内蒙古草原凋落物分解对生物多样性变化的响应

生物多样性与生态系统功能紧密相关，而凋落物分解是生态系统主要功能之一，同时凋落物的分解反过来又影响了物种的组成和多样性。本研究在内蒙古草原应用分解网袋法，通过功能群去除产生不同的多样性梯度。研究了草原生态系统的生物多样性变化对凋落物分解过程的影响。实验分为相互补充的三个部分，（一）、分解微环境实验研究了功能群多样性变化引起的分解微环境变化对凋落物分解的影响；（二）、凋落物组成实验研究四个功能群的优势物种羊草（Leymus chinensis）、大针茅（Stipa grandis）、细叶葱（Allium tenuissimum）、刺穗藜（Chenopodium aristatum）的15种不同组合方式的单种或混合凋落物在相同的分解微环境下物种间的相互作用对凋落物分解的影响；（三）、综合分解微环境和凋落物组成两种影响凋落物分解的因素，从15种多样性组合的去除样方中收集的单种或混合凋落物放回原样方分解。研究结果表明，功能群多样性，相应地物种多样性高的样方中，其微环境有利于凋落物的分解，两个生物特性差异较大的物种木地肤（Kochia prostrata）和二裂委陵菜（Potentilla bifurca）在功能群多样性高的样方中与多样性低的样方相比均表现出高的分解速率；混合凋落物的分解具有非加和性效应。混合凋落物的分解速率与其初始碳含量呈负相关关系，与其初始氮、磷含量呈正相关；当混合凋落物在功能群多样性不同的环境中分解时，重量降解速率与环境中的功能群多样性没有显著的相关关系，氮流失与功能多样性成正相关。我们的研究表明，群落中凋落物组成和凋落物多样性相比，前者是影响凋落物分解的决定性因素；与地上存活植株的生物学过程相比，凋落物分解受生物多样性的影响较小；在生物多样性更高的区域，可以显著地增加氮的循环过程，有利于提高群落生产力。

环境变化对内蒙古草原小叶锦鸡儿和羊草土壤氮素转化的影响

氮素是影响内蒙古温带典型草原植物生长和初级生产力的主要因素之一，土壤氮素的可利用性及其对全球环境变化的响应对于预测生态系统碳氮平衡显得尤为重要。空气中的游离氮和土壤中的有机氮必须通过固氮作用和矿化作用，转化为无机氮才能被绝大多数高等植物直接利用，氮素转化决定土壤氮素有效性。因此，研究环境变化对草原灌丛豆科固氮植物小叶锦鸡儿和草原优势植物种羊草土壤氮素转化重要生物过程的影响，对于进一步了解草原氮库变化及其对环境变化的可能响应有重要意义。 在中国科学院内蒙古草原生态系统定位站，利用开顶式生长室（Open-top chamber，OTC）控制实验模拟环境变化，经过三年的实验处理，研究氮素、水分和CO2浓度变化对小叶锦鸡儿根瘤生长和共生固氮、小叶锦鸡儿和羊草土壤净氮矿化速率的影响。观察小叶锦鸡儿根瘤形态和数量、测定根瘤长度和生物量以及固氮酶活性、测定土壤净氮矿化速率和土壤酶活性，探讨小叶锦鸡儿和羊草土壤氮素转化对环境变化响应机理。 结果表明，三年生桶培小叶锦鸡儿根瘤多着生于侧根，以浅黄色的小型球状根瘤为主，其次是棕褐色的棒状和纺锤状根瘤，较大型的褐色Y状根瘤相对较少。添加氮素极显著地抑制根瘤生长发育及其固氮酶活性，这种抑制效应随着水分增加和CO2浓度升高有所减缓。随着水分的增加，根瘤形态多样，根瘤着生部位由主根渐向侧根再向须根发展，根瘤数量和重量也显著增加。水分和CO2浓度升高，固氮酶活性增加但是未达到显著水平。小叶锦鸡儿根瘤生长及其固氮酶活性在加水条件下最好，水分可能是限制内蒙古半干旱草原小叶锦鸡儿固氮能力的关键因素。 环境变化影响小叶锦鸡儿土壤无机氮库。添加氮素处理，土壤无机氮库显著增加。添加氮素后，土壤脲酶活性显著降低，铵态氮和无机氮都出现明显的氮固持，但硝化速率增加，可能是由于添加氮素后土壤化学性质改变更利于硝化细菌进行硝化活动。随着水分和CO2浓度的升高，由于植物生长需求更多氮素的供应，土壤无机氮库显著降低。水分和CO2浓度处理对小叶锦鸡儿土壤脲酶活性和净氮矿化速率没有显著影响，但是能一定程度上减缓了氮素的负效应，促使无机氮的转化，使土壤微生物对铵态氮和无机氮的固持减少。但是蛋白酶活性和硝酸还原酶活性对三种环境因子响应均不敏感，脲酶对环境因子的变化最为敏感。小叶锦鸡儿土壤氮素转化与土壤理化性质密切相关，环境因子通过影响土壤脲酶活性以及土壤酸碱度等影响土壤矿化速率，进而影响土壤无机氮浓度和植物可利用氮。 羊草土壤无机氮库与小叶锦鸡儿土壤无机氮库对环境变化的响应较为一致，添加氮素羊草土壤无机氮含量显著增加，水分增加土壤无机氮含量显著降低。添加氮素使硝化速率显著增大，氨化速率和净氮矿化速率降低，但是未达到显著水平，铵态氮和无机氮出现固持现象。水分的增加降低土壤无机氮库，刺激脲酶活性，微生物对铵态氮的矿化作用增加，但是硝态氮的矿化作用受抑制，对净氮矿化没有影响。CO2浓度升高对羊草土壤无机氮库和土壤氮素矿化都没有显著地影响，但是CO2浓度升高在适宜水分下通过刺激土壤微生物活性，促进脲酶活性和无机氮的转化。羊草土壤酶活性对氮素和CO2浓度的响应与小叶锦鸡儿土壤酶活性的响应一致。 综上，不同环境因子对氮素转化过程影响不同，氮素添加抑制小叶锦鸡儿根瘤及其固氮酶活性，降低小叶锦鸡儿和羊草土壤净氮矿化速率。水分和CO2浓度升高一定程度上缓解了氮素对固氮酶活性以及土壤净氮素矿化速率的抑制作用，有利于土壤氮素转化。

