围封是修复退化草原生态系统的主要措施之一,科学与优化围封方式是目前草地资源管理中急需解决的科学问题.以内蒙古围栏封育10年和未围封的荒漠草原为研究对象,分析围封和未围封对内蒙古荒漠草原群落物种多样性和优势种空间分布格局的影响,旨在为荒漠草原的恢复与重建提供科学依据.结果显示:(1)围封10年显著提高了荒漠草原的植被盖度、密度、高度和地上生物量;(2)围封10年对Margalef多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson丰富度指数和Pielou均匀度指数无显著影响,但围封均低于未围封样地;(3)围封10年对优势种短花针茅(Stipa breviflora)及糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)的空间分布格局有较为显著的影响,与未围封相比围封后糙隐子草的分布格局变得单一,短花针茅分布格局变得多样.总体看来,围封10年后,荒漠草原群落物种组成、物种优势度和优势种的空间分布格局均发生一定程度变化,反映出围封后草地生态系统中植物适应其生存环境的策略,围封方式应根据立地条件,科学制定围封年限以达到较好的生态恢复效果.

为明确围栏封育对斑块化退化高寒草甸净生态系统碳交换(NEE)不同组分的影响,本研究选取青藏高原黄河源区斑块化退化高寒草甸进行围封试验,设置4个围封年限(1、2、5、11 a)和1个正常放牧对照,研究NEE及组分对不同围封年限的响应.结果表明,围封5 a退化高寒草甸总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(ER)显著大于正常放牧、围封1 a、2 a和11 a,围封2 a和5 a退化高寒草甸NEE显著小于正常放牧、围封l a和11 a样地(P＜0.01),其他NEE组分对不同围封年限的响应情况不一致.植被自养呼吸(Ra)、根系呼吸(Rr)和土壤异养呼吸(Rh)占ER的比例在不同围封年限间差异显著(P＜0.01).此外,土壤温度与NEE呈二次曲线的关系,与ER以及除Rh以外的其他呼吸组分呈指数关系,土壤含水量与NEE、GPP、ER、土壤呼吸(Rs)、Ra、Rr呈线性关系(P＜0.05).全氮、全磷、生物量和NEE及组分存在显著的相关关系.说明围封5 a能显著提高退化草地的土壤养分和固碳功能,并能维持草地生产力,无需进行长期围封.

草地生态系统退化严重影响着全球生态安全、草原区域居民生计和草原文化多样性的发展.退化草地恢复工作依赖于对有效研究案例的借鉴,不同研究年限的案例对生态恢复实践的目标、恢复方案的制定有不同借鉴和参考作用,而获得有指导价值的研究案例通常是长期开展的研究工作.在调查国内外149个退化草地生态恢复案例基础上,该文综合分析了退化草地生态恢复的研究年限分布、恢复目标、恢复方法,效果及长期研究数据获取方法等,主要有以下几方面总结.(1)年限小于10a的案例数量较多,且更侧重于连续性研究;较长时间研究更多依赖于以前研究案例重访性研究.(2)相对而言,较长期的研究结果可靠性更高,其恢复技术的说服性更强,对于生产力的研究一般比生态功能研究的案例年限短些.(3)在退化草地生态恢复中,恢复目标排在前三位的分别是生物多样性,植被覆盖度和土壤碳库.(4)在调查的研究案例中关于动物群落的研究非常少.(5)退化草地恢复方法中应用最多是人工播种,围栏封育,放牧应用.(6)跨度时间较长的研究工作大多采用案例重访的方式,获取和以前可对比的数据资料.最后,建议特别应该重视案例重访方法的应用,尽可能更多的开展实地性数据获取再进行大数据综合,这样更可靠.

研究不同放牧强度下人工草地土壤养分以及有机碳含量的变化,为在西南喀斯特地区建植与检测人工草地提供参考.在贵州省独山县贵州省草业研究所试验示范基地,以2012年10月11日建植的多年生黑麦草:高羊茅:鸭茅:白三叶:紫花苜蓿=3.5∶2∶2∶1∶1.5的人工草地0.33 ha,设置禁牧(围栏封育)、中度、重度3个处理,于2015年10月13日开始放牧,61d后测定不同放牧强度下人工草地土壤营养元素与活性有机碳含量.研究结果表明,放牧显著影响pH值、有机质以及氮、磷、钾等营养元素的含量.土壤有机质含量与pH值在中度放牧的0-10 cm土层中最高,土壤总氮和碱解氮含量随着放牧强度增强而上升,磷元素与钾元素的含量随着放牧强度增强而下降.土壤有机碳、微生物碳及易氧化碳的含量都随着放牧强度增加而降低,并且它们两两显著相关.在贵州喀斯特地区建植人工草地与维护人工草地可适当补充磷肥与钾肥,在草场质量检测中微生物碳和易氧化碳的含量可以作为土壤质量监测的早期指标.

