不同载畜率对短花针茅荒漠草原优势物种间关系及其空间分布特征的影响

为探究不同载畜率对荒漠草原群落建群种与优势物种间的关系及其空间分布的影响,于2020年7-9月在内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原进行野外调查,以建群种短花针茅及优势种无芒隐子草和冷蒿为研究对象,设置不放牧对照（CK）、轻度（LG）、中度（MG）和重度放牧（HG）载畜率水平（分别放牧0、4、8和12只羊）,结合常规方法与地统计学方法分析建群种及优势种出现频率、多度、种间关系强度及空间分布特征。结果表明：1）与CK相比,LG下冷蒿出现频率仅在7月显著降低了50.55%（P<0.05）,而MG和HG在7-9月均显著降低（P<0.05）,7-9月平均降低77.76%和97.53%;而不同处理及月份下短花针茅和无芒隐子草出现频率无显著差异（P>0.05）。 2）与CK相比,各处理在7-9月时短花针茅种群多度均显著增加（P<0.05）,LG、MG和HG分别在7-9月平均增加37.34%、75.72%和99.32%;冷蒿种群多度均显著降低（P<0.05）,分别降低61.26%、66.32%和99.31%;无芒隐子草除LG在9月无显著变化外,各处理在7-9月时种群多度均显著增加（P<0.05）。3）短花针茅与无芒隐子草主要表现为亲和关系,而在9月时从CK的亲和关系转化为HG的竞争关系;短花针茅与冷蒿主要表现为竞争关系,放牧未改变其种间关系。4）短花针茅与无芒隐子草对冷蒿的作用强度较大,而冷蒿对短花针茅和无芒隐子草的作用强度较小。5）模拟9月物种间空间分布发现,CK中短花针茅种群多度随无芒隐子草种群多度增加而增加,随冷蒿种群多度增加而呈降低的趋势;HG中冷蒿种群多度不随短花针茅与无芒隐子草的变化而变化,但随着无芒隐子草种群多度增加,短花针茅种群多度整体上呈波动下降的趋势,表明短花针茅与无芒隐子草之间的关系由CK中的亲和关系转变为HG下的竞争关系。综上,放牧会改变物种的种群多度及物种间的关系。     

不同绵羊载畜率对短花针茅荒漠草原植物群落特征的影响

采用分区放牧的方法,对不同载畜率处理短花针茅草原植物群落特征进行对比研究,目的是确定最适宜的载畜率。研究结果表明,过高的载畜率和过低的载畜率都不利于草地群落的正常演替,载畜率为1.8只/ha处理有助于维持草地生产力。     

短花针茅荒漠草原土壤氮素矿化对载畜率的响应

氮矿化是决定土壤提供可利用性氮的关键生态环节,同时也是当今国内外土壤氮素循环的研究热点,荒漠草原作为草地生态系统中极特殊的一种草地类型,其资源贫乏,气候严酷,植被结构相对简单,因此研究荒漠草原氮素的可利用性对维持荒漠草原稳定发展十分必要。鉴于此,本研究以内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原为对象,采用顶盖埋管培养法,通过在整个生长季的跟踪调查,主要探讨了净氮矿化速率对4个载畜率梯度[0(对照)、0.91(轻度放牧)、1.82(中度放牧)、2.71(重度放牧)羊/(hm²·a)]的响应,并结合土壤温湿度,分析其与土壤氮矿化的关系,旨在为荒漠草原生态系统氮素可持续利用的研究提供基础数据及管理参考。结果显示,土壤的净氮矿化速率在整个生长季呈现出先降后增的趋势,并且在生长高峰期7月及8月受载畜率的影响较大。4种载畜率梯度下中度放牧处理[1.82羊/(hm²· a)]具有最高的净氮矿化速率,重度放牧处理中[2.71羊/(hm²·a)]净氮矿化速率最低。皮尔森相关分析表明硝化速率与净氮矿化速率显著正相关,在整个生长季中净氮矿化速率受硝化作用影响较大。不同载畜率梯度下,土壤水分与净氮矿化速率极显著负相关,而土壤温度则与净氮矿化速率无显著相关性。综上所述中度载畜率水平[1.82羊/(hm²·a)]是维持荒漠草原稳定矿化速率的理想载畜率。     