内蒙古典型草原群落和主要植物种对氮素添加和刈割干扰的响应

自然界中资源的异质性是普遍存在的，既有自然因素导致的，也有人类干扰导致的。在内蒙古草原，植物经常处在地上部异质性的干扰生境和地下异质性的养分生境中。植物的生物量生产反映了植物对不同生境的适应能力，而资源的分配策略是链接进化生态学和功能生态学的纽带。在变化的生境中植物可以通过改变资源分配的格局而适应环境的变化，获得较高的生物产量。但是，关于草原植物在生物量生产和资源分配上如何对异质性的生境做出响应迄今研究尚少。为此在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站的长期围封样地（1983年围封），设计了氮素添加和刈割处理的小区实验，使植物处于不同的养分和干扰生境中。我们选择羊草（Leymus chinensis ，根茎禾草，群落优势种）、大针茅（Stipa grandis ，丛生禾草，群落优势种）、糙隐子草（Cleistogenes squarrosa ， C4 植物，群落常见伴生种）、木地肤（Kochia prostrate ，藜科半灌木，群落常见伴生种）、猪毛菜（Salsola collina，藜科一年生植物，群落常见伴生种）为对象对这一问题进行了研究。同时，以1979 年围封的羊草样地为对照，选择了比邻的刈割草场，就草原植物对长期刈割干扰的响应策略进行了研究。结果显示： 1. 氮素添加使植物群落生物量显著提高，而且高氮生境下群落生物量增加的幅度最大。从季节动态看，植物群落生物量对氮素添加的响应存在滞后现象，在植物进入快速生长期后，氮素添加的效应日趋明显。 2. 不同植物种群对氮素添加的响应不同，按照植物种群生物量的变化可以分为三种类型：极其敏感型 、敏感型和不敏感型。极其敏感型代表植物是羊草，氮素添加后其种群生物量显著增加。敏感型代表植物是糙隐子草和猪毛菜，前者种群生物量在中氮生境下显著增加，后者种群生物量在低氮生境下显著增加。不敏感型代表植物是大针茅和木地肤，氮素添加后，二者的种群生物量均无显著变化。 3．从生物量向地上和地下器官的分配来看，添加氮素后，一年生植物猪毛菜向地上器官分配的生物量的比例均显著增加；多年生草本植物羊草、大针茅和糙隐子草向地上器官分配的比例均没有发生变化；多年生灌木木地肤在中氮生境下向地上器官的分配比例增加。从生殖分配来看，多年生的C3植物羊草和大针茅和一年生的C4植物猪毛菜的生殖分配格局相对稳定，均未因氮素的添加而发生显著改变。多年生C4植物糙隐子草和木地肤在低氮生境中生殖分配比例显著增加。 4. 不同时间刈割对草原群落生物量影响不同。在牧草快速生长期刈割，群落生物量显著降低，当季能恢复，但影响翌年群落水平的生物量生产；而在牧草生物量最大期刈割，当季难恢复，但对第二年的植物的生长影响较小。 5. 刈割对不同植物的影响存在显著差异：C4植物＜C3植物，一年生植物＜多年生植物，牧草快速生长期刈割＜牧草生物量最大期刈割。 6. 面对不同时间的刈割干扰，草原植物的响应不同。在生物量向地上器官和地下器官分配方面：C3植物大针茅、羊草面对刈割干扰生物量分配分配格局相对稳定，变异较小；而C4植物的资源分配对刈割干扰响应敏感，因不同刈割时间其生物量分配格局不同。在生物量生殖分配方面：多年生植物（如羊草、大针茅、糙隐子草、木地肤）资源分配格局相对稳定，面对刈割干扰其生物量生殖分配格局无显著变化，而一年生植物猪毛菜对刈割干扰敏感，因刈割时间不同其生殖分配格局将随之发生变化。 7.长期刈割干扰下大针茅的种群生物量维持不变；而糙隐子草的种群生物量表现为显著增长的趋势。由于大针茅的株丛生物量显著降低，糙隐子草无显著变化，长期刈割干扰下两种植物种群生物量的维持或增加都是因为密度的显著提高。因此，密度调节是两种植物实现种群调节的重要机制。 8. 长期刈割干扰下大针茅的丛面积和单株分蘖数均无显著变化，表明大针茅非生殖株丛密度的增加不是以降低单个非生殖株丛的大小为代价的，而是通过减少生殖株丛的密度来实现的。而糙隐子草丛面积降低，但是单株分蘖数无显著变化，说明糙隐子草密度增加的过程中，单个株丛占据的营养面积减少了，但株丛的生长状况没有受到显著影响。 9．面对长期刈割干扰，两种植物对无性繁殖和有性繁殖过程采取了截然相反的调整策略。大针茅显著提高了非生殖株丛的密度和相对密度，显著降低了生殖株丛的相对密度，而且降低了对有性生殖过程的生物量分配的比例。糙隐子草显著增加了生殖株丛的密度和相对密度，而且增加了对有性生殖过程的生物量分配的比例。面对刈割干扰两个植物种在繁殖策略上的逆向调节，可能是它们在刈割干扰梯度上能够相互取代的重要原因。