草本层和大气间的碳交换及其对环境因子的响应是目前研究的热点.该研究通过静态箱法,采用LI-840 CO2/H2O红外分析仪,对新疆天山北坡草甸草原围封9年的样地和围栏外自然放牧生态系统碳交换进行监测,分析了围栏内外生态系统碳交换的差异性、日变化、季节变化及其与环境因子的关系.结果表明:围栏内生态系统碳交换高于围栏外,围栏内外表现出明显的差异性;围栏内外生态系统碳交换均存在明显的日变化和季节变化规律,呈单峰曲线,且在植物生长季峰形比较明显.在整个监测期间,围栏内外生态系统CO2净交换最小值分别为-7.62和-6.63 μmol·m-2·s-1,生态系统呼吸最大值分别为8.55和7.04 μmol·m-2·s-1,生态系统总初级生产力最大值分别为-14.66和-13.89 μmol·m-2·s-1.因围栏内植被得到保护,草本植物生长茂盛,光合作用强,生态系统CO2净交换较小,同时有机碳的输入增强了生态系统呼吸.分析发现生态系统碳交换与气温和0-10 cm土壤温度显著相关,与气温的相关性高于与0-10 cm土壤温度的相关性,且围栏内禁牧处理相关性高于围栏外自然放牧草地;土壤含水量与生态系统碳交换存在一定的相关性,但其相关性略低于温度与生态系统碳交换的相关性.

围封对植被处于近自然恢复状态的退化草地有一定的修复作用,开展轻度退化草地围封过程中生物与非生物因素的协同互作研究是完整地认识草地生态系统结构和功能的基础.本试验对围栏封育10年的轻度退化草地的土壤化学计量特征进行了研究,同时采用高通量基因测序技术并结合Biolog-Eco方法,调查了土壤微生物多样性和功能的变化.结果表明:轻度退化草地实施围封后,土壤铵态氮含量显著升高,全钾含量显著降低,土壤有机碳、全氮、全磷、硝态氮、速效磷和速效钾则无明显变化.高寒草甸土壤微生物碳和氮在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著;围栏封育后草地土壤微生物碳氮比显著高于轻度退化草地.随培养时间的延长,高寒草甸不同土层土壤微生物碳代谢强度均显著升高,土壤微生物碳代谢指数在轻度退化和围栏封育草地间差异不显著*高寒草甸土壤细菌OTUs显著高于真菌,轻度退化与围栏封育草地土壤微生物相似度为27.0％～32.7％.围封后,土壤真菌子囊菌门、接合菌门和球壶菌门相对丰富度显著升高,担子菌门显著降低,土壤细菌酸杆菌门显著低于轻度退化草地.土壤真菌和细菌群落组成在不同土层间差异较大,在轻度退化和围栏封育草地间仅有表层土壤真菌群落组成表现出较大差异.土壤细菌多样性受土壤全氮和速效钾影响较大,真菌多样性受地上生物量影响较大.土壤微生物对碳源利用能力主要受土壤速效钾影响.综上,长期围封禁牧对轻度退化草地土壤养分和土壤微生物无明显影响,且会造成牧草资源浪费,适度放牧可以保持草地资源的可持续利用.

生态工程的实施对区域居民生产生活产生了重要影响.以锡林郭勒草地样带为例,利用2017年8月-2018年7月农牧户食物跟踪调查数据、农牧户问卷调查数据、生态恢复措施数据,结合土地利用数据和社会经济数据等,重点分析了不同生态恢复措施对锡林郭勒草地样带农牧户食物消费的影响.研究结果显示:(1)锡林郭勒草地样带生态恢复措施沿样带自北向南实施力度逐渐变弱,草地恢复措施由以草畜平衡、休牧和禁牧为主向休牧和围栏封育为主转变,草地恢复措施中对人类活动的限制也随之由弱变强;(2)沿草地样带自北向南居民食物消费形成了三种模式,在食物消费数量和消费结构上呈显出由牧区特征向农区特征的转变,即人均食物消费量沿样带递减,食物消费由肉蛋奶和蔬菜水果为主向粮食和蔬菜水果为主转变;(3)食物消费模式受到草地供给、收入及其结构、文化习俗和职业分布等生态、经济和社会多方面因素的影响.研究为实现区域生态、经济和社会的协调发展相关政策的制定提供参考.

