在全球气候变化影响下,中国西北部干旱半干旱荒漠区降水格局发生显著变化,表现为极端降水和干旱事件增多,对荒漠植物群落结构和功能的影响引发广泛关注.以毛乌素沙地典型荒漠灌草植被黑沙蒿群落为研究对象,利用人工遮雨装置进行小区降水控制,设置降水量(W-:减水30％,对照组W:自然降水,W+:增水30％)和降水间隔(对照组T:降水间隔5d,T++:降水间隔15d)的双因素完全随机控制实验,监测各降水处理下黑沙蒿群落物种组成和生产力.结果表明:(1)与降水间隔5d的对照组相比,降水间隔期的延长显著提高了灌木和杂草的重要值,而降低了禾草的重要值.(2)与对照组自然降水相比,降水量的增加提高了黑沙蒿植物群落的多样性.(3)降水量的增加或降水间隔的延长均可以提高黑沙蒿的地上初级生产力.延长降水间隔会增加深层土壤的含水量,这有助于黑沙蒿对土壤水分的利用进而促进其生产力积累并增强了其在群落中的优势度.

降水和生物多样性是维持干旱区荒漠草原生态系统平衡和稳定的关键因素,研究降水变化背景下荒漠草原植物多样性、微生物多样性以及二者相互关系具有重要的理论和实践意义.本文以宁夏盐池荒漠草原为研究对象,采用遮雨棚和滴灌技术模拟了5个降水梯度,分别为正常降雨量的33％、66％、100％(CK)、133％和166％(记为R33,R66,RCK,R133,R166),全面分析了降水变化对荒漠草原植物多样性和微生物多样性的影响.结果表明:(1)降水减少(R66)会显著降低植物群落的多样性和均匀度,降水增加(R133)会使植物群落丰富度显著增加(P＜0.05);(2)细菌群落的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Ace指数以及真菌群落的Ace指数随降雨量的增加显著增加,降水变化对真菌群落的Shannon-Wiener指数和Simpson指数影响显著(P＜0.05);(3)增水处理对土壤微生物群落β多样性有显著影响;(4)细菌与土壤碳氮比、碳磷比之间存在显著正相关关系(P＜0.05),真菌与土壤碳氮比、碳磷比及氮磷比之间均存在极显著正相关关系(P＜0.01);(5)植物群落多样性与细菌Shannon-Wiener指数显著正相关,与细菌Simpson指数、Ace指数及真菌Ace指数显著负相关(P＜0.05).因此,降水变化对荒漠草原植物多样性和微生物多样性产生了显著影响,且二者之间存在紧密关联,这不仅为模拟和预测荒漠草原生态系统对气候变化的响应和反馈提供借鉴,也为该地区的生态保护和恢复提供了科学依据.

柴达木盆地地处青藏高原东北部,为高原型巨大封闭盆地,植被以荒漠为主,兼具沼泽湿地、盐生草甸和山地草原等.为更精细地展示柴达木盆地地区植被的物种组成、群落特征及其分布格局,该研究利用2022年夏季第二次青藏高原综合科学考察及2014年青藏高原资料匮乏区综合科学考察的野外数据,共157个样地,458个样方,整合为柴达木盆地植物群落样方数据集.通过数据的整理与汇编,共得到185条物种信息,其中物种数最多的科依次为菊科(39种)、禾本科(33种)、豆科(17种)、苋科(16种)及十字花科(10种),包含物种数最多的属依次为针茅属(Stipa)、蒿属(Artemisia)、黄耆属(Astragalus)、棘豆属(Oxytropis)和风毛菊属(Saussurea)等.植物生活型组成以草本居多,占78.37％;区系地理成分以亚洲中部种占优势,占41.62％.基于群落学-生态学分类原则,157个样地可以归为4个植被型组,7个植被型,11个植被亚型,40个群系.该数据集可为深入研究柴达木盆地植被特征、《中国植被志》编研、青藏高原及全国植被图绘制提供最原始的基础数据.

草地灌丛化现象在草地生态系统上广泛发生.放牧是人类利用草原的重要方式,通过分析不同载畜率下荒漠草原灌木种群及其邻近土壤养分含量的变化,可研究放牧干扰下不同灌木种群的耐牧特性,对深入了解荒漠草原植物群落演替机制具有重要意义.以荒漠草原灌木小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)、半灌木驼绒藜(Ceratoides latens)及小半灌木冷蒿(Artemisia frigida)和木地肤(Kochia prostrata)(下称为"灌木")为研究对象,探究不同载畜率下各个灌木种群的密度、高度、盖度及地上生物量(下称为"数量特征值")及其邻近土壤养分含量.结果表明:冷蒿的数量特征值均随着载畜率的增加而降低,其他植物种群的数量特征值均在CK或LG区出现最大值,且不同灌木邻近土壤养分含量随着土壤深度的增加而下降(P＜0.05).不同灌木邻近土壤全氮含量随着载畜率增加而下降;冷蒿邻近有机碳含量在CK区最高,小叶锦鸡儿邻近速效磷含量在HG区最高,其余灌木邻近有机碳、速效磷含量在LG区最高.灌木种群数量特征与土壤养分的关系为:土壤有机碳与冷蒿和驼绒藜的高度、盖度、地上生物量呈正相关,土壤速效磷与木地肤高度、地上生物量呈显著负相关.因此,载畜率均会对灌木植物种群的数量特征值及其邻近土壤养分含量产生影响.

