土壤养分含量降低是我国草原退化的主要原因之一,养分添加是退化草原恢复的有效措施,但过量养分添加会导致物种多样性降低.为了探讨适宜的养分添加量以及养分添加促进退化草原恢复的机制,本研究选择内蒙古典型草原的退化群落,通过氮(N)磷(P)养分共同添加梯度试验,研究了退化典型草原在群落、功能群和物种3 个组织水平上对养分添加的响应.结果表明:在群落水平,养分添加显著促进了退化典型草原生物量,但没有降低物种多样性;群落生物量随养分添加水平表现为饱和曲线响应,在 12.0 g N·m-2、3.8 g P·m-2水平趋于饱和;物种多样性在低养分添加水平(N＜9.6 g·m-2、P＜3.0 g·m-2)较对照显著增加,在其余养分添加水平未发生显著变化.在功能群水平,随着养分添加量的增加,多年生根茎禾草在群落中优势度增加,生物量和密度均显著提高;一年生植物生物量和密度在高养分水平添加下显著增加,多年生丛生禾草和杂类草无显著变化.在物种水平,6 个物种对养分添加响应不同,羊草通过增加种群密度和个体大小显著增加了种群生物量;大针茅、冰草和糙隐子草种群生物量没有显著变化;星毛委陵菜和黄囊苔草分别因为降低个体大小和种群密度减少了种群生物量.养分添加作为草原恢复的措施,可以显著增加退化草原生物量和物种多样性,降低植物群落中退化指示种,增加多年生根茎禾草.

根系分叉数和连接长度影响着植物根系的空间分布和资源获取,二者的权衡关系有助于深层次的理解植物根系构型的生态适应性.在祁连山北坡高寒退化草地,设置未退化(T1)、轻度退化(T2)、中度退化(T3)和重度退化(T4)4个退化梯度样地,采用全根挖掘和Win-RHIZO根系分析仪相结合的方法,研究了星毛委陵菜(Potentilla acaulis)根系分叉数和连接长度之间的关系.结果表明:随着天然草地退化程度的加剧,草地群落的密度、高度、盖度、地上生物量和土壤含水量逐渐减小,土壤紧实度不断增大,星毛委陵菜种群的密度、高度、盖度、地上和地下生物量、根冠比和根系连接长度逐渐增大,分叉数呈相反的变化趋势;不同退化草地星毛委陵菜根系分叉数与连接长度之间的相关性存在差异(P＜ 0.05),在未退化(T1)和重度退化(T4)草地星毛委陵菜根系分叉数和连接长度之间存在极显著的负相关关系(P＜0.01),在轻度退化(T2)和中度退化(T3)草地二者之间存在显著的负相关关系(P＜0.05).随着天然草地的退化,星毛委陵菜选择减小根系分叉数和增大根系连接长度的构型构建模式,反映了植物不同功能性状间生物量分配的权衡机制.

为明确药用植物委陵菜与其同属植物星毛委陵菜在不同基原之间的代谢差异,更有效的利用药用植物资源.基于气相色谱与质谱联用技术对两药用植物间的小分子初生代谢物进行非靶向代谢组学分析,利用主成分分析和偏最小二乘法分析,寻找可区分两物种的差异代谢物以及在初生代谢途径上的差异.结果:利用GC-MS在两植物中共检测到134个色谱峰,通过与数据库比对,共鉴定出43种初生代谢产物.PCA分析结果显示代谢物在委陵菜和星毛委陵菜间的分布有较大的差异;采用OPLS-DA筛选获得导致2物种区分的差异代谢物共33种,两物种在半乳糖代谢、淀粉和蔗糖代谢、氨酰生物合成、氨基糖和核苷酸糖代谢和果糖和甘露糖代谢途径有显著的差异.委陵菜和星毛委陵菜的初生代谢方面存在较大差异,虽然两植物来源于同科同属植物,但是星毛委陵菜不适合代替委陵菜作为药材使用.