大尺度环境梯度上羊草种群适应性研究

　　由于全球气候变化，干旱化问题已经成为制约植物生存、影响农作物产量的主要环境因子，因此有关植物在大尺度环境梯度上对环境因子变化的适应性研究已经成为生态学研究的热点。目前环境变化对植被生产力的影响已经有了广泛研究，但是关于植物在形态解剖和渗透调节等生理特征上对大尺环境梯度变化的适应机制研究报道却很少。本研究以北纬43°16′-44°36′；东经125°17′-115°43′范围内的羊草草地为研究对象，探讨羊草主要形态解剖特征、生理渗透调节特征等的变化规律及其与环境因子的关系，以期揭示大尺度环境梯度上羊草种群对环境变化的响应规律和适应策略。本研究的主要结果如下： 在大尺度环境梯度下，羊草种群的气孔密度和气孔指数表现出非常相似的变化趋势，均为由东向西呈先降后升的变化趋势，且与降水等因子的相关关系为V型二次曲线。这是因为气孔的蒸腾作用是植物散失水分的主要途径，同时蒸腾作用产生的蒸腾拉力是植物根部吸收水分的主要动力，因此这种V型曲线正是它在野外对如何调节体内失水和吸水的一种权衡的结果。由于羊草叶片的营养生长和器官建成主要在7月份，这也导致了该月的平均降水对气孔密度和气孔指数有很重要的影响作用。 在该梯度下，羊草叶片厚度和LMA（Leaf mass per unit area, 单位面积叶重）等形态性状指标、叶片解剖学特征等表现出有规律的变化趋势。具体表现为从东向西随着气候由湿润到干旱的变化，叶片厚度、LMA呈增加趋势；同样维管束、木质部及导管直径和叶片厚度等变化趋势相似，从东向西逐渐增加,它们均与七月份温度显著相关。这说明外界环境变化对羊草的形态性状和解剖特征等产生了显著的影响，而且羊草也会通过改变形态解剖特征等来适应大尺度环境梯度变化。 在本研究中，羊草叶片脯氨酸和可溶糖份含量等生理指标也随着环境梯度的变化呈现出明显的规律变化，主要表现为由东至西随降水量的减少而逐渐增加；叶片钠离子和钾离子含量虽然有一定变化，但是它们与气候因子变化并不一致，而分别与土壤里钠离子和钾离子含量呈显著的相关关系。这说明自东向西随着干旱程度的增加，脯氨酸和可溶糖份含量对羊草适应环境变化起着主要的渗透调节作用。 自然条件下，羊草主要有两种生态型，根据叶片颜色的差异分别为灰绿型(GG)和黄绿型(YG)。它们在分布上也表现出很大的差异，其中灰绿型羊草分布范围更广，且更耐盐碱。我们分别选取查干花和绍根两个样点镶嵌生长的两种生态型羊草，对它们的叶片形态解剖特征和渗透调节特征进行比较。结果显示无论是在查干花还是绍根地区，在同一生境条件下，黄绿型羊草叶片厚度、LMA、及维管束直径、木质部直径和导管直径等均比灰绿型高，而气孔密度和气孔指数比灰绿型低，在形态上表现出明显的旱生化特征。而灰绿型羊草叶片则有较高的脯氨酸含量、可溶糖份含量及钾离子含量，较低的钠离子含量，表现出较强的渗透调节能力、更强的选择性排钠离子和吸收钾离子的能力。为此我们推断在相同生境下两种生态型羊草在应对干旱和盐碱胁迫时在形态和生理上采取不同的适应策略，而且这两种策略是互相补充，这就解释了两种生态型羊草能够镶嵌生长的现象。

