模式植物群落是指能够反映某种植被分类单元基本特征,并可作为准确描述该植被类型“标准”的典型植物群落.草原模式植物群落监测是中国生物多样性监测与研究网络——草原/荒漠植物多样性监测网的核心内容,已初步确定了一套监测方法.本文应用这套方法分别建立了克氏针茅(Stipa krylovii)群系和百里香(Thymus mongolicus)群系模式植物群落监测固定样地,作为中国生物多样性监测与研究网络——草原/荒漠植物多样性监测网的样例.介绍了这两个模式植物群落监测样地选取与设置的过程、群落调查方法和数据分析结果.通过实际观测和案例分析,验证了“中国草原/荒漠植物多样性监测网模式植物群落监测方案”中监测方法的可行性,同时根据监测中出现的问题,提出了模式植物群落样地、监测频率和监测日期的选择原则,以及监测过程中的操作规范等,完善了模式植物群落监测内容、方法和指标体系的建议,为开展草原模式植物群落监测提供了可借鉴的实例与技术储备.

通过设置不同放牧处理(羊单牧、牛单牧、牛羊混合放牧和不放牧),研究土壤氮素和优势种克氏针茅根系构型对不同放牧方式的响应.结果表明:放牧14个月后(约2个生长季),牛单牧和牛羊混合放牧显著提高了10～ 20 cm土层土壤全氮含量,其中牛单牧提高了硝态氮含量,而牛羊混合放牧则以提高有机氮为主;不放牧区的克氏针茅地上生物量显著高于羊单牧、牛单牧和混合放牧区,而地下生物量差异不显著;在放牧处理14个月后,克氏针茅6项根系构型参数5项没有差异,但根系径级分级显示,不放牧区根系直径为2.5～3.5及4.0～4.5 mm的根系长度、体积和表面积显著高于其他放牧区.整体上看,放牧处理14个月,土壤和优势种植物的根系构型参数变化尚不明显,有待于继续观测.

近年来,随着全球气候变化和人为影响加剧,半干旱草地生态系统的碳循环受到剧烈影响.半干旱草原区域CO2模拟研究主要集中于已有观测资料的地区,然而,观测资料缺乏的草原区CO2通量模拟却鲜少有人研究.因此选择缺通量资料的呼伦贝尔草原地区为主要研究对象,并将VPRM模型应用于缺资料地区,模拟了该区域内2016年的NEE时空分布.结果表明:(1)在特旱年的气候条件下2016年全年都表现为微弱的碳源(全年NEE值为47.27 g C/m2),且其变化趋势与降水和气温在年内变化趋势相近.(2)空间上,根据趋势来看NEE在空间分布由草原区向草甸区、森林区逐渐降低.基于植被分布情况,不同植被类型的区域碳排放顺序为:克氏针茅草原和大针茅草原＞羊草草原＞杂草草甸草原(以线叶菊等为主).(3)干旱胁迫是该地区表现为碳源的主要原因之一,而且降水与NEE表现出极显著的二次函数关系(R2=0.938,P＜0.001),说明了干旱气候条件下,随着月降水量的增加,草原生态系统出现碳源向碳汇转移的趋势.(4)地上生物量(AGB)与GPP和R…表现出了极显著的正相关关系(R2分别为0.89和0.9,P＜0.01),与NEE表现出了极显著的负相关关系(R2=0.68,P＜O.01),说明了草原的地上生物量增加能有效地降低二氧化碳排放.

