狭缝投影位置传感技术及其在精密定位中的应用

提出了一种基于狭缝投影的位置传感技术，阐述了此技术的传感原理及其在精密定位中的应用。准直激光束照明的投影狭缝由一个透镜以掠入射角度投影在被测物体上，狭缝投影经过被测物体表面的反射和另一个透镜的成像在探测双缝上形成投影狭缝像。探测双缝放大成像在双像限探测器上，投影狭缝像透过探测双缝的光强分别被双像限探测器的两个像限所接收，通过检测双像限探测器两个像限上的光强获得被测物体的位置。实验验证了此传感技术的可行性，其位置重复测量偏差小于32nm（1σ）。

Study on the layer structure of W/C multilayers deposited by magnetron sputtering using x-ray reflectivity

A study on the layer structure of W/C multilayers deposited by magnetron sputtering is reported. In the study, soft x-ray resonant reflectivity and hard x-ray grazing incidence reflectivity of the W/C multilayers were measured. The imperfections at the interface such as interdiffusion and formation of compounds were dealt with by two methods. On analyzing the experimental results, we found that the incorporation of an interlayer was a more suitable method than the traditional statistical method to describe the layer structure of a W/C system we fabricated. The optical constants of each layer at a wavelength of 4.48 nm were also obtained from the analysis. Copyright (C) 2008 John Wiley & Sons, Ltd.

放牧对内蒙古冷蒿小禾草草原植物群落特征的影响

了解天然草原放牧生态系统中，不同管理措施对草－畜系统的影响及系统中草－畜互作方式，是实现草原生态系统持续管理的基础。在内蒙古典型草原区，我们建立了24hm2围栏放牧实验样地。本文通过对试验样地5个放牧率（1.33，2.67，4.00，5.33和6.67羊／hm2）和两种放牧方式下（连续放牧与轮牧）一年排除放牧后植被变化的研究，试图揭示8年的放牧对草地群落的作用结果，探寻放牧率与植物群落生产力、种类组成和演替方向的关系，以求为建立合理的放牧制度提供佐证。 研究发现：①不同的放牧率下8年的放牧使地上生物量出现显著差异，中度放牧（SR3）下的草原群落达到了最大地上生物量，在较轻的放牧率（SR1，SR2）下有超补偿生长出现，地下生物量随着放牧率的升高而下降。②放牧使群落植物组成发生重大变化，随着放牧率的升高，表现出明显的向星毛委陵菜退化草原演替的趋势，无牧的群落表现出恢复演替的趋势。③在轻牧（SR1）处理下植物群落达到了最高的多样性，在多样性与生物量之间，不能发现较具规律性的关系。④轮牧群落的生产力潜力显著高于连续放牧，连续放牧方式造成植物斑块状分布，降低了草场的利用效率。⑤放牧造成了草原植物生态位分化。

放牧对典型草原土壤-植物系统中碳、氮、磷库特征的影响

放牧是内蒙古典型草原最主要的利用方式。放牧已对草原生态系统的结构和功能产生了巨大的影响。本论文研究了放牧对内蒙古典型草原土壤-植物系统中碳、氮、磷库特征的影响，结果表明： （1）草地开垦已使土壤C、N贮量显著损失。放牧已使羊草草原土壤C贮量表现出下降的趋势，大针茅草原没有表现出这种变化趋势。 （2）放牧尚没有使土壤全N发生显著变化，但土壤N素一些组分的比例发生了变化。放牧后，土壤NH_3-N下降，酸不溶态N比例有所提高;放牧使Fe-P比例显著降低。 （3）蒙古草原土壤微生物量C、N与土壤有机C、全N、降雨量、温度均表现出了很好的相关性。放牧对微生物量的影响与不同草原类型和放牧率有关。 （4）放牧使土壤养分元素的空间异质性加大。退化草地恢复过程中小叶锦鸡儿灌丛诱导了植物组成、生物量和土壤化学元素含量在空间上的分异，这种生态效应有利于退化草地的恢复。 （5）不同放牧强度对土壤C、N、P库和植物系统中C、N、P含量的影响不同。放牧使植物系统地上部C含量下降，N、P含量提高。高强度的放牧使土壤N、根系中的N素向表层相对聚集，表现出明显的表聚化现象。植物C/N、C/P比在中、重度放牧强度下最低，此时植物残体分解速率最高，极度放牧最终C、N循环速率减小。不考虑放牧率，研究放牧对土壤C、N、P含量的影响可能会得出矛盾的结论。 （6）放牧草地中低等植物地衣、蓝细菌在元素化学循环中的作用提高。地衣Xanthoparmelia camtschadalis （Ach.）的生物量在经度放牧草地中最高，其体内C、N含量与放牧率的关系与维管植物相似。退化草地中蓝细菌可能是最重要的N素来源。