内蒙古温带草原群落结构和生态系统功能对火烧、氮素添加和地形的响应

我国北方温带草原是欧亚大陆草原生物群区的重要组成部分，对于区域和全球的碳循环和平衡起着重要的作用。频繁的自然或人为干扰能够改变草原生态系统的群落结构和生态系统功能，从而影响生态系统为人类提供的产品和服务。本研究选取位于内蒙古多伦县的半干旱温带草原，研究火烧、氮素添加和地形以及它们的综合作用对该地区植物生产力、植物多样性、盖度和土壤呼吸的影响；另外，我们比较研究了由于地形因素而存在于草原地区的林地群落与其邻近草地的碳氮库和循环；旨在探讨我国北方温带草原地区人为干扰对草原生态系统结构与功能的影响以及该地区林地和草地碳氮库和循环的差异机理，以期为模型模拟本地区的生态系统碳循环提供理论依据和数据支持，具体研究结果如下： 1. 2006–2008 年，通过研究植物多样性和盖度对地形、火烧和氮素添加及其交互作用的响应，结果表明：半干旱草原植物物种数、香农威纳指数、均一性指数和盖度均表现出显著的年际变化。坡下的物种数、香农威纳指数和均一性指数均低于坡上。坡下较高的羊草(Leymus chinensis)、冰草(Artemisia frigida)、唐松草(Thalictrum petaloideum)和冷蒿(Agropyron cristatum)的盖度导致坡下的群落总盖度、禾本科草和非禾本科草盖度分别比坡上高22.5%、9.6%和13.2%。春季火烧提高了物种数、香农威纳指数和均一性指数。火烧对群落总盖度影响较小是由于火烧后非禾本科草冷蒿盖度的降低抵消了禾本科草羊草、冰草和针茅(Stipa kryroii)盖度的增加。施氮肥后物种数、香农威纳指数和均一性指数均降低。禾本科草羊草、冰草和针茅以及非禾本科草唐松草盖度的增加导致施肥后群落总盖度、禾本科草和非禾本科草的盖度分别增加了23.6%、35.1%和21.2%。火烧对禾本科草和非禾本科草盖度的作用受地形和氮素添加的影响。地形、火烧和氮素添加对植物盖度的影响主要受土壤水分调控。 2. 2005–2008 年，通过研究净初级生产力(NPP)对火烧、氮素添加和地形及其交互作用的响应，结果表明：半干旱草原的NPP 具有显著的年际变化。火烧后地上净初级生产力(ANPP)、地下净初级生产力(BNPP)和BNPP/ANPP 分别增加了12.8%、22.2%和14.9%。ANPP 的提高是由于火烧后禾本科植物(主要是羊草、冰草和针茅)生物量的增加。与之相反，火烧降低了非禾本科草，特别是冷蒿的生物量。氮素添加提高了ANPP (54.8%) ，对BNPP 没有影响，导致施氮肥后BNPP/ANPP 显著降低(33.4%)。禾本科草羊草、冰草和针茅以及非禾本科草唐松草生物量的增加，是氮素添加提高ANPP 的主要原因。坡下的ANPP 和BNPP 分别比坡上高14.1%和8.2%，但地形对BNPP/ANPP 没有影响。坡下ANPP 的提高主要是由于坡下禾本科草羊草、冰草以及非禾本科草唐松草、冷蒿的生物量高于坡上。氮素添加和地形影响ANPP 和BNPP/ANPP 对火烧的响应。火烧、氮素添加和地形对NPP 和植物碳分配39%–75%的综合效应可由这三个因素的简单加和效应来解释。 3. 通过研究2005 和2006 年生长季内土壤呼吸对地形、火烧和氮素添加的响应，结果表明：坡下的季节平均土壤呼吸比坡上高6.0%。春季火烧在整个生长季内促进土壤呼吸，平均增幅达23.8%。另外，火烧对土壤呼吸的效应受到季节和地形的影响。