祁连山高寒草原α多样性与生产力关系的研究

草原物种多样性与生产力的关系是生态学研究的热点之一,各生态区域草原生态系统的研究可推动生态与生产兼顾的理论研究.采用野外取样测定的方法,分析祁连山高寒草原春秋季牧场物种多样性与生产力的关系.结果表明:在群落水平,地上生物量随物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数的增加均呈"U"型变化...     

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。     

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。     

气候变化对内蒙古荒漠草原牧草气候生产力的影响

根据内蒙古荒漠草原1961~2007年11个气象站点的年平均气温、年降水量资料,采用Thornthwaite Me-morial模型计算牧草气候生产力,运用气候诊断分析、相关分析等方法分析荒漠草原年平均气温、年降水量、牧草气候生产力的时空变化特征及趋势,并探讨了不同气候变化情景对内蒙古荒漠草原牧草气候生产力的影响。结果表明:(1)近47年来内蒙古荒漠草原年平均气温呈极显著的上升趋势,荒漠草原东北部和西部增温幅度相对较大;年降水量总体变化趋势不明显,但东北部地区年降水量明显减少。(2)牧草气候生产力总体为不显著的线性增加趋势,其中荒漠草原中部牧草气候生产力增加显著。(3)未来"暖湿型"气候可使牧草气候生产力提高,"暖干型"气候使牧草气候生产力降低,"冷湿型"气候也有利于牧草气候生产力的增长。(4)年降水量与牧草气候生产力有极其显著的相关性,降水是影响内蒙古荒漠草原牧草气候生产力的关键因子。     

呼伦贝尔草甸草原地上净初级生产力对气候变化响应的模拟

利用内蒙古呼伦贝尔草原额尔古纳右旗牧业气象试验站1994-2009年牧草生长季逐月实测资料,对CENTURY模型进行检验,模拟了呼伦贝尔草甸草原1961-2010年间地上净初级生产力(ANPP)动态,并与26个气象因子进行相关性分析。模型检验结果显示,生长季内逐月地上生物量模拟值与观测值之间的相关系数为R²=0.53,斜率b=0.94,误差平方根值为72.07 g/m²,平均绝对百分比误差为38.02%。检验结果表明,CENTURY模型能够成功地模拟这类草原的季节动态和年际变化。在过去的50年中,呼伦贝尔草甸草原温度增加,降水略增,ANPP增加。相关分析表明,ANPP与生长季降水量(r=0.372)呈极显著正相关;与年平均最低气温、年平均地面气温、年平均气温、7月降水量呈显著正相关;与年平均风速(r=-0.382)呈极显著负相关;与其他气象因子无显著的相关关系。应用区域气候模式系统PRECIS输出的2021-2050年气候情景数据分析得出,在SRES B2、A2和A1B情景下,未来呼伦贝尔草甸草原平均最高气温和最低气温都将呈显著升高趋势,降水量略增,ANPP虽然在年际间存在波动,但总体呈明显增加态势,分别较基准时段增加了67.14%,69.65%和76.58%,增加速率分别为16.51,17.34和16.42 g/(m²·10 a)。在3种情景下,未来气候变化均会对呼伦贝尔草甸草原群落生产力产生显著的正面影响。     

内蒙古东部气候变化及其草地生产潜力的区域性分析

运用48个气象站点1961～2005年间的气象观测资料,在以聚类分析方法对内蒙古东部草原区进行气候分区的基础上,以Thornthwaite Memorial模型作为草地生产潜力估算指标,运用典型相关分析方法分析了各区年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温与年降水量的变化特征及其与草地生产潜力趋势的关系.结果表明,在大兴安岭中部地区,气温与降水有不断增加的潜势,草地生产力增长趋势明显,而在大兴安岭南麓与西侧的草地区域,气候变化呈暖干化趋势.降水是草地生产力提高的限制性因素.     

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。     

红砂幼苗根系形态特征对降水格局变化的响应

以西北荒漠生态系统典型植物红砂一年生幼苗为研究对象,利用塑料遮雨棚,研究了人工模拟不同降水格局下红砂幼苗根系形态的变化特征。结果表明,(1)降水量一定时延长降水间隔时间,红砂幼苗根系各指标均呈增加趋势,总根长、总根体积和根系生物量增加最为显著,分别为39.22%、62.50%和63.20%。(2)降水间隔时间延长至10 d时,降水量增加30%对幼苗根系各指标均有促进作用,且对总根体积和根系生物量的作用尤为突出,使其分别显著增加116.27%和224.40%(P<0.01)。(3)在自然降水条件下延长降水间隔时间,比根长和比表面积达到最大值,幼苗其他指标则无显著变化,说明幼苗对此水分条件的适应能力最强。(4)相关分析表明,不同降水格局条件下,红砂幼苗各形态指标间存在相关关系,但水平各异。总根长、总根表面积、总根体积、根平均直径及根系生物量之间呈显著正相关,且相关系数接近0.5,说明红砂幼苗根系具有较强的形态可塑性。     