松嫩平原盐碱化草地模拟模型研究

松嫩平原盐碱化草地是我国著名的天然草场，又是东北西部绿色生态屏障，具有较高的经济价值和重要的生态意义。但是由于各种自然因素和人为因素，致使草地出现退化、沙化和盐渍化，尤其是草地盐渍化加重，生态环境日趋恶化。当地地形条件和气候要素是导致草地原生盐碱化的主要原因。而人类对草地的过度使用，如过度放牧和割草等则是导致草地快速次生盐碱化的主要原因，不仅导致土壤的退化，而且引起草地群落发生次生演替过程。在典型的次生演替过程中，常常可以出现羊革(Aneurolepidium chinense)群落、羊草和一虎尾草(Aneurotepidium chinense＆Chloris virgata)群落、虎尾草(Chloris virgata)群落、碱蓬(Suaeda glauca)群落等演替阶段。 本文试图建立一个过程模型，来模拟草地的生态学过程机理以及人类过度放牧对草地生态系统的影响。本模型包括5个部分：1）主要气候因子的模拟，2)土壤水分动态的模拟，3）土壤盐碱化动态的模拟，4）草地群落生长的模拟，5)不同放牧强度对草地生态系统的影响评价。以下将对各个部分分别描述a 在气候因子模拟子模型中，给出了影响草地生态系统主要气候园子的种类，并重点介绍了如何利用解析法计算太阳辐射，包括平地和坡地的理论可照时间，天文辐射日总量以及总辐射量。利用改进后的Penman式，模拟了全国的潜在蒸散量，与900多个气象站点的水面蒸发观测资料进行了验证，模拟结果很好。 利用面向对象技术，将土壤水分动力学模型与水分平衡模型相结合，建立了土壤水分动态的物理过程模型。模型以ld为步长，可以模拟多种土壤质地的水分动态。利用松嫩平原4中典型土壤（碳酸盐草甸黑钙土、栗钙土、碱化盐土、草甸碱土）1997年土壤湿度观测资料对模型进行了验证，效果根理想。 在水盐平衡模型和动力学模型基础上建立了物理过程模型，来模拟土壤盐碱化动态。模型以ld为步长，适合于模拟异质性强的多层土壤水盐动态。模拟了1997年羊草及碱蓬群落下的土壤盐分、碱化度、pH值动态，并与实验资料进行了比较，模拟结果可以反映土壤盐分和碱化的季节变化规律。 模型将气候要素、土壤湿度、土壤盐分浓度、碱化度和pH值作为影响草地群落生长最重要的环境因子，在土壤水分动态和盐碱化动态模型基础上，建立了过程模型来模拟以羊草(A．chinense)、虎尾草(C.virgata)、星星草(Puccinellialenuiflora)和碱蓬(S. glauca)为建群种的4种植物群落的地上生物量、地下生物量以及枯死生物量变化动态。利用吉林省长岭的气候资料和实验资料，模拟了1991年土壤湿度动态，1991年4种群落土壤盐分、碱化度和pH值变化动态，以及1991年4种群落生长动态，并分另fj利用实验资料进行了验证，模拟效果非常理想。 在此基础上，利用模型对不同放牧强度对土壤水分动态、盐碱化动态的影响进行了评价，并探讨了对群落演替和生长的可能影响。模型选择不放牧、轻牧、重牧、过牧、极牧5种放牧强度，利用模型每15天将地上生物量分别去除0%. 25%、50%、75%和90%，并且相应改变了土壤导水特性来模拟不同的放牧强度。模拟结果表明，重牧、过牧、极牧下土壤湿度显著降低，但在轻牧下土壤温度略有上升。在不放牧时，土壤以脱盐、脱碱过程为主，而轻牧下脱盐、脱碱过程则会变缓：重牧、过牧、极牧下则以盐碱化为主。．不放牧时羊草群落一直占优势，而轻牧下则被羊草一虎尾草群落替代：虎尾草可以忍受轻的盐碱，因此在重牧F取代羊草群落成为优势种;在过牧和极牧下，土壤盐碱化非常迅速，最终只有碱蓬可以忍受强度的盐碱，这时草地变为碱蓬群落或光碱斑。不放牧下草地群落生长良好，生物量最大;轻牧下，草地群落生物量保持在中等水平;而重牧、过牧、极牧下草地生物量迅速减少。通过将每年收割的生物量进行累加，可以发现轻牧下收获的生物量总量是最大的，随着放牧强度的增加，收获的生物量迅速减少，如果同时考虑到适口性的问题，则可以发现轻牧下可 以收获最多的生物量，而过牧和极牧下只能收获极少的适口性非常差的碱蓬。 模拟结果表明，过牧是导致松嫩草地次生盐碱化最重要的原因，它不仅造成草地土壤的退化，而且加速了草地群落的次生演替。适宜的放牧强度对于保护草地免受退化，保持较高的草地生产力水平至关重要。而过牧不仅降低了草地的生产力，而且严重破坏了草地环境，引起草地的迅速退化。