施用氮肥增加了11.4% 的土壤呼吸。火烧和地形对土壤呼吸的影响主要受土壤水分和植物生长的调控；而施氮肥后土壤呼吸的增加，主要是由于氮素添加促进植物生长后根系活性和呼吸的提高。 4. 2006–2007 年，通过对林地群落及其邻近草原生态系统土壤温度、土壤水分、土壤机械组成、地上和地下生物量、凋落物现存量、土壤碳氮储量、土壤呼吸、氮矿化和土壤微生物生物量的比较研究，结果表明：林地的土壤温度比草地低5°C，而其土壤水分却比草地高3.1%(绝对差异)。尽管林地(11,928.1 g m–2)和草地(11,362.2 g m–2)的土壤碳储量差异不显著，由于林地较高的植物生产力导致其碳储量高于草地。与草地相比，林地具有较高的凋落物现存量及碳氮含量、土壤无机氮含量、矿化氮的累积量、微生物生物量碳、微生物生物量氮、土壤呼吸和微生物呼吸。草地和林地的氮矿化速率没有显著差异。由地形因素引起的水分差异对于调控林地和草地生态系统碳氮库和循环(土壤碳氮储量、BNPP、矿化氮的累积量)具有重要作用。林地与草地生态系统碳储量的差异影响了我国北方草原地区碳的评估。

根茎在羊草响应短期盐胁迫和干旱胁迫过程中的作用

羊草 (Leymus chinensis (Trin.) Tzvel.) 又称碱草，隶属禾本科，赖草属，因其营养价值高，富含蛋白质，适口性好，抗旱，耐盐碱，耐贫瘠，抗逆性强，适应广等优点，对我国发展草原畜牧业和退化草地、荒漠化治理方面具有举足轻重的作用。近年来，由于自然环境变劣，荒漠化加剧，以及过渡放牧等不利影响，已对我国草地构成了严重威胁，严重制约了我国人工草地建设和天然草地的改良和沙化治理的步伐。目前, 国内外关于羊草的报道大多集中在草原生态等宏观领域，在羊草根茎生理学方面的研究却十分匮乏。作为一种典型的根状茎型克隆植物，羊草根茎在无性繁殖和克隆基株间的克隆整合、形态可塑性和分工合作等方面具有重要的作用,但羊草根茎在羊草感应环境胁迫中的作用却研究甚少。为了探讨根茎在植物感应环境胁迫中的作用, 本文以羊草为实验材料，通过分别处理羊草根茎和根，研究和比较了短期NaCl、PEG胁迫根、根茎、根和根茎三种处理方式下羊草对盐胁迫和干旱胁迫的生理响应。主要研究结果如下： 1、200 mmol• L-1 NaCl处理羊草根、根茎、根和根茎24小时显著降低羊草叶片净光合速率和蒸腾速率，增加叶片渗透浓度与脯氨酸含量;其中同时处理根和根茎，叶片蒸腾速率和净光合速率的降低程度显著高于分别处理根和根茎。在分别处理根与根茎的情况下，叶片含水量、脯氨酸含量、净光合速率、蒸腾速率均无显著性差异。不论单独胁迫根、根茎还是同时胁迫根和根茎，羊草根、根茎和叶片内钠离子（Na+）含量增加，而钾离子（K+）含量和K+/Na+ 比降低。 这些结果表明：（1）羊草根茎在感应和响应盐胁迫的生理过程中与根系具有类似的功能;（2）羊草根茎在盐胁迫条件下参与Na+ 吸收和向地上部的转运;（3）鉴于根茎的生物量和表面积都明显的低于根系，在盐胁迫下羊草根茎吸收Na+ 的效率高于根系。 2、15％ 聚已二醇（PEG－6000）处理羊草根、根茎、根和根茎24 小时显著降低羊草叶片含水量、净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率，增加叶片脯氨酸含量。在分别胁迫根与根茎两种处理下，处理根茎对叶片的净光合速率影响程度更大，表明根茎对干旱胁迫反应更敏感。