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,而且对宁夏天然草地生产与管理也具有指导意义。本研究以宁夏温性草原针茅属植物群落为对象,沿着环境梯度设置15个野外观测样地,调查了植物群落特征,测定土壤养分指标,结合各个样地的气候因子、土壤养分和空间数据,探讨了植物群落多样性和生产力空间分布格局及其对生态因子的响应,阐明植物群落物种多样性与生产力的关系。结果显示:1)宁夏针茅属群落生产力与纬度呈显著正相关,与海拔和经度显著负相关;物种多样性与纬度显著负相关,与海拔显著正相关,而与经度关系不显著;2)冗余分析(RDA)结果显示:土壤速效氮(SAN)、年均温度(MAT)、土壤有机碳(SOC)、土壤全氮(TN)、年均辐射(Ssrad)、土壤水分(SWC)、土壤容重(BD)、土壤全磷(TP)、年均降水量(MAP)、生长季月均降水量(GSP)、干旱季月均降水量(PDA)是影响物种多样性和生产力的主要因素;土壤因子对生产力、多样性及整体解释量分别为15. 6%、17. 8%、19. 8%,水热因子对生产力、多样性及整体解释量分别为13. 8%、37. 9%、25. 2%,共同解释量分别为68. 7%、39. 6%、50. 6%。总体而言,水热及土壤因子是宁夏针茅属草原生产力及多样性格局的驱动因素,但对多样性和生产力解释比例不同,具有一定的倾向性;群落多样性与生产力呈正相关趋势,但不显著。本研究结果能为宁夏天然草原的生产与管理提供理论依据。     

曲麻莱地区植被变化的气候效应分析

利用曲麻莱气象站1982~2013年年平均气温和降水资料、曲麻莱地区牧草观测资料以及植被净初级生产力NPP资料等,分析了曲麻莱地区气候和植被多年变化特征,并对气候条件与植被覆盖的相关关系进行了研究,结果表明:(1)1982~2013年曲麻莱地区年平均气温急剧上升,平均每10a上升0.69℃,降水量总体呈增多趋势,平均每10a增多24.01mm;(2)1982年以来曲麻莱地区牧草生长状况趋好,草层高度、牧草覆盖度和生物量平均每10a分别增加3.44cm、23.34%、467.23kg/hm~2;植被净初级生产力NPP值平均每10a增加18.85。(3)净初级生产力NPP值与年降水量相关关系较好,但与气温和日照时数相关性较差;(4)当年降水量分别增加10%、30%和50%时,净初级生产力NPP值分别增加8.96%、26.87%和44.79%。植被对气候变化的响应反映在高度、产量和综合指标NPP等要素上,近35a年来,曲麻莱地区的气温显著上升,降水量增加,日照时数基本不变,气候条件有利于NPP值的增加,草地生态状况趋于良性方向发展。     

草地生态系统中物种多样性、群落稳定性和生态系统功能的关系

自20世纪70年代前,人们相信多样性比较高的群落增加生态系统的稳定性, 到倾向于物种多样性与生态系统稳定性关系的探讨至近20年间,生物多样性与生态系统功能的关系及其内在机制成为生态和环境科学的中心问题.多样性的变化始终与生态系统功能的重要表现形式--生产力密切相关,同时也与许多其他影响生产力的因素相关.人们对于这一重大课题的认识不断有新的进展,同时争论的观点也不断延伸.1)考虑空间类型来揭示由环境因子引起的多样性与生产力之间的相关性;2)考虑时间尺度上物种多样性-生态系统的功能;3)非生物因素(放牧干扰、土壤养分)等环境因子、物种多样性动态和生态系统功能之间的交互作用的实验研究不断开展;4)在注重提高资源利用率的同时,应注意引起资源的过度开采,导致生物多样性的丧失,从而降低系统生产力.     

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。     

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%。     

藏北高寒草地样带物种多样性沿降水梯度的分布格局

 在藏北高原高寒草地样带上对４０个围栏内草地群落物种多样性和地上生物量进行测定,探讨了生长季降水对高寒草地生物量和物种多样性分布格局的影响以及地上生物量－物种多样性之间的关系模式。结果表明,降水格局显著地影响藏北高原内部高寒草地群落物种丰富度、多样性和均匀度,群落结构特征与初级生产力关系密切;藏北地区高寒草地地上生物量、物种丰富度、Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ指数和Ｐｉｅｌｏｕ均匀度指数随生长季累积降水呈指数增加趋势;在高寒草地群落物种丰富度－生产力关系研究中单峰模式的判别系数R^２（０．７５４）略高于线性回归模型（０．７４３）。沿藏北高原样带高寒草地物种丰富度随地上生物量单调递增,单峰模式的单调递减区间并未出现;然而单峰模型预示着在地上生物量高于１２１．１７ｇ／ｍ^２ 的高寒草地群落物种丰富度可能随生物量单调递减,从而使物种丰富度－地上生物量表现为较为标准的单峰模式;Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ多样性指数和Ｐｉｅｌｏｕ均匀度指数与地上生物量也均呈单峰模式,但其单调递减区间窄于单调递增区间,峰值分别对应的草地群落地上生物量为７１．９０和６０．９０ｇ／ｍ^２。     