选取羊草、斜茎黄芪、克氏针茅3种内蒙古典型草原常见植物,通过不同植物物种组合(单独种植或者羊草与其他两种混合种植)、施加不同剂量的氮素(0、0.1、0.2、0.4、0.8mg·g-1)和植物生长促进剂——油菜素内酯(0.005 mg·g-1)的温室盆栽试验,分析氮素和油菜素内酯对羊草生长及其与其他植物竞争力关系的影响.结果表明:添加氮素对羊草、斜茎黄芪的生物量影响显著,对克氏针茅的生物量影响较弱,并且氮素的影响因其伴生植物的不同而改变.氮素添加显著增加了羊草在单独种植和与斜茎黄芪混合种植时的地上生物量,但显著降低了与克氏针茅混合种植时的地下生物量.由于土壤可利用氮增加,羊草的地上与地下分配发生变化,表现为单独种植、与克氏针茅混合种植时,根冠比下降;与斜茎黄芪混合种植时,氮素添加对羊草根冠比的影响则不显著.油菜素内酯对植物生长的显著影响不普遍,仅显著降低了斜茎黄芪单独种植时的地下生物量;在羊草与斜茎黄芪混合种植时,显著增加了羊草地上生物量.油菜素内酯和氮适量联用可有效增加特定物种组合的生物量,从而在退化草地恢复中具有一定的应用前景.

鄂尔多斯高原地处半干旱区到干旱区的过渡带.通过沿鄂尔多斯高原从东到西的天然降水梯度的样带调查,分析了克隆植物的分布特征与降水的关系.结果 表明:克隆植物的物种数量、占物种总数的比例和重要值以及根状茎型克隆植物的物种数量均与降水量呈显著正相关.5种优势植物克氏针茅、本氏针茅、黑沙蒿、赖草和短花针茅均为克隆植物,它们的分布也受降水影响.克氏针茅的密度、本氏针茅的盖度和密度、黑沙蒿的高度、盖度和密度以及赖草的高度均与降水量呈显著正相关.然而,赖草的盖度以及短花针茅的高度、盖度和密度均与降水量成负相关.因此,克隆植物在鄂尔多斯高原植被中具有重要作用,而且其作用随着降水量的增加而加强.

该研究选取内蒙古荒漠草原,设计无牧区(NG)、中度放牧(MG)、重度放牧(HG)3个处理,测定分析不同放牧强度处理5年后,优势植物克氏针茅以及土壤的C、N、P营养元素的化学计量特征及其协同关系,以揭示放牧生态系统养分循环的影响机制,为区域草地的利用以及修复提供理论依据.结果 表明:(1)轻度放牧下荒漠草原的物种多样性均显著高于中度和重度放牧条件(P＜0.05).(2)土壤中C、N含量以及C∶N、N∶P、C∶P,均随着放牧强度的增加呈先升高后降低的变化趋势,土壤P含量随放牧强度的增加而升高.(3)随放牧强度增加,克氏针茅地上部分C含量降低,N、P含量以及N∶P先升高后降低,C:P则先减少后升高;克氏针茅地下部分的C、N含量以及N∶P 一直呈增加的趋势,P含量先减少后升高,而C:N、C∶P则是与P含量规律相反.(4)与地上部分各元素含量相比,克氏针茅地下部分各元素含量及其比值与土壤中各元素含量的相关性更高,说明放牧条件下荒漠草原优势植物的根系与其所处的土壤环境具有一定的协同变化能力.

以典型草原大型露天煤矿排土场为对象,研究不同植被配置类型人工、半人工植物群落的植物组成、群落结构、物种多样性及土壤主要养分变化.结果 表明,自然恢复的排土场边坡主要以一、二年生植物为主,种类单一,草本层低矮,采取人工植被恢复措施的试验区植物种类明显增加,4种不同植被配置类型试验样地内共出现34种植物,分属13科33属.排土场边坡人工植被恢复一段时期后(4～5 a),植物群落优势种主要以人工种植的植物为主,主要伴生种为多年生杂类草草木樨状黄芪(Astragalus melilotoides)、蒙古虫实(Corispermum mongolicum),禾本科植物克氏针茅(Stipa krylovii)、狼尾草(Pennisetum alopecuroides),以及一、二年生植物刺藜(Chenopodium aristatum)、猪毛菜(Salsola collina)等.4种不同植被配置类型中,灌草群落(Ⅱ)Shannon多样性指数、Pielou均匀度指数数值均最大,土壤全氮、有机质含量也较高,说明排土场采取柠条+紫花苜蓿的灌草植被配置模式生态恢复效果较好,研究结果可为草原矿区植被恢复提供参考依据.