为探讨黄土高原典型草原优势种植物及其根际土壤化学计量对不同降水量的响应,以宁夏固原云雾山封育20年典型草原为研究对象,利用遮雨棚技术模拟了 3个不同的降水梯度(自然降水量的50％、100％和150％),测定了优势种长芒草(Stipa bungeana)、星毛委陵菜(Potentilla acaulis)和白莲蒿(Artemisia sacrorum)的地上、地下全碳(TC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量及其根际土壤有机碳(RSOC)、全氮、全磷含量,分析了各个优势种及其根际土壤化学计量及其之间的相关性.结果表明:(1)3个优势种地上、地下总C含量、地上N含量均在50％降水下较高,星毛委陵菜地上和地下P含量及地上、地下总P含量均在100％降水处理下最高.(2)50％降水与150％降水处理相比较,长芒草地上C/N、C/P及白莲蒿、星毛委陵菜地下C/P均有显著差异(P＜0.05),150％降水处理下优势种N/P显著高于50％降水处理(P＜0.05).(3)3个优势种根际土壤C、N含量高于黄土高原土壤C、N含量且150％降水处理下根际土壤C含量显著高于50％降水处理(P＜0.05),増雨处理下优势种根际土壤C/N、C/P高于减雨处理,増雨处理N/P较减雨处理变化小.(4)50％降水处理下,白莲蒿和星毛委陵菜地上和地下N含量与其根际土壤C含量均呈负相关关系(P＜0.05);100％降水处理下,优势种地上和地下及地上、地下总C、N、P含量与其根际土壤C、N、P之间均表现出较强的相关关系(P＜0.05);150％降水处理下,优势种地下C含量与其根际土壤N含量均呈负相关关系.(5)3个优势种根际土壤N含量与地下N含量的负相关系数绝对值大于根际土壤P含量与地下P含量的相关系数绝对值.研究结果将为深入了解黄土高原典型草原生态系统物质循环及判断植被养分限制提供科学参考.

如何通过合理的利用方式提高高寒草地管理水平,实现其可持续利用一直是草地生态学领域的研究热点.为明确不同放牧家畜组合下高寒草地植物群落关键种的演替规律及其驱动因素,基于中等放牧强度设置了不同放牧家畜组合放牧样地(牦牛单牧、藏羊单牧、牦牛藏羊1∶2混牧、牦牛藏羊1∶4混牧、牦牛藏羊1∶6混牧)以及围封样地,并在连续放牧处理7年后系统分析了不同放牧家畜组合下植物群落特征与土壤理化性质变化,以期确定最优放牧组合.结果表明:(1)不同放牧家畜组合均会显著降低高寒草地植物盖度,但对其物种丰富度与多样性指数的影响并不显著.(2)牦牛藏羊1∶2混牧下植物群落特征与禁牧处理下植物群落特征较为相似,且牦牛藏羊1∶2混牧下的植物群落稳定性最强、组织水平最高.(3)牦牛单牧与1∶2混牧下关键种为矮生嵩草;藏羊单牧下关键种为天山针茅;1∶4混牧下关键种为星毛委陵菜;1∶6混牧与围封下关键种为赖草.(4)围封能够显著降低土壤容重,藏羊单牧则会显著增加土壤容重与土壤速效氮、磷含量.(5)土壤速效氮、容重与含水量是驱动不同放牧家畜组合下植物群落关键种演替的重要理化因子.综上所述,中等放牧强度下,牦牛藏羊1∶2混牧是青藏高原高寒草地较为理想的利用方式.此外,相较于单纯增加草地物种丰富度或多样性,建立植物群落物种之间的有效关联是提高青藏高原高寒草地管理水平的另一关键途径.

探讨典型草原植物群落组成对降水变化的响应动态,可为草地管理应对全球变化提供理论和实践依据.本研究以黄土高原腹地宁夏固原云雾山封育20年的典型草原为研究对象(模拟降水实验进行4年),利用遮雨棚模拟3个不同的降水梯度,分别是自然降水量的50％(PR)、100％(CK)和150％(PI),每个降水梯度设置3个生物学重复.通过记录样地内植物的高度、频度、多度、密度和生物量,定量分析了降水量的变化对典型草原植物群落物种多样性和生物量的影响.结果表明:(1)植物功能群对不同降水处理的响应差异显著,与CK相比,豆科植物总生物量在PR和PI处理下分别降低了42.72％和11.81％,杂类草总生物量分别降低了74.49％和30.42％,而禾本科植物总生物量分别增加了26.71％和97.06％.(2)降水变化对物种丰富度(P＜0.05)、Shannon-Wiener指数(P＜0.05)、Simpson指数(P＜0.01)均有显著或极显著影响.降水变化在一定程度上改变了植物群落物种丰富度和优势度,导致植物群落结构发生变化,从而改变植物群落组成.(3)随降水量增加,优势种星毛委陵菜(Potentilla acaulis)的总体生物量呈增加趋势;降水变化对长芒草(Stipa bungeana)、白莲蒿(Artemisia stechmanniana)的总体生物量影响不显著.研究结果将为进一步探究气候变化对典型草原生态系统的影响提供理论依据和数据支持.