关键种在群落结构、功能与稳定性方面具有重要作用,为探明不同放牧方式下高寒草甸植物群落关键种的变化特征及其影响因素,以青藏高原最主要的5种放牧方式(禁牧、非生长季放牧、传统放牧、生长季放牧和全年连续放牧)高寒草甸为对象,对群落特征、土壤理化特征和酶活性进行了系统研究,采用网络分析法和方差分解探究了不同放牧方式草地植物群落关键种变化特征及其影响因子,并利用优劣解距离法(TOPSIS)-多准则决策模型对不同放牧方式进行综合评价,以筛选最佳放牧方式,从而为高寒草甸科学管理及可持续利用供数据支撑.结果表明:(1)相较于全年连续放牧,禁牧、非生长季放牧、传统放牧及生长季放牧对禾本科、豆科、凋落物和杂类草生物量,群落地上和地下生物量,植物高度,禾本科盖度,多样性指数,土壤养分含量和土壤酶活性均有显著正效应.(2)禁牧样地的关键种为垂穗披碱草,非生长季放牧样地的关键种为冷地早熟禾、矮生嵩和赖草,传统放牧样地的关键种为赖草,生长季放牧样地的关键种为矮生嵩草,全年连续放牧样地的关键种为异针茅.其中,非生长季放牧样地植物群落物种间的关联性、互作强度、群落组织水平和稳定性均最高,而禁牧样地最低.(3)方差分解表明,土壤纤维素酶、脲酶和过氧化氢酶是影响高寒草甸植物群落关键种变化的最主要因素.(4)TOPSIS-多准则决策模型结果表明,非生长季放牧既能有效利用草地资源,又能维持较高的植物群落多样性和稳定性,是高寒草甸的理想放牧方式.研究结果对科学放牧管理制度的制定、草地生态系统稳定性与多功能性维持提供了科学数据支撑.

[目的]白三叶入侵会挤占草坪草的生存空间,严重威胁草坪的质量和功能.明晰白三叶入侵对草坪植物草地早熟禾功能性状及草坪质量的影响,可深入了解白三叶入侵机制,为禾本科草坪的建植养护提供理论依据.[方法]以白三叶入侵草地早熟禾草坪为对象,采用样地调查方法考察不同白三叶入侵程度(对照及轻度、中度、重度入侵)下草地早熟禾功能性状及草坪质量的差异,并通过隶属函数法综合评价各入侵程度下草坪质量.[结果](1)随白三叶入侵程度的增加,草地早熟禾各器官碳含量、叶片建成成本及碳氮比、碳磷比和氮磷比逐渐降低,而比叶面积、各器官氮和磷含量增大.(2)同一入侵程度下,草地早熟禾各器官碳、氮和磷含量均表现为叶大于根和茎,碳氮比和碳磷比表现为根和茎大于叶,而其氮磷比表现为茎和叶大于根.(3)随白三叶入侵程度的增加,草地早熟禾草坪密度、质地、绿度指数和均一性降低,而地上生物量和地下生物量增大.(4)隶属函数法综合评价结果显示,草坪质量以白三叶未入侵时最优,重度入侵时最差,且叶碳含量对草坪质量的影响最大.[结论]白三叶入侵改变了草地早熟禾功能性状,降低了入侵区草坪质量,严重影响了草坪景观和功能.