模拟降雨量变化与CO2浓度升高对羊草光合特性和生物量的影响

羊草作为欧亚大陆草原东缘干旱半干旱区域的优势种,现生产力已逐年降低。为明确未来降雨量变化和CO₂浓度升高对羊草草地变化的影响,我们模拟3个降雨量梯度(正常降雨量 40%)和两个CO₂浓度 (380±20,760±20 μmol/mol)进行了光合特性与生物量的研究。结果表明,降雨量变化和CO₂浓度的交互作用显著影响羊草的净光合速率等光合特性,地下生物量和根冠比,而不影响地上生物量。在目前CO₂浓度时随着降雨量的增加,以及在CO₂浓度升高时的降雨量由低降雨量增至正常降雨量,羊草的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和地上、地下及总生物量均显著增加,但在CO₂浓度升高,降雨量由正常降雨量增至高降雨量时上述指标无显著变化。根冠比在目前CO₂浓度时差异不显著,在CO₂浓度升高下低降雨量时显著增加。在降雨量相同条件下,CO₂浓度的升高使胞间CO₂浓度、水分利用效率显著增加,气孔导度和蒸腾速率显著降低。低降雨量时CO₂浓度升高对羊草净光合速率和生物量的促进作用显著高于正常降雨量和高降雨量,而高降雨量时CO₂浓度升高对羊草生物量没有促进作用。以上结果暗示着在目前CO₂浓度下,随着降雨量的增加,羊草生物量随之增加,在未来CO₂浓度升高的背景下,高降雨量年份对生物量的积累并无显著的促进作用,CO₂浓度升高可以补偿低水分条件对多年生根茎型禾草——羊草生长发育所造成的不利影响。     

不同类型高寒草地群落物种特征和均匀度的重要性

通过对不同类型草地生产力与物种特征(重要值)、均匀度之间的关系研究,结果表明:群落物种特征(重要值)与生产力之间呈极显著的线性关系;物种均匀度与生产力之间呈负线性关系,但差异不显著.在自然生态系统中,由于物种间的相互作用(资源的竞争利用),物种数目在不同类型草地群落的物种组成上的不均匀分布,导致不同生境条件下均匀度的异同.     

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。     

松嫩草地不同降水区土壤盐碱化程度与羊草生产力关系的比较研究

松嫩草地生产力同时受到降水和土壤盐碱化的制约,但是在降水变化的背景下土壤盐碱化与草地生产力的相关性仍不清楚。本文基于松嫩草地降水的带状分布特征和野外样地调查数据,分析了不同降水量地区土壤盐碱化与羊草生物量的相关性,并利用系统聚类分析法对每个调查区土壤pH值、电导率和容重进行聚类,划分出盐碱胁迫低、中和高3个类群,探讨不同降水区土壤盐碱化指标对羊草地上生物量影响的变化趋势。结果表明：不同降水区,羊草生产力与土壤盐碱化指标间相关性不同。降水较高的草地东部和降水较少的西南部羊草地上生物量和土壤容重呈显著负相关,降水适中的草地中西部羊草地上生物量和土壤pH值呈显著负相关,羊草生物量总体随着盐碱胁迫呈负指数衰退,但各降水带内衰退主要因子和衰退影响程度有所不同。     

青藏高原高寒草甸群落特征对氮沉降和增水的响应

试验选择高寒草甸为研究对象,通过连续两年定位观测,采用模拟氮沉降与增水及其交互作用对高寒草地群落特征的影响,为高寒草地生产力功能提升提供科学依据。结果表明:模拟氮沉降和增水及其交互处理,当年均能够显著增加高寒草甸地上总生物量、禾本科植物、豆科植物生物量,但显著降低莎草科植物生物量;而在第2年,增水处理并未明显增加地上生物量,氮沉降与增水交互作用可以稳定地提高高寒草地生产力,各处理均能够明显提高禾本科和莎草科生物量、降低杂类草生物量。增水当年能够显著提高高寒草甸物种丰富度和生物多样性指数,但氮沉降和增水交互降低物种多样性指数;而在第2年,各处理物种数目和多样性指数均降低,且氮沉降与增水的交互作用影响效应达到极显著性检验水平。综合分析,氮沉降和增水及其交互作用在提升草地生产力、优良牧草生物量的同时,也可能造成高寒草甸物种丰富度和多样性指数降低,在草地的适应性管理方面需要引起足够的关注。