放牧对内蒙古草原群落和土壤种子库的影响及两者关系的研究

选取内蒙古草原三种主要草原类型（草甸草原、典型草原和荒漠草原）代表性群落羊草杂类草群落、羊草群落和大针茅群落、小针茅群落，应用样线法沿水分梯度研究放牧对内蒙古草原不同植物群落功能群组成、多样性、生产力以及多样性与生产力关系的影响和放牧对土壤种子库组成、大小以及多样性的影响，在此基础上，研究土壤种子库与地上植被间的关系。主要结论如下： 1 放牧对植物群落的影响 荒漠草原的放牧演替规律为小针茅群落→猪毛菜 + 小针茅群落→猪毛菜群落;典型草原为羊草或大针茅群落→糙隐子草 + 大针茅群落或克氏针茅群落→星毛委陵菜 + 糙隐子草群落;草甸草原为羊草杂类草群落→羊草 + 贝加尔针茅群落，这是不同物种对牧压的不同适应结果造成的。 放牧使4种草原群落生活型功能群组分间发生强烈的生态替代作用，但不同的群落生态替代模式不同：放牧使小针茅群落多年生丛生禾草作用减弱，一二年生草本作用增强;羊草群落和大针茅群落多年生丛生禾草、多年生根茎禾草作用减弱，多年生杂类草作用增强;羊草杂类草群落多年生根茎禾草作用减弱，多年生丛生禾草作用增强。放牧使非旱生和C3植物作用减弱，而旱生、C4植物作用增强。 放牧对4种群落物种和功能群多样性的影响随不同的群落而表现不同：物种丰富度、物种多样性、生活型多样性 和水分生态类型多样性除羊草杂类草群落外随放牧强度的加大而降低，但适度放牧增加了羊草杂类草群落的上述多样性指标。 群落地上现存量一般随放牧强度的增大而下降，但小针茅群落反之，主要与一年生植物猪毛菜的生物量迅速增加有关。除羊草群落外，0~10 cm 地下生物量随放牧强度的变化不显著;除大针茅群落外，放牧显著降低0~30 cm 地下生物量。 放牧影响下内蒙古草原植物群落生物量随水分生态类型多样性的升高而升高，其回归方程为：Y = 809 + 774x （R2=0.84, P<0.001），其中Y代表群落地上现存量和地下生物量之和，x代表群落水分生态类型多样性。 2 放牧对土壤种子库的影响 小针茅群落、大针茅群落、羊草群落和羊草杂类草群落土壤种子库组成中均以多年生杂类草为主，分别占各自群落种子库总物种数的40%、52%、54%和67%。 生活型功能群种子库密度除羊草杂类草群落外，均以一二年生草本占优势。中度放牧升高了除小针茅群落外多年生禾草种子库密度;放牧增大了小针茅群落和羊草杂类草群落一二年生草本种子库密度;除羊草杂类草群落外，放牧对多年生杂类草种子库密度影响不大;总种子库组成中，灌木半灌木和小半灌木种子库密度不大，不随取样时间和牧压而变化。 中度放牧种子库总密度最大，小针茅群落在重度放牧最大，主要是由于猪毛菜种子库密度在重度放牧突增所致。总体上，内蒙古草原4种群落在不同取样时间不同牧压下种子库总密度波动在20.8~3819.2粒/m2。 土壤种子库物种丰富度最大值一般出现在10月份，除羊草杂类草群落外，不放牧群落较放牧群落为高，中度放牧使羊草杂类草群落土壤种子库物种丰富度增加。中度放牧增加了小针茅群落、大针茅群落7月份和羊草杂类草群落各取样时间土壤种子库物种多样性。 3 地上植被与土壤种子库的关系 土壤种子库的优势种在特定时间特定放牧强度下与地上现有植被优势种一致，但一致率仅为三次取样时间不同放牧强度下总体的23.3%。 地上植被与土壤种子库物种组成相似性指数受不同取样时间的影响，一般的10月取样最大。不同放牧强度对二者间的相似性亦有影响，中度放牧提高了小针茅群落、羊草杂类草群落各取样时间和大针茅群落、羊草群落4月份的相似性指数。隔年二次萌发法提高了二者间的相似性水平。总体上相似性指数变动在0.1~0.75之间。 地上植被现存量、总密度与各取样时间土壤种子库总密度之间不存在显著的相关性。 4 对于估计土壤种子库密度、物种组成和确定种子库与地上植被间的关系，隔年二次萌发法对于弥补直接萌发法本身所具有的不足不失为一种有益的尝试。

放牧与围栏羊草草原土壤呼吸作用研究

基于静态箱式法，在内蒙古典型羊草草原围栏与自由放牧样地对土壤呼吸作用及其影响因子进行连续两年野外对比观测。结果表明，围栏内外土壤呼吸作用的日、季动态差异不大，日动态呈单峰型曲线，高峰值一般出现在午间11：0014：00，最低值出现在凌晨1：003：00。从整个生长季节来看，土壤呼吸作用的最大值出现在6月中旬到7月底，随后逐渐降低。整个观测期间围栏与放牧样地土壤呼吸作用平均值分别是219.18 mg CO2•m-2•h-1和111.27 mg CO2•m-2•h-1，围栏样地土壤呼吸作用明显高于放牧样地，可能与土壤含水量改善和生物量增加有关。对影响土壤呼吸作用的因子分析表明，放牧使土壤含水量和相对湿度明显降低，而对气温、大气CO2浓度和光合有效辐射的影响并不大，且放牧使羊草净光合速率的影响明显增加，而对气孔导度和胞间CO2浓度影响不大。围栏样地土壤呼吸作用与各影响因子的相关性从大到小依次为土壤含水量、净光合速率、气温、相对湿度、大气CO2浓度、胞间CO2浓度、气孔导度和光合有效辐射，其中土壤含水量和气温是影响土壤呼吸作用的主要环境因子，净光合速率是主要的生物因子。尽管放牧改变了土壤呼吸速率，但土壤呼吸作用各影响因子的排列顺序基本上没有改变,只是发生了量的变化。选择目前常用的土壤呼吸作用水热因子模型，在放牧与围栏羊草草原分别进行了验证和评估。在低温低湿条件下，土壤呼吸作用主要受温度调控，然而，随着温度升高和水分增加，温度单因子模型不能模拟水分对土壤呼吸作用的激发作用。在干旱半干旱的典型草原区，土壤呼吸作用主要受土壤含水量影响，而如果把温度的调控作用考虑进去能进一步提高模型的预测能力。在围栏样地，水热双因子线性模型的相关系数高于其它模型，可以解释土壤呼吸作用82%以上的变化情况，而对于放牧样地来说，指数模型、指数-乘幂模型和指数-Arrhenius方程的相关系数(R2=0.87-0.88)高于线性模型(R2=0.73-0.79)。 在温室实验中，通过模拟典型草原优势植物种羊草不同密度对土壤呼吸作用的影响，采用根系生物量梯度外推法对羊草种群根呼吸作用与微生物呼吸作用进行了区分。结果表明，羊草根系呼吸速率在生长初期最大, 达到33.5 mg CO2•gDW-1•h-1, 随着植物生长逐渐降低而趋于稳定, 在1.1~2.0 mg CO2•gDW-1•h-1之间变动。整个生长季节根呼吸作用占土壤呼吸总量比例从9.7%逐渐上升到52.9%，平均值为36.8%。尽管随着生长根呼吸速率逐渐降低, 但根系生物量的增加却使根呼吸作用所占比例不断升高。

