较大,其中,土壤速效氮是显著性影响因子。初步研究结论认为:放牧扰动下,表层土壤中氮素的增加是荒漠草原植物多样性变化的主导因子之一,这种结果的产生很可能与家畜排泄物的归还作用有关。明确氮的来源与去向,可能是下一步深入认识有关羊粪归还作用机制的主要任务。