无定型碳酸钙对植物生长具有重要意义,草原-荒漠过渡区主要建群植物体内无定型碳酸钙含量特征目前尚不明确.本文测定了宁夏哈巴湖国家级自然保护区和宁夏吴忠市红寺堡区主要植物叶片碳酸钙含量.结果表明:草本植物碳酸钙含量之间有显著差异,而灌木碳酸钙含量之间没有差异显著;对于草本植物,演替初期建群植物沙蓬(Agriophyllum squarrosum)和猪毛菜(Salsola collina)、演替中期建群植物赖草(Aneu-rolepidium dasystachys)和白草(Pennisetum centrasiaticum)、演替后期建群植物长芒草(Stipa bungeana)和糙隐子草(Cleistogenes squarrosa),随进展演替,不同演替阶段植物碳酸钙含量逐渐降低;典型草原演替后期建群种体内碳酸钙含量显著高于荒漠草原演替后期建群种;油蒿(Artemisia ordosica)幼龄阶段叶片碳酸钙含量显著高于成龄和老龄阶段,沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和紫穗槐(Amorpha fruticose)3种豆科灌木不同冠层部位叶片碳酸钙含量之间差异不显著.草原-荒漠过渡区不同演替阶段草本植物体内碳酸钙含量的显著变化是植物长期适应环境的结果.

蒸散发是生态水文过程的关键环节,掌握蒸散组分的变化特征及其影响因子,对干旱半干旱地区的可持续发展至关重要.以荒漠草原多年生植物针茅群落和一年生植物猪毛蒿群落为研究对象,利用小型蒸渗仪开展了连续3年监测,分析了蒸散组分的日、月和年变化规律,探讨了影响蒸散组分的主要环境因子.结果表明:晴天时,多年生和一年生植物群落蒸散组分呈先增加后减小的抛物线型,夜间蒸散活动较弱,累积蒸散量较低,不足全天总累积蒸散量的20％;阴天时各蒸散组分无明显峰值,且日累积量均较小,一年生和多年生植物群落的蒸散量、蒸发量和蒸腾量无显著差异;10.64 mm/d及以上降雨对蒸散和蒸发的日变化具有明显影响,随着降雨量的增多,蒸散量和蒸发量也呈增大趋势,但蒸腾量则相对较小.从月动态来看,7-9月占全年蒸散量和蒸发量的一半左右,冬春季蒸散量和蒸发量维持在全年最低水平.年蒸散量与年降雨量接近,而蒸腾量占蒸散量的比例低于10％.总体来看,多年生植物群落蒸散量较一年生植物群落多.采用Mantel检验方法分析不同时间尺度影响蒸散组分的主要气候因素,在小时尺度上太阳辐射与蒸发量和蒸腾量显著性水平较高(P＜0.01),但相关性较低(r＜0.2);在日尺度上,蒸散量、蒸发量和蒸腾量与降雨量的显著性(P＜0.01)和相关性(r≥0.4)均最高;而月尺度上,降雨量和降雨速率与蒸散量、蒸发量的相关性较高(0.2≤r＜0.4),但显著性较低(P≥0.05).因此,蒸散组分受环境因子的影响在不同时间尺度上具有较大差异,说明蒸散组分受多种因子共同影响.

局域取样单元对beta多样性的贡献可用于测度每个局域群落物种组成的生态特异性(ecological uniqueness).温带荒漠生态系统广泛分布于全球干旱和极端干旱区域,极易受到气候变化和人类活动的影响.然而目前温带荒漠植物群落生态特异性大尺度地理分布格局及其形成机制的系统研究还很缺乏,制约着我们对荒漠植物群落多样性维持机制的认知.本文在温带灌木、矮半乔木及草原化灌木荒漠等6个中国温带荒漠区的主要地带性植被类型中设置了948个样方,通过开展系统的野外调查采样和室内分析,以及量化每个取样单元对beta多样性的贡献,并结合土壤和气候变量等环境数据,探讨了中国荒漠植物群落生态特异性大尺度地理分布格局及其影响因素.结果表明:(1)温带荒漠植物群落生态特异性存在显著的经度、纬度和海拔分布格局,随着经度增加显著降低,但随着纬度或海拔的升高呈现出先下降后增加的变化趋势;(2)土壤、气候、群落特征(植物物种丰富度和群落盖度)对植物群落生态特异性都有着显著的单独影响,植物群落生态特异性随着物种丰富度增加呈先下降后上升的变化趋势;经度、土壤、气候和植物群落特征共同解释了温带荒漠植物群落生态特异性33.5％的空间变异,其中气候因子有着更强的单独解释率.上述结果说明环境过滤和中性过程以及其他未知过程共同调控了温带荒漠植物群落的生态特异性大尺度分布格局的形成,且气候和土壤因素的过滤作用有着重要影响.