内蒙古退化草原对不同类型干扰的响应研究

本文结合野外调查、野外实验和模型模拟方法研究了内蒙古退化草原在继续放牧和啮齿类动物活动干扰下，植物多样性、种群空间格局、种间空间关联、小尺度鼠丘和小尺度空斑（Gap）上植被发展动态的生态响应。研究结果如下： （1）经过长期不同强度的放牧干扰后，无牧条件下植被盖度显著低于其它三个放牧（轻牧、中牧、重牧）条件下的植被盖度，而其它三个放牧条件之间的植被盖度差异不显著;无牧条件下羊草成为群落的优势种，轻牧和中牧条件下冷蒿依然是群落的优势种，这三种条件下寸草苔的种群盖度最大;重牧条件下优势种变为星毛委陵菜，并且其种群盖度最大;不同放牧退化阶段指示植物的种群盖度随放牧强度增大的变化趋势是：冷蒿为先增大后减小，而星毛委陵菜为先急剧增大，然后平缓增大，最后再急剧增大;植物多样性和均匀度指数在中牧条件下最大，在无牧条件下最小，说明中牧条件下群落的多样性最高，无牧条件下群落的多样性最小，而优势度指数的变化趋势和它们正相反。 （2）放牧对星毛委陵菜（或糙隐子草）种群空间格局有显著影响，即使在同一放牧强度下其种群在不同尺度上的空间格局存在显著差异。在小尺度上，植物种群主要呈现为集聚分布;同一放牧强度下随着尺度的增大，集聚分布趋向于随机和均匀分布;随着放牧强度的增大，物种的集聚分布消失的空间尺度缩短。 （3）不同放牧强度下，冷蒿和星毛委陵菜之间的空间关联存在显著的差异。在无牧和轻牧条件下，冷蒿和星毛委陵菜在小尺度（0-100cm）上主要呈负关联的空间关系，而在中牧和重牧条件下除了呈负关联的空间关系外，两个物种在空间上还是相互独立的。同时，放牧强度的增大缩小了负关联程度的峰值（最小值）。放牧强度越大，两物种之间的空间关系由负关联转变为相互独立的空间尺度越小（距离越短）。 （4）草原黄鼠鼠丘干扰显著降低了植物物种的丰富度（24种），同样，减少了不同功能组内的物种数，特别是多年生非禾本科草类减少的物种数最多;和周围的未受鼠丘干扰的植被比较，鼠丘上植物多样性减少了1.42，优势度减少了4.21，而均匀度增加了0.06;鼠丘上，多年生植物出现频率(0.37)大约是一年生植物出现频率(0.13)的四倍。具有高抗埋藏性的物种（寸草苔）和抗埋藏性的物种（冷蒿、冰草和糙隐子草）具有相对较高的出现频率。对于功能组来说，多年生非禾本科草类(PF, EF=0.51)具有最大的出现频率，接下来依次是多年生根茎禾草(PR, EF=0.46)、灌木和半灌木(SS, EF=0.32)、多年生丛生禾草(PB, EF=0.25)、一年生和两年生植物(AB, EF=0.13);鼠丘上，寸草苔的密度最大（244.43 个体/米2)。多年生非禾本科草类的密度(130.74个体/米2)远大于其他功能组的密度（PR，34.76个体/米2;PB，16.52个体/米2;AB，14.31个体/米2;SS，12.39个体/米2）;鼠丘上植被地上生物量(35.90克/米2)远远小于外围对照植被地上生物量(211.54克/米2)。冷蒿的地上生物量最大，其次是寸草苔。对于功能组，SS最大 (8.44克/米2) ，其次是PF (7.17克/米2)，这两个功能组的地上生物量远大于其他三个功能组的地上生物量（PR, PB和 AB分别是 3.23克/米2、1.40克/米2和2.49克/米2）。 （5）干扰产生空斑的拓殖受空斑大小和放牧历史的影响，植物拓殖空斑的方式随空斑形成后的时间而变化。空斑直径越大，其被拓殖的机会越大;具有高强度放牧历史群落中的空斑更易被植物拓殖;第一年对空斑的拓殖主要通过种子萌发;第二年，种子萌发方式（特别是一年生植物）拓殖空斑的比例有所降低，而通过地下根茎的克隆繁殖拓殖空斑的比例有所增加。