为探明食物多样性对植食性小型哺乳动物种群的影响,以羊草、克氏针茅、紫花苜蓿、沙葱和阿氏旋花5种实验地常见的草本植物,组成不同食物多样性的食谱,饲喂布氏田鼠幼体,探究布氏田鼠幼体的存活率和生长率对不同食物多样性的响应.结果 表明:(1)随着食物多样性种类的增加,布氏田鼠幼体存活率显著提高(P＜0.05).与单一食物组相比,2～4种食物组饲喂的布氏田鼠幼体存活率分别增加15.6％、18.0％和12.2％;不同食物占食谱的比例对布氏田鼠幼体存活率变化具极显著作用(P＜0.01);随着克氏针茅、阿氏旋花在食谱中比例的增加,布氏田鼠幼体存活率显著下降(P＜0.05).(2)随着食物多样性的增加,布氏田鼠幼体生长率在第5周时极显著降低(P＜0.01);不同食物在食谱中的比例对布氏田鼠幼体生长率变化具有显著影响(P＜0.01).随着羊草在食谱中比例的增加,在第5周时布氏田鼠幼体生长率极显著提高(P＜0.01),随着克氏针茅在食谱中比例的增加,至第3周和5周时布氏田鼠幼体的生长率均显著下降(P＜0.05),随着阿氏旋花在食谱中比例的增加,至第3周时布氏田鼠幼体生长率极显著下降(P＜0.01).结果 表明,布氏田鼠幼体随着克氏针茅和阿氏旋花在其食物中所占比例增加,布氏田鼠幼体存活率和生长率相应下降,随着羊草在布氏田鼠幼体食谱中比例增加其生长率显著提高.因此,食物多样性在一定程度影响布氏田鼠幼体存活、生长和种群密度.

基于红外线辐射增温与控水相结合的原位模拟试验资料,分析了克氏针茅(Stipa krylovii)枯黄期对水热变化响应的光合生理机制.结果 表明:增温背景下降水是枯黄期的主要影响因子,增水(减水)导致枯黄始期和枯黄盛期的发生时间均延迟(提前),枯黄期持续时间均延长,减水处理对枯黄期持续时间的延长作用更显著.增温背景下,降水变化显著影响枯黄期的生理生态特性,且在枯黄始期最为显著,净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)羧化的最大速率(Vcmax)、RuBP再生能力的最大速率(Jmax)均与降水量呈显著正相关.通径分析表明,克氏针茅枯黄期的光合生理机制因水热变化的不同而异.当前环境条件下,枯黄期物候变化的主要影响因子是Jmax,主要限制因子是Vemax.未来暖干和暖湿气候下枯黄期物候变化的主要影响因子均是Vcmax;但在暖干气候下主要限制因子为Jmax,而在暖湿气候下则无限制因子.这表明克氏针茅枯黄期物候的变化取决于气候环境条件变化对其光合能力的影响.

生态化学计量学是研究生态系统中各元素间平衡的科学,对于探究土壤有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)元素循环以及土壤养分限制状况具有重要意义.为了解克氏针茅(Stipa kirschnii)草原土壤生态化学计量特征,以内蒙古克氏针茅草原区为研究对象,在不同放牧强度草场进行采样分析.结果表明:随着放牧强度的增加,C、P含量先降低后升高,N含量先升高后降低;土壤C/N先降低后升高、C/P逐渐升高、N/P先升高后降低.C/N随着放牧强度的增加与有机碳相关性逐渐增大、与全氮的相关性逐渐减小;轻牧区的C/P受有机碳作用有所增强;中牧区N/P受全氮作用增强.C/N主要限制因素是有机碳含量,C/P和N/P主要限制因素是全磷含量.不同放牧强度会影响土壤化学计量比与其他物质的关系,也会改变土壤化学计量比各制约因素的强度.