阿尔泰山是个完整的自然地域综合体,自然地理要素垂直地带性分异显著,对花粉搬运、沉积、保存有较大影响.根据对中国阿尔泰山西部53个表土样品花粉谱特征分析,基于植物群落样方物种调查结果,运用聚类分析和主成分分析方法,探讨了该区域表土花粉与现代植被分布的对应关系.研究表明(1)阿尔泰山西部表土花粉组合与现代植被分布基本一致,各植被带均存在特有的花粉组合,荒漠草原带蒿属—藜科—禾本科—麻黄属组合优势明显,草原灌丛带以禾本科—蒿属—蔷薇科—藜科组合为主,山地森林带表现为云杉属(或云杉属+冷杉属)—桦木属—蔷薇科—禾本科—莎草科组合,亚高山灌丛带以桦木属—禾本科—柳属—莎草科组合为主,高山草甸带表现为唇形科—禾本科—桦木属—蔷薇科—莎草科组合.聚类分析可将各植被带准确鉴别开,主成分分析表明湿度是影响其分布的主导因素.(2)云杉属、冷杉属、蔷薇科、桦木属、柳属、豆科、麻黄属、禾本科、蒿属、藜科、菊科、唇形科、莎草科、唐松草属含量高、变化幅度大,为该区域主要的表土花粉类型.其中,云杉属、桦木属代表性较好,禾本科、冷杉属、莎草科代表性较低,藜科、蒿属具超代表性.花粉含量高低除自身因素外,某些科(属)还可能与保存条件有关.

围封是退化草原生态系统恢复的有效措施之一,已在中国北方草原地区实施多年并取得良好的效果.由于不同退化草原生态系统具有完全不同的植被和土壤条件,围封对不同退化草原植物群落和土壤的恢复是否具有一致的影响,目前仍不清楚.对内蒙古地区轻度、中度和重度退化荒漠草原分别设置6年围封后,对植物群落特征和土壤理化性质进行了调查和测定.研究结果发现,围封显著提高了 3种退化荒漠草原短花针茅(Stipa breviflora)和无芒隐子草(Cleistogenes songorica)种群以及群落的高度、盖度和地上生物量(P＜0.05),表明围封从多组织层次使退化草原植物群落得到有效的恢复.围封总体提高了轻度和中度退化荒漠草原植物多样性,但降低重度退化荒漠草原的植物多样性.重度退化荒漠草原在围封后群落高度、盖度和地上生物量恢复效率显著高于轻度和中度退化的(P＜0.05),表明围封对重度退化荒漠草原植被恢复更加有效.除轻度退化外,围封显著降低中度和重度退化荒漠草原土壤全碳、全氮、全磷、有效氮和速效磷含量(P＜0.05),但对3种退化荒漠草原的土壤水分含量无显著影响,表明围封对不同退化荒漠草原土壤的影响具有滞后性.研究为荒漠草原围封成效评估提供理论指导和退化荒漠草原生态系统科学合理实施围封政策提供科学依据.

放牧和异常降水对荒漠草原生态系统产生了显著的影响,群落物种组成及多样性因降水和载畜率的改变而变化.然而不同载畜率下荒漠草原植物群落物种组成及多样性对异常降水的响应尚不明晰.本研究以内蒙古短花针茅(Sripa breviflora)荒漠草原为研究对象,调查并分析不同载畜率(绵羊,CK:不放牧、LG:0.93、MG:1.82和HG:2.71羊单位hm-2半年-1)放牧区植物群落物种组成及其数量特征.结果表明:降水增加对群落数量特征和物种多样性促进作用显著,但对群落物种优势度指数有显著抑制作用;降水增加使得不同功能属性物种数目增多,引起建群种物种综合优势度降低,从而改变群落物种组成及多样性;不同功能属性物种对载畜率的响应存在差异,群落物种组成及多样性在响应异常降水变化时,降水与载畜率之间协同变化和相互制约,但直根系C3植物和群落总密度的变化主要受载畜率影响.异常降水可影响长期过度放牧引起的生态系统过程,对草地生态系统恢复有积极作用.