小叶锦鸡儿对不同放牧强度的生物学响应

植物在长期的进化过程中，已经对其生存环境具备了各种适应对策。放牧影响下草原植物的生态适应策略，决定了其是否能够忍耐或者适应放牧生境从而维持自身的生存和种群的延续。研究植食性动物对植物的影响有助于制定合理的放牧制度和草地利用方式，从而为防止草原退化和恢复退化草地提供重要的理论依据;同时研究植物对放牧的响应策略，对于草原生物多样性的保护和草原生物资源的合理利用具有重要的理论和实践意义。 　　本文以中科院内蒙古草原生态系统定位研究站放牧综合试验样地中的小叶锦鸡儿为主要研究对象。通过长期不同放牧强度的放牧试验和唾液涂抹等模拟试验，从形态学、有性生殖、种子萌发和遗传多样性等方面，探讨了小叶锦鸡儿对放牧家畜（绵羊）采食的生物学响应。本研究得到以下主要结论： 　　1. 通过小叶锦鸡儿形态和有性生殖的实验，可以看到放牧改变了该种植物的形态和生殖特性，不同放牧强度对其影响的程度是不相同的。在啃食压力下，小叶锦鸡儿的营养、生殖和防御之间存在消长关系。随着放牧强度的增加，小叶锦鸡儿对营养器官和有性生殖器官的投资均减少，而对防御器官的投资有增加的趋势，主要体现在：个体的小型化（植株高度、叶轴长度、小叶大小）和果荚数目及成熟种子数都随着放牧强度的增加而明显减少;物理性防御器官――刺，其密度和长度都明显的增加。同时，放牧也对植物花粉的品质产生了消极影响。 　　2. 放牧不仅影响了植物体本身的生物学特性，而且影响了子代的生物学特性。不同放牧强度下的植株产生的种子，其萌发速率明显不同。同时放牧强度和沙埋深度对小叶锦鸡儿的出苗率均具有显著影响，随着沙埋深度增加，出苗率明显降低，0～2cm是其适宜出苗的沙埋深度;浅层沙埋处理下，轻度放牧和重度放牧的出苗率差异显著。与轻度放牧相比，重牧条件下同一沙埋深度的种子出苗时间明显推迟;在相同放牧压力下，沙埋深度也影响了出苗时间。 　　3. 采食活动对植物本身的形态、生殖以及子代的萌发特性都产生了影响;通过AFLP实验证明了小叶锦鸡儿在长期的放牧历史活动中已经发生了遗传多样性的变化，重度放牧强度下的植株与轻度放牧条件下的植株具有相对较远的遗传距离，也就是说，小叶锦鸡儿种群的分化与放牧强度具有密切的关系。 　　4. 三种不同生活型植物（灌木-小叶锦鸡儿、半灌木-冷蒿和草本-羊草）对绵羊唾液涂抹的响应不同，刈割和涂抹绵羊唾液能够增加植物的净地上生物量，并促进植株增加地上部分的光合产物投资。同时表明，简单的机械剪除不能够真正反应放牧家畜采食所产生的生物学效应。 　

开垦和放牧对内蒙古草原土壤碳库和温室气体通量的影响

本文采用野外观测和室内测定相结合的方法，研究了内蒙古草原两种主要的土地利用方式（开垦和放牧）对土壤碳库和温室气体通量的影响，结果如下： 1．内蒙古草甸草原开垦后30年后，与天然草原相比，在休闲年份0～20 cm土壤有机碳和土壤微生物量碳含量均没有显著下降，但开垦导致土壤易分解碳下降了24%。土壤易氧化碳受季节性水热因子的驱动，表现出明显的季节变化动态。因此，土壤易分解碳的较土壤碳库的其他组分对开垦更敏感，是表征土壤管理措施引起有机质变化的一个重要指标。 草原开垦后，土壤-植物系统氧化大气甲烷的能力明显提高，农田和天然草原CH4平均吸收通量分别是48.9 和 29.0 μg C m-2 h-1，开垦后增加了1.7倍。开垦没有改变CH4吸收通量 “夏季高秋季低” 的季节变化规律（由降水决定）;开垦使N2O的平均释放通量增加了47%，农田和天然草原N2O平均吸收通量分别是56.6 和 38.6 ugN m-2 h-1;开垦同时也增大了通量的变异幅度;但没有改变N2O季节变化规律，只是出现高峰的时间较天然草原推后约10天左右。 2．开垦后的农田土壤在模拟添加厩肥后，刺激了土壤微生物的呼吸代谢，使CO2的释放量增加了5-7倍。试验期间总体排放的CO2中，约60%来源于羊粪，40% 来源于土壤。两种土壤即羊草顶级草原土壤（高碳高氮）和冷蒿－小禾草退化草原土壤（低碳低氮），在CO2的释放总量和释放比例上都没有显著性差异。添加厩肥均造成两种土壤碳库的净碳损失，并且退化草原土壤（7.0%）的土壤净碳损失要大于羊草草原（2.6%）。说明与开垦后的高C土壤相比，在已经退化草原的低C土壤上施厩肥将趋向于土壤更大的净碳损失。 3．自由放牧22年后，羊草草原0～10 cm土壤有机碳、微生物量碳和易分解碳分别下降了14.1%、27.9%和22.0%;大针茅草原0～5 cm土壤有机碳和微生物量碳分别下降了27.6%和38.2%。两类草原土壤碳组分的季节变化受水热因子的驱动，大针茅草原季节波动出现高峰的时间较羊草草原迟。土壤微生物量碳在表征羊草草原和大针茅草原土壤碳素的动态变化时，要敏感于土壤总有机碳。放牧对冷蒿-小禾草草原土壤各碳素组分影响不明显。在表征放牧对冷蒿-小禾草草原土壤的影响指示上，MB-C/ Org-C和Lab-C/ Org-C要比MB-C和Lab-C更加敏感。这说明在研究放牧对草原土壤碳库影响时，不同的草原类型应使用不同的指标来表征其变化。 内蒙古羊草草原是大气CH4的汇，自由放牧增加土壤对CH4的吸收。CH4平均吸收通量增加了27%，但CH4吸收的季节变化形式没有改变;放牧使。自由放牧还增大了N2O的排放通量，将原来N2O源、汇的双重功能改变为单一的源功能;放牧使N2O平均释放通量增加了1倍;放牧显著增加了羊草草原向大气排放CO2的量（p<0.05），并且年度排放量范围也有所增大。 4．草原羊尿斑土壤的pH和NH4+浓度在施后显著升高，但土壤微生物C和N没有明显变化，尿斑N素会发生大量的流失。粪斑和厩肥斑中各有46%和27%的N素分解后转移到植物中。羊草种群斑块上粪尿斑引起CO2和N2O通量的变化，要大于星毛委陵菜种群斑块。与植被类型的影响相比，羊粪尿斑尤其是尿斑对温室气体通量的影响更大。尿斑既降低了土壤对CH4的吸收，又增加了CO2和N2O的释放，使粪尿斑上相当于CO2的净排放量比对照土壤增加了15%。 在内蒙古草原中等放牧条件下，家畜粪尿斑在放牧草地上的覆盖面积约只有2%，与未被家畜排泄物覆盖的草原土壤 相比，粪尿斑对内蒙古草原温室气体总体收支产生的影响可以忽略不计。因此内蒙古草原地区温室气体减排措施的重点，应放在家畜的食性食量对温室气体的影响以及厩肥的科学利用上。但随放牧强度的加大，家畜排泄物覆盖草地的面积将大大增加，加之放牧生态系统中家畜瘤胃代谢产生的的大量温室气体，其对草原温室气体的核算将会产生的影响也是不容忽视的。