研究不同氮素形态对高寒人工草地植物群落生物量分配和优势种叶片光合特性的影响,以期筛选出适合高寒人工草地生产力维持的氮素形态.以4龄"青海中华羊茅(Festuca sinensis Qinghai)+青海草地早熟禾(Poa pratensis Qinghai)"混播草地为研究对象,采用随机区组设计,设置对照组(CK)、酰胺态氮(U)、铵态氮(A)和硝态氮(N)4种处理方式,对不同处理方式下的生物量分配特征、优势种叶片光合特性和化学计量特征进行了分析.结果表明,氮添加降低了茎的相对生物量,提高了叶和穗的相对生物量,通过增加15-45 cm高度范围内茎和叶的生物量提高地上总生物量.不同氮素形态对地上生物量的促进作用表现为U＞N＞A.不同氮素形态不同程度地提高了优势种叶片的光合性能,对净光合速率和水分利用效率的作用效果表现为A＞N＞U.3种氮素形态对植物叶片碳含量没有显著影响,但显著提高了氮、磷含量,降低了碳氮比和碳磷比,且作用效果均表现为U＞N＞A.冗余分析表明,胞间CO2浓度、气孔导度和净光合速率是影响植物生产性能的关键光合指标,叶片氮含量、磷含量、碳氮比、碳磷比和氮磷比是影响植物光合作用和生产性能的关键因子.综合而言,酰胺态氮可能更有利于高寒人工草地生产力的维持.

[背景]草地早熟禾(Poa pratensis)是一种被广泛使用的兼具观赏性和设施性的冷季型草坪草,白粉病的发生严重降低了草地早熟禾的质量和使用年限.[目的]对山西农业大学温室草地早熟禾白粉病病原物进行分离、纯化、鉴定和致病力分析,为草地早熟禾白粉病的防治提供理论依据.[方法]采用形态特征观察、核糖体内源转录间隔区(ribosomal DNA internally transcribed spacer,rDNA-ITS)序列分析进行分离株 BGP(TG)的鉴定;通过分生孢子密集抖落接种法测定BGP(TG)对 23 份草地早熟禾材料的致病力.[结果]草地早熟禾白粉菌分离株BGP(TG)分生孢子串生、无色、椭圆形,长和宽分别为(23.31-34.67)μm和(11.33-15.77)μm,成熟吸器为指状;rDNA-ITS序列分子发育分析结果表明分离株BGP(TG)与禾布氏白粉菌早熟禾专化型(Blumeria graminis f.sp.poae)聚于同一分支;BGP(TG)对 23 份草地早熟禾的致病力测定结果显示,白粉病发病率为49.47%-77.72%,病情指数为 14.41-53.12;仅'太行'草地早熟禾对BGP(TG)表现为中抗,'应县''黑杰克'和'浑源'草地早熟禾表现为中感,'探险家'和'奖品'草地早熟禾表现为极感,其余 17 个品种表现为高感,占比达 73.91%.[结论]山西省草地早熟禾白粉菌分离株BGP(TG)的致病力较强,进一步挖掘'太行'草地早熟禾的抗白粉病基因,对草地早熟禾抗白粉病育种工作具有重要意义.

以黄土丘陵区不同生长年限撂荒草地群落为对象,研究种群生态位特征及其影响因素.结果表明:铁杆蒿、茭蒿、猪毛蒿、达乌里胡枝子和硬质早熟禾等为优势物种,且不同生长年限优势种不同.草地生长从5年到10年,种群生态位宽度随年限的增加逐渐拓宽,对环境适应性增强;草地生长从10年到25年,种群生态位宽度随年限的增加先变窄(20年)再拓宽;草地生长超过25年,种群生态位宽度逐渐变窄,对环境适应性减弱.多数种群分别在10、25年生态位宽度达到峰值,对环境适应性最强.种群优势度与生态位宽度受种群动态影响而无线性关系.种群间生态位重叠均值先增大后减小,且在15年时达到最大值,表明种间竞争先增强后减弱,且在15年时种间竞争最为激烈.海拔、土壤含水量、土壤有机质含量为草地群落种群生态位宽度的主要影响因素;土壤全氮含量、海拔、土壤含水量为种群生态位重叠的主要影响因素.种群生态位宽度与生态位重叠主要影响因素不同,受资源空间异质性以及生长阶段影响而无线性关系.随着草地生长年限增加,种群适应性普遍增强,种群间对资源竞争先增强再减弱.海拔、土壤含水量、土壤全氮含量是影响种群适应性、种间关系的主要环境因子.