短花针茅荒漠草原植物群落特征对不同载畜率水平的响应

在内蒙古短花针茅荒漠草原采用了5个载畜率水平绵羊放牧试验，研究植物群落对载畜率的响应。研究结果表明，主要植物盖度、高度和密度在低载畜率和中等载畜率下保持较高水平；中等载率有利于短花针茅生长；随着载畜率的增加，植物群落现存量下防；短花针茅草原适宜的载畜率为1．7－2只羊／hm^2／半年。     

短花针茅荒漠草原植物群落特征对不同载畜率水平的响应

在内蒙古短花针茅荒漠草原采用5个载畜率水平绵羊放牧试验,研究植物群落对载畜率的响应.研究结果表明,主要植物盖度、高度和密度在低载畜率和中等载畜率下保持较高水平;中等载畜率有利于短花针茅生长;随着载畜率的增加,植物群落现存量下降;短花针茅草原适宜的载畜率为1.7～2只羊/hm2/半年.     

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。     

内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原群落种间关联分析

为了探明内蒙古四子王旗短花针茅荒谟草原群落的种间关系,在对其群落进行样方调查的基础上,采用χ2检验、Pearson相关系数和Spearman秩相关系数检验等研究方法,对15种植物的105个种对间进行了种间相关分析.结果表明,四子王旗短花针茅荒漠草原群落种群间多呈负相关,显著和极显著相关种对数量少,优势种之间多数种对呈显著负相关,优势种与其他种之间呈负相关关系的种对较多.说明该群落物种间生态位发生分化,物种较为独立,但是资源利用性竞争激烈,群落仍处于发展演替中.     

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。     

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。     

长期不同放牧强度下短花针茅荒漠草原物种多样性季节性动态变化

为揭示短花针茅（Stipa breviflora）荒漠草原物种多样性季节性动态变化对长期放牧强度的响应机制,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5月至9月对围封14年（2004-2018）不同放牧处理下的物种组成、植物高度、盖度和密度进行观测,并对物种多样性、丰富度和均匀度分析。结果表明：5次观测对照区物种Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数均显著大于中度放牧区和重度放牧区;所有处理均是7月和8月的物种Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数较高,6月和9月观测值较小;Pielou均匀度指数变化差异由大到小排序为：重度放牧区 > 中度放牧区 > 轻度放牧区 > 对照样地;月份和放牧对短花针茅荒漠草原物种α多样性指数影响均达到极显著水平,且放牧处理对物种α多样性指数影响效应大于月份。研究认为,长期重度放牧对短花针茅荒漠草原物种多样性的影响在6月和9月表现最为明显,且会威胁草地生态系统的稳定性。     

不同载畜率对短花针茅荒漠草原建群种空间异质性的影响

为探讨短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原建群种空间异质性在不同载畜率下的变化特点和差异,本研究以内蒙古自治区乌兰察布盟四子王旗内蒙古农牧业科学院试验基地的短花针茅种群为研究对象,采用半方差函数、分形维数和克里格差值方法进行系统研究,结果如下:短花针茅种群空间异质性随载畜率的增大呈增大趋势。轻度放牧(LG)和重度放牧(HG)处理区短花针茅种群空间分布主要受结构性因素影响,但表现结果的影响过程存在差异;中度放牧(MG)处理区短花针茅种群空间分布除结构性因素占主导地位外,放牧家畜的随机性牧食行为也占较大比重。     

短花针茅草原五个载畜率水平绵羊活重变化规律

在内蒙古高原短花针茅荒漠草原采用5个不同载畜率水平进行的绵羊放牧试验结果表明,绵羊活重均以10月份为最大,中等载畜率有利于绵羊生产;随着载畜率增大,单位面积的绵羊增重逐渐增加,单个绵羊的增重逐渐减少,两者的交点为绵羊生产的适宜载畜率,即每半年 2.2只羊/hm2.     