针茅属植物锥形繁殖体打钻及其适应意义的研究羊草草原群落植物水分来源对放牧干扰的响应

锥形繁殖体是具有吸湿芒和锐利尖端的一种繁殖体类型。芒的吸湿运动促使锥形繁殖体穿透土壤，而存在于繁殖体上的短硬刚毛阻止它在芒再次打开螺旋时从土壤中退出。通过这个过程，种子被埋藏到一定深度，称之为种子（繁殖体）的打钻作用，这是锥形繁殖体最主要的功能。锥形繁殖体的结构和功能代表了繁殖体在生活史各个阶段的适应，可能是植物在群落内占优势的原因之一。针茅属植物是具有锥形繁殖体的植物中较大的一类，常常被看作是识别地带性植被的优势种。小针茅分布于荒漠草原，克氏针茅和大针茅分别分布于典型草原较干和较湿的区域。沿着环境梯度的变化这些植物呈现明显的生态替代。因此，我们以小针茅、克氏针茅和大针茅为研究对象，从种子打钻、种子埋藏、种子生理特征出发研究针茅属植物的繁殖体特征对地带性分布的适应。结果表明： 小针茅的实生苗主要由当年种子产生，克氏针茅和大针茅在当年的冷秋季节和第二年的春季均能够产生实生苗。根据土壤种子库分类，三种针茅均具有瞬时种子库，所不同的是小针茅具有I型种子库的特征，克氏针茅和大针茅具有II型种子库的特征。针茅属植物通过芒的吸湿运动将繁殖体埋入土壤，这个过程可以造成种子损伤，但大部分只是引起基盘的脱落，而这不影响萌发，受到严重损伤的种子仅占种子库很小的一部分。 繁殖体吸湿芒的损伤程度和繁殖体的入土角度都影响繁殖体的埋藏。当芒被过度损伤以致不能提供杠杆作用时繁殖体不能埋藏。而繁殖体入土角度和埋藏深度之间存在显著的负相关关系。繁殖体的埋藏能力并不总是与土壤条件有关，大针茅和克氏针茅的繁殖体埋藏与土壤类型有关，而小针茅的埋藏主要与环境的湿度条件有关。 种子埋藏深度通过减少实生苗出现率和推迟实生苗的出现时间来影响实生苗的出现。埋藏深度与实生苗的出现率呈显著负相关，与实生苗出现时间呈显著的正相关关系。棕钙土内种子埋藏深度对实生苗出现的影响比在栗钙土内的影响更明显。不同针茅物种具有不同的最适埋藏深度范围，小针茅的最适埋藏深度更浅而范围也更窄，这与它出现的环境有关。因此，繁殖体的形态和生理特征都体现了不同针茅繁殖体对环境条件的进化适应，可以从有性更新的角度解释针茅属植物的地带性分布和生态替代的原因。 放牧是羊草草原的主要利用方式。放牧引起的植被变化影响水分的可用性，而反过来植物所获取的水分来源也可以影响物种的分布。通过测定内蒙古羊草草原群落放牧和不放牧区内主要植物种和土壤的氢同位素值来研究植物 的水分来源，确定放牧对植物使用水分来源的影响，调查放牧前后植物的水分来源变化和相对生物量变化的关系。 我们发现120 cm深的土壤剖面在统计学上可以分为三层：0-20 cm, 20-50 cm和50-120 cm。低于50 cm土壤层的氢同 位素信号类似于地下水，这部分水分很少受到降雨的影响也不被任何植物所利用。群落内，灌木小叶锦鸡儿主要使 用来自20-50 cm土壤层的水分，除此之外大多数物种则主要使用来自水分含量频繁波动的地下20 cm土壤层内的水分。放牧使群落倾向于利用更浅层的土壤水，对植物的水分来源的影响则直接反映到它们的生物量变化上。此外，植 物水分来源对放牧的响应和生物量对放牧的响应存在显著的相关关系，水分来源受到放牧影响越大的植物对放牧的响应越敏感。因此，我们有可能能够通过植物对水分来源的利用来估计物种在放牧演替中的丰富度分布。