该试验采用不同浓度(0, 100, 200, 400, 600 mmol·L-1)NaCl溶液处理萌发的星星草、草地早熟禾、老芒麦和披碱草幼苗在 6—15 ℃和 20—25 ℃两种温度条件下生理生化的变化.结果表明: ①在不同盐浓度的胁迫下, 披碱草、草地早熟禾和星星草随着盐浓度的提高, 可溶性糖含量呈现增高的趋势;而老芒麦呈现先升后降的趋势.且不同温度处理对牧草幼苗可溶性糖含量影响较大, 但在高盐浓度处理下, 温度对幼苗可溶性糖含量影响极显著, 6—15 ℃处理显著提高幼苗的可溶性糖含量.②随着盐浓度增加, 四种牧草游离脯氨酸含量均迅速积累, 且20—25℃处理下脯氨酸含量显著高于 6—15 ℃处理.③盐胁迫导致四种牧草根尖过氧化氢含量和细胞死亡率的增加, 而 6—15 ℃温度处理可以降低根尖过氧化氢的积累.④四种牧草随盐浓度增加根尖细胞死亡率均有增加的趋势, 6—15 ℃低温可以有效减轻盐胁迫对根细胞的损伤.⑤四种牧草在两种温度处理下随盐浓度增加株高都有所降低, 且在不同温度处理下牧草的株高没有显著性差异.

以祁连山东段高寒草甸区栖息的鼢鼠(Eospalax spp.)为研究对象,通过分子系统学、形态学和栖息地特征调查相结合的方法对区域内鼢鼠的分类地位进行了研究.利用分子生物学技术,测定了线粒体D-loop序列,构建了系统发育树并计算了鼢鼠间遗传距离.测量了鼢鼠头骨指标以及体貌形态特征,并调查了不同鼢鼠栖息地草地类型、优势种植物及土壤紧实度等.结果发现4个采样地的鼢鼠属两个不同种,即甘肃鼢鼠(Eospalaxcansus)和高原鼢鼠(Eospalax baileyi).两种鼢鼠的遗传距离为0.147;眶间宽、听泡宽在两性间均差异显著(n雄=14,n雌=16,P＜0.05),颧宽在雄性间差异显著(n雄=14,P＜0.05);甘肃鼢鼠尾部和后足有稀疏短毛,而高原鼢鼠则有密毛.甘肃鼢鼠主要栖息在海拔较低的高寒草甸区,其优势植物主要有矮嵩草(Kobresia humilis)、蕨麻(Potentilla anserina)、早熟禾(Poa annua);高原鼢鼠主要栖息在海拔较高的高寒灌丛草甸区,其优势植物主要有早熟禾(Poa annua)、金露梅(Potentilla fruticosa)、披碱草(Elymus dahuricus),但两者栖息地的土壤紧实度无差异(P＞0.05).本研究结果为同区域分布甘肃鼢鼠和高原鼢鼠的野外鉴别提供技术依据.

草地沙化与植物群落演替关系对高寒草地生态系统功能和结构的维持具有重要的意义.以长江源区七渡口沙化高寒草地为研究对象,基于野外植物群落物种组成及地形因子调查数据,运用数量分类与排序等方法,探究了沙化高寒草地植物群落特征及其与微地形环境因子的关系.结果表明:60个调查样方中出现29个植物种,隶属16科,27属.赖草、细叶亚菊、绳虫实等植物种的出现指示高寒草地沙化处于进展之中,植被群落向旱生方向演替.物种标准频度分布在不同微地形表现各异,总体上优势种比例低于稀有种,植被群落处于高度演替阶段.TWINSPAN将沙化高寒草地划分为7个群丛类型:Ⅰ赖草+阿尔泰狗娃花+牛耳风毛菊Leymus secalinus+ Heteropappus altaicus+ Saussurea woodiana,Ⅱ赖草+喜马拉雅嵩草+绳虫实Leymus secalinus+Kobresia royleana+Corispermum declinatu,Ⅲ赖草+披碱草+细叶亚菊Leymus secalinus+Elymus dahuricu +Ajania tenuifolia,Ⅳ赖草+高山野决明Leymus secalinus+ Thermopsis alpina,Ⅴ老芒麦+早熟禾Elymus sibiricus+ Poa annua,Ⅵ老芒麦+批碱草Elymus sibiricus+Elymus dahuricus,Ⅶ绳虫实Corispermum declinatum.7个群丛在DCA排序图上的分布呈现一定的规律性.CCA排序结果表明,坡度和坡向是沙化高寒草地物种分布的微地貌主导因子.