短花针茅草原主要植物种群特征及其资源分配对载畜率的响应

采用随机区组试验方法研究内蒙古高原短花针茅荒漠草原地区主要植物种群特征及生物量资源分配对载畜率的响应,结果表明:植物群落结构在轻度放牧区最佳,不放牧区的植物群落结构优于重度放牧区。2005年降水量(156.8mm)较低,冷蒿、短花针茅和无芒隐子草的盖度、高度及地上现存量显著低于2004年(P<0.05),且随载畜率的增大而降低。从生物量资源分配可看出,冷蒿主要通过营养繁殖来竞争资源,其茎、叶和根的资源分配受载畜率与降水量双重因子的调配,对茎、叶的资源分配在轻牧区较高,且随载畜率增大对根系的资源分配逐渐增大;而短花针茅和无芒隐子草采用相同的生存策略适应载畜率变化,随着载畜率的增加对其根系的资源分配高于茎、叶。     

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。     

模拟降水对短花针茅荒漠草原土壤呼吸的影响

试验在内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原开展,旨在研究模拟降水对土壤呼吸、土壤温度和土壤湿度的影响。在长期不同放牧平台增设4个不同降水处理(减水50%、自然降水、增水50%和增水100%)。于2016年7月~10月使用土壤碳通量测试仪器(Li-8100)测量土壤呼吸速率,同时用仪器自带的温、湿度探针监测0~10cm土壤温度和0~5cm土壤体积含水量。结果表明:随着降水量的增加,土壤呼吸和土壤湿度呈现显著增加趋势,土壤温度显著降低(P<0.05);7月~10月土壤呼吸速率呈现下降趋势;土壤呼吸与0~10cm土壤温度和0~5cm体积含水量之间存在极显著正相关关系,决定系数分别是0.3117和0.7307(P<0.0001)。结果表明,水分是影响荒漠草原土壤呼吸的关键因子之一。     

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。     

短花针茅荒漠草原不同载畜率植物群落优势种群空间分布格局的研究

以内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原为研究对象,应用扩散系数的t检验、平均拥挤度、丛生指标、聚块性指标、Green指数、Cassie指标等方法,研究了短花针茅、无芒隐子草和冷蒿3种优势植物在不同载畜率下的格局分布类型、格局规模以及聚集强度.结果表明,短花针茅、无芒隐子草和冷蒿的分布类型均为聚集分布,其中,在对照区和中牧区,其聚集强度的大小顺序依次为无芒隐子草、冷蒿、短花针茅;在轻牧区和重牧区,聚集强度的大小顺序依次为冷蒿、无芒隐子草、短花针茅.随着草地的退化,无芒隐子草和冷蒿在群落中上升为主要的种群.     

荒漠草原地区冷蒿构件及其动态规律对载畜率的响应

采用随机区组试验方法,研究了内蒙占高原荒漠草原地区不同载畜率对冷蒿构件数量特征的影响,结果表明:冷蒿生长时期和载畜率是影响冷蒿构件数量的关键因素,相同载畜率水平下,冷蒿的营养枝密度、不定根密度和匍匐茎长度为生长末期>生长盛期>生长初期,生殖枝8月最多,冷蒿生长盛期和末期,轻牧区的营养枝密度、不定根密度和匍匐茎长度显著增加(P<0.05);同一生长季节生殖枝随载畜率的增大显著下降(P<0.05),极度干旱的2005年没有形成生殖枝,说明干旱也是限制冷蒿生殖生长的关键性因子.荒漠草原地区冷蒿的繁殖格局以营养繁殖为主,占到80%以上,随载畜率的增加.冷蒿的营养枝分化率逐渐增加.     

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。