内蒙古典型草原地上净初级生产力估测及模型模拟的研究

地上净初级生产力（ANPP）是陆地生态系统碳循环的重要组成部分，但由于估测ANPP的方法不同使得对ANPP的估测值存在很大的不确定性。本文采用3种方法（群落中所有种群当年最大地上生物量之和（ANPPC1）、当年群落最大地上生物量（ANPPC2）以及每年固定日期（8月30日）的地上生物量（ANPPC3））在种群、功能群和群落水平上分别对连续19年（1980～1998）的内蒙古羊草和大针茅草原生态系统功能（如ANPP、植物多样性和水分利用效率（WUE））的动态变化进行了比较分析，同时探讨了不同估测方法下气候和放牧对ANPP的影响，在此基础上利用DNDC模型进行了ANPP的模拟和敏感性分析研究，主要结果包括： 在羊草和大针茅草原群落中，不同主要植物种群或功能群多年平均地上最大生物量出现的时间不同，而同一植物种群或功能群的年地上最大生物量出现的时间存在年际间的变化。采用当年最大地上生物量和8月30日固定日期的地上生物量作为群落ANPP的这两种方法高估了建群种或禾草功能群在群落中的作用。 羊草草原群落多年平均ANPPC1、ANPPC2和 ANPPC3分别是257.5、190.1和166.0 g.m-2;相应的大针茅草原多年平均ANPPC1、ANPPC2和 ANPPC3分别是180.4、132.8和122.5 g.m-2。就群落生产力而言，后两种常用的方法二和方法三分别低估了草原群落ANPP 14.2%～40.0%和15.5～59.0%。本文研究表明尽管ANPPC1与ANPPC2和ANPPC3之间存在显著的差异，但二者之间存在极显著的相关性:羊草草原的ANPPC1= 59.587+1.061×ANPPC2（r2＝0.865, p＜0.001），ANPPC1= 92.329+1.017×ANPPC3（r2＝0.569, p＜0.001）;大针茅草原的ANPPC1= 32.918+1.114×ANPPC2（r2＝0.814, p＜0.001），ANPPC1= 76.120+0.875×ANPPC3（r2＝0.499, p＝0.001）。 种群、功能群和群落地上净初级生产力与气候因子间的关系因不同的估测方法而异。羊草草原的建群种羊草种群仅ANPPS3与8月和11月份的平均温度间存在显著相关性，而大针茅草原群落的建群种大针茅种群的ANPPS1和ANPPS2与3月份平均最高气温间呈负相关关系。在羊草草原群落，杂类草功能群ANPPF1和ANPPF2与3月份气温呈负相关关系;而灌木半灌木功能群ANPPF1和ANPPF2与3月份降水呈负相关关系。在大针茅草原群落，禾草功能群ANPPF1与5月份最高平均气温呈显著负相关关系。羊草草原群落ANPPC1和ANPPC3分别与11月份最低温度和平均温度存在显著负相关关系;大针茅草原群落ANPPC1与2和6月份月降水量间相关性显著，ANPP2与5月和11月份月平均最低温度呈显著负相关关系，而4～9月份，1和4月份平均最低温度对群落ANPPC3起决定作用。 在羊草和大针茅草原群落，由方法一得到的群落水分利用效率、Shannon植物多样性指数和均匀度指数与方法二或方法三得到的相应的指数间存在显著的差异，方法二和方法三得到的值间差异不显著。群落地上净初级生产力与相应估测方法的植物Shannon多样性指数和均匀度指数之间相关性不显著。 放牧条件下羊草或大针茅草原群落中的建群种羊草和大针茅在群落中的相对地上生物量较围栏内的相应植物种群的降低，而糙隐子草种群在群落中的比例上升。不同的放牧管理条件下，群落中植物种群地上现存量的季节动态发生变化。群落的植物组成及植物种群地上生物量在群落中总生物量的比例发生了明显的变化。利用遥感来估测地上净初级生产力时，分别低估了羊草和大针茅草原ANPP 52％和27％。 DNDC模型可以很好地模拟内蒙古典型草原生态系统的地上生物量，通过敏感性分析表明降水是草原植物生长的主要限制因子，在降水量增加或降低至日降水的30%时，模拟的地上生物量显著地高于或低于实测地上生物量值。在多年平均降水量为347mm的情况下，随着土壤粘粒含量的增加，地上生物量逐渐降低，与北美草原一致。

内蒙古草原中生物土壤结皮生态学研究

1. 生物土壤结皮是干旱半干旱生态系统中的重要组成部分，它可通过增加土壤肥力和稳定性、影响水分再分配和植物萌发、成活、生长和繁殖而对生态系统结构和功能产生重要影响。为阐明生物结皮在内蒙古草地中的作用，本报告对两个草地生态系统进行了为期三年的调查，对生物结皮的氮素输入、对放牧的响应及其与植物的关系进行了综合研究。 2. 利用乙炔还原法，本研究对内蒙古退化草地中的生物土壤结皮中的蓝藻、地衣和地耳的氮素输入进行了为期30个月的连续测定。研究发现：1) 生物结皮固氮活性主要集中于5-10月，呈单峰型曲线，表明生物土壤结皮的固氮作用主要受温度和降雨影响;2) 生物结皮年固氮量为12.99-129.9 kg N•ha-1，98%的氮素固定于6-9月份;3) 按固氮量排序，蓝藻 (61%) > 地衣 (33%) > 地耳 (6%)，表明物种组成和丰度对生物结皮的氮素输入具重要影响。生物结皮的固氮量和季节变化表明生物结皮可以是影响退化草地中植物生长和促进退化草地恢复的重要影响因子。 3. 本研究选择三个放牧处理（长期放牧、短期围封和近期放牧）对生物结皮固氮活性进行了为期3年的研究。结果表明，与短期围封相比，长期放牧造成生物土壤结皮固氮活性下降了99.5%。固氮活性在放牧时间不足11个月时即可下降至最低水平，因此，放牧持续时间短于4个月的轮牧可能有利于生物土壤结皮的固氮。 4. 本研究选择6个放牧梯度（对照：0.00 羊/公顷, 极轻度放牧：1.33羊/公顷，轻度放牧：2.67羊/公顷，中度放牧：4.00羊/公顷，重度放牧：5.33羊/公顷，极重度放牧：6.67羊/公顷)，研究放牧强度对于生物结皮丰度、物种组成和固氮输入的影响。不同放牧强度对生物结皮丰度、物种组成和固氮输入具有重要影响，表明长期放牧可抑制生物土壤结皮在氮素输入和土壤固定方面的作用。极轻度放牧对生物土壤结皮影响不大;轻度放牧造成氮素输入降低了50%;重度和极重度放牧造成氮素输入降低了90%，并可使移动性较强的物种成为生物土壤结皮的优势组分，从而可抑制其土壤固定作用。因此，极轻度和轻度放牧是有利于生物土壤结皮固氮和固定土壤的草地利用方式。 5. 在处于恢复早期的一个退化草地中，我们对生物结皮和植物之间的关系进行了为期2年的研究。结果表明，生物结皮的丰度和物种组成与植物地上生物量和盖度高度相关。生物结皮丰度和氮素输入随植物生物量和盖度下降。结果还表明生物结皮是退化草地的主要氮素输入来源，尤其是在草地恢复初期。植物组织δ15N 低于土壤，这种差异随植物生产力增高而减小，表明生物结皮所固定氮素首先被植物利用，而后返回土壤。生物结皮的固氮输入变化可能是这种变化模式的主要原因，在分解作用和氮素损失中的同位素分馏，以及菌根真菌对于氮素的转运可能也是这种变化模式的原因。结果还显示生物土壤结皮与植物之间可能存在负反馈关系。这种自我调节的反馈过程可能是影响退化草地生态系统生产力和氮素循环的重要调节机制。