结合青藏高原地区黑土滩型退化高寒草甸改建成人工草地后恢复过程中植物群落组分的数量特征变化,基于中心差分法、相对误差热图、ODE算法等研究方法进行计算机模拟,对Lotka-Volterra种间竞争模型进行非线性化改进,建立了适于高寒草地人工恢复演替过程中的竞争效应预测模型,与经典的Lotka-Volterra种间竞争模型进行对比验证,实证了改进模型的可解性和准确性.并分析了改进的Lotka-Volterra模型的系统动力学行为,预测人工恢复植物群落各组分的竞争结局,判断人工草地恢复演替状况.结果 表明:(1)随着恢复年限的增加,栽培植物(垂穗披碱草或草地早熟禾)与原生植物在经历一个激烈的竞争阶段后逐渐趋于动态平衡,表明人工种植的垂穗披碱草、草地早熟禾等本土植物,可以促进青藏高原地区“黑土滩”型退化高寒草甸的有效恢复;(2)综合各分组的恢复演替阶段特征,可食牧草、栽培植物和顶极植物均从第7年开始竞争力呈现明显下降的趋势,因此建议在对人工草地的恢复管理中,7-10年间进行适度的人为干预,如施肥、灭鼠害以及适当去除有毒有害杂草等;(3)综合各类植物的竞争演替预测情况,均从第20年左右开始逐渐趋于动态平衡.因此,根据该模型分析,从生态恢复的角度来看,“黑土滩”型退化草地进行人工恢复至少需要20年以上,才能获得较为稳定的植物群落.

为了明确高寒地区种植不同种类牧草对土壤节肢动物群落的影响,于2016年7月,选取2013年建植的垂穗披碱草、老芒麦、早熟禾、羊茅、燕麦、苜蓿6种牧草地为研究样地,以外围天然草地为对照样地,采集0-15 cm混合土样,采用干漏斗法(Tullgren)分离土壤节肢动物.结果 表明:(1)7种类型牧草种植地对土壤节肢动物群落组成结构、密度、类群数、Shannon多样性指数和Simpson优势度指数均有显著差异性(P＜0.05或0.01).群落密度、类群数和Shannon多样性指数均表现为燕麦显著高于垂穗披碱草和苜蓿牧草地,而Simpson指数与之相反,其他几种牧草地间土壤节肢动物群落指数均无显著差异性.(2)典范对应分析(CCA)结果表明,影响土壤节肢动物群落组成结构的主要因素是土壤pH、TN、N/P、C/N、AK;其中,在垂穗披碱草样地中土壤节肢动物群落与pH呈正相关,在早熟禾样地中土壤节肢动物群落与TN和N/P呈正相关,而在天然草地中土壤节肢动物群落与C/N和AK呈正相关.(3)回归分析表明,土壤节肢动物群落密度及多样性指数仅与TK含量呈显著正相关(P＜0.05或0.01).研究表明,在青藏高原种植不同种类牧草对土壤节肢动物的群落结构、密度和多样性均存在较大的影响.从长远的观点来看,种植苜蓿等其他种类牧草虽然能缓解草畜矛盾,但会降低土壤节肢动物多样性,不利于生物多样性保护和草地生态系统的可持续利用.