放牧是人类对草地进行利用的重要方式之一,放牧影响草地生态系统的结构和功能,改变植物光合碳(C)分配,进而改变土壤有机碳的储存.青藏高原的高寒草甸是世界上海拔最高的草地生态系统,寒冷季节长等独特的环境特点使其具有高的土壤有机碳含量.为了揭示长期轻度放牧对植物光合碳分配及植物光合碳在各库之间运移的影响,基于在青藏高原矮嵩草草甸开展的长期冬季轻度放牧和围栏封育实验,利用13C示踪方法揭示了放牧对光合碳在植物地上、地下组织的分配以及光合碳在植物、土壤各碳库中的运移和滞留.研究结果发现,在13C标记之后第30天,冬季轻度放牧样地的植物地上部分内13C约占开始时13C含量的32％.根和土壤中的13C约占22％,植物地上部分呼吸中的13C量约占30％在放牧和围封这两个不同处理中,土壤中光合碳的滞留以及光合碳随土壤呼吸释放的速率存在显著差异.长期冬季轻度放牧促使植物将更多的光合碳输入到根和土壤碳库中.与围栏封育处理相比较,放牧处理下的13C从植物地上部分输入到地下的速率较快,通过土壤呼吸释放的速率也快,而植物地上部分和植物地上部分呼吸中13C的量较低.另外,高寒矮嵩草草甸土壤C储量在冬季轻度放牧和围栏封育处理下没有显著差异.我们的研究表明,尽管冬季轻度放牧改变了植物光合碳分配在地上和地下碳库中的分配,但是没有显著影响土壤碳库储量.

林线树种幼苗的生长紧密关系着高山林线的形成.通过室内发芽实验测定了岷江冷杉种子萌发能力.2015年春,在川西巴郎山岷江冷杉林线之上的高山林线交错带,通过播种处理(播种和不播种),研究了不同植物群落类型(灌木和草地群落)和围栏处理(围栏和不围栏)对岷江冷杉幼苗成活率的影响,以期为进一步探讨高山林线形成机制提供科学参考.结果 表明:(1)岷江冷杉室内发芽率31.4％,成活率随时间下降.(2)灌木群落的全年日平均空气温湿度显著高于草本群落,而两群落的全年日平均土壤温度无显著差异.(3)未播种样地没有发现岷江冷杉幼苗,说明林线交错带缺乏岷江冷杉种子.(4)与不围栏样地相比,围栏封育分别显著提高了岷江冷杉幼苗成活率2.0％(2015年)和2.2％(2016年);与灌木群落相比,草本群落中岷江冷杉幼苗成活率显著提高0.8％(2015年)和1.2％(2016年),说明灌木对林线交错带幼苗更新具有更强的竞争作用.围栏处理下,草本群落中岷江冷杉幼苗成活率显著高于灌木群落;不围栏处理下,草本群落中岷江冷杉幼苗成活率显著低于灌木群落,2017年在不围栏样地没有幼苗存活,说明动物干扰对林线交错带森林更新有阻碍作用.研究表明,高山林线交错带森林更新,受种子、植物竞争和动物干扰(例如,放牧)等多方面因素的共同影响,可以通过播种、植物剔除(去除竞争)和围栏等促进幼苗更新和成活.

在干旱风沙区宁夏盐池县,选择典型放牧柠条锦鸡儿灌丛林地为研究样地,以邻近长期围栏封育灌丛林地为对照,调查了春季、夏季和秋季放牧和封育2种类型样地的地表植被、土壤性状和地面节肢动物分布特征,分析了灌丛林地地面节肢动物群落组成及多样性对放牧管理的响应规律.结果表明:1)放牧导致植被高度、土壤细砂粒含量和土壤电导率显著降低,而土壤容重和粗砂粒含量显著升高.2)调查共获得地面节肢动物13目40科,其中优势类群为蚁科和拟步甲科,其个体数占总个体数的68.75％;常见类群4类,其个体数占总个体数的20.82％;其余34类为稀有类群,其个体数占总个体数的10.44％.在春季、夏季和秋季,放牧和封育样地间地面节肢动物群落组成均差别较大,反映了地面节肢动物对包括放牧管理和季节变化双重作用下环境变化的敏感性和适应性.3)放牧导致地面节肢动物多度显著升高.但放牧样地和封育样地间地面节肢动物类群数、Shannon指数、均匀度指数和优势度指数在3个季节中均无显著差异.4)相关分析表明,地面节肢动物多度、均匀度指数、优势度指数均与植被高度、植物多度、土壤水分、土壤pH值和电导率存在相关性,而地面节肢动物Shannon指数与植被高度、土壤水分和土壤细砂粒存在相关性.偏冗余分析(RDA)表明,土壤pH值、植物多度、土壤含水量和温度是影响地面节肢动物群落个体数分布的关键驱动因子.研究表明,放牧管理条件下植被高度、土壤pH、土壤水分和土壤温度差异导致不同地面节肢动物类群表现出了不同的响应模式.灌丛对地面节肢动物多样性的保育效应能够削弱放牧干扰的负向影响.但放牧干扰下春季灌丛林地植食性地面节肢动物多度增加,需注重放牧易导致灌丛林病虫害发生和进行防控.