土地利用历史及管理对内蒙古典型草原群落结构的影响

在内蒙古典型草原农牧交错区多伦县境内，进行了土地利用历史和管理对群落结构演变影响的研究。探讨了模拟降雨和添加N、P对草地群落结构的单因子效应和互作效应。土地利用历史选择了围封禁牧和弃耕两种。弃耕地的弃耕历史为4年，围封禁牧分别为围封1年和围封4年。研究在2005年进行了一年，主要研究结果如下： 1. 在内蒙古典型草原地区，土地利用历史对物种丰富度、植被盖度的影响不大，但对物种分布均度、植被高度影响显著。弃耕地的物种分布均质性较差，但植被高度高于围封草地。弃耕地的物种多样性指数、枯落物覆盖度低于围封草地，围封草地中围封4年的又低于围封1年。 2. 增雨对内蒙古典型草原群落的物种丰富度无显著影响，但利于植被盖度和植被高度的增加。增雨也使得群落的枯落物覆盖度和空地覆盖比例下降。在获得水分的条件下豆科植物的扩张速度快于禾本科植物，表现出了群落结构分异的趋势。 3. 添加N素和P素没有引起群落物种丰富度的明显变化，但添加N素利于物种数目增加。添加N素还使得草地植被盖度增加、枯落物覆盖度和空地覆盖比例下降，但添加P素没有产生类似的效果。添加5g/m2 以上的N就会引起内蒙古典型草原枯落物覆盖度的显著降低。添加N素后，禾本科植物盖度增加，但豆科植物响应不强烈;添加P素后，豆科植物盖度增势明显。因此，豆科植物对P素反应敏感，而对N素渴求不强烈。 4. 水、N、P交互对物种丰富度和植被高度影响都不大，但都有促使植被盖度增加、枯落物覆盖度和空地覆盖比例下降的趋势。水、N、P交互还使得禾本科盖度增加，但除水、P交互外，各交互组合对豆科植物盖度的影响都不大明显。 综上所述，土地利用方式和管理是内蒙古典型草原群落结构演变的重要驱动力。在当今人类活动日益加剧的形势下，天然植被受人为的干扰越来越大。如何保护内蒙古典型草原的植被，是许多研究者共同肩负的重任。

基于生态系统服务理论的草地可持续利用评价

草地退化不仅仅是今天中国才发生的事情。历史上曾经发生“黑尘暴”的美国North Dakota州，现在仍然有62.7％土地被用作耕作，林地所占面积仅仅占1％。私有制和种植业较畜牧业的高的利润率，是该州种植业比重高于畜牧业的重要原因。草原保护项目（CRP）得到了美国政府财政的大力支持， 在North Dakota州采用了以草地恢复为主的措施。美国发达的教育体系带来的高流动率，使得North Dakota州自30年代后居住人口稳定在60－70万成为可能，从而避免了我国出现的草原地区不断增加的人口压力。由此可见：草地作为重要的自然资源，不可能完全保护起来;没有其他配套措施，私有制可能会带来新一轮垦殖;草地畜牧业仍然是畜牧业的重要组成部分，畜牧业发展需要结合种植业尤其需要与饲料生产相结合。 依据生态系统服务的理念，首次发展了生态系统服务指数（ESI），试图通过对生态系统服务功能的综合考虑，提出科学的适宜放牧率的评价方法。本文利用美国北达科他州立大学中部草原研究站17年长期放牧试验数据，选取植物多样性Shannon-Wiener指数、地上净初级生产力、土壤表层含水量和单位面积家畜增重等四个指标，通过对不同指标分别赋予不同的权重，计算不同管理目标下ESI及其稳定性，并对单目标管理与多目标管理进行了比较研究。结果表明，对于北美混合普列里(Prairie)草地，围封不利用或建立自然保护区，虽然生态系统比较稳定，但既不能有效的提高植物多样性、初级生产力和土壤水分含量等生态功能，又没有畜产品产出;而在重牧或极重牧处理下虽然获得了较大的畜产品生产，但导致了草地生态系统的退化和较大的系统不稳定性。因此，这两种管理方式在实践中都是不可取的。应用生态系统服务指数综合考虑，认为应该权衡各项生态功能和生产功能，此时轻牧或中牧是最适宜的。因此，ESI的建立避免了单项指标的评价偏差，使得适宜放牧率的确定更加合理。 利用前面构建的多目标权重评价体系，结合内蒙古草原生态系统定位站放牧试验样地的数据，探讨了锡林郭勒盟定位站附近的适宜放牧率为2.67羊/ha，低于单目标条件下的每公顷绵羊4羊/ha。同时在经济学和生态系统系统服务理论的基础上，依据谢高地等人（2001年）的研究，并提出了环境税和生态补偿的标准，分别是每公顷15元和90元。