安达市碱性草地土壤颗粒的分维特征

运用土壤颗粒质量分形模型计算松嫩平原低平地安达试区植被分布区和碱斑区样点土壤颗粒的分形维数,并建立分形维数与土壤颗粒不同粒级间的回归关系,以探讨土地碱化后土壤粒径分布的分形特征及其与土壤物理性状的关系。结果表明:安达试区土壤颗粒分形维数较高,平均分别仅有48.7×10-5cm/s(Pit A)和4.30×10-6cm/s(Pit B),反映了该区土壤细颗粒含量高、土壤大孔隙数量少、土壤饱和导水率低的特征;土壤颗粒分形维数与黏粒含量呈对数正相关关系,而与粉粒和砂粒含量相关性不显著,说明在安达试区,影响土壤颗粒分形维数的主要因素是黏粒含量;羊草地土壤颗粒分形维数在土壤垂直剖面上的变异较大,说明植被生长促进了土壤质地的变异;碱斑地土壤颗粒分形维数明显大于羊草地,细颗粒含量高,饱和导水率低,说明碱斑的形成恶化了土壤物理性质;土壤颗粒分形维数可以反映安达市土壤物理性质的好坏,能作为土壤退化和生态环境恶化的评价指标。研究结果可为安达市以及松嫩平原盐碱地生态环境的修复和治理提供科学依据。

黑龙江省安达市草地碱化后土壤物理性状变化

调查了安达市盐碱地生物资源环境研究中心试验区羊草Leymus chinensis地土壤物理性状,包括土壤硬度、含水量、饱和导水率、粒径分布、剖面特征和土壤温度等。阐明土地碱化对土壤物理性质的影响,为安达市以及松嫩平原生态环境的修复和土地资源的永续利用提供科学依据。同时,讨论了地下水化学成分和土壤冻融变化对碱化的可能影响,认为在没有植被覆盖的条件下,冻融变化会加剧土壤的碱化程度。

N2O fluxes from the native and grazed semi-arid steppes and their driving factors in Inner Mongolia, China

This paper presents results of 2 years (from January 2005 to December 2006) of measurement of N2O fluxes from the native and grazed Leymus chinensis (LC) steppes in Inner Mongolia, China using the static opaque chamber method. The measurement was at a frequency of twice per month in the growing season and once per month in the non-growing season. In addition, the possible effect of water-heat factors on N2O fluxes was statistically analyzed. The results indicated that there were distinct seasonal patterns in N2O fluxes with large fluxes in spring, summer, and autumn but negative fluxes in winter. The annual net emission of N2O ranging from 0.24 to 0.30 kg N2O-N ha(-1) and from 0.06 to 0.26 kg N2O-N ha(-1) from the native and grazed LC steppe, respectively. Grazing activities suppressed N2O production. In the growing season, soil moisture was the primary driving factor of N2O fluxes. The high seasonal variation of N2O fluxes was regulated by the distribution of effective rainfall, rather than precipitation intensity. Air temperature or soil temperature at 0, 5, and 10 cm depth was the most restricting factor of N2O fluxes in the non-growing season.

Seasonal and interannual variation in water vapor and energy exchange over a typical steppe in Inner Mongolia, China

In this study, we conducted eddy covariance (EC) measurements of water vapor exchange over a typical steppe in a semi-arid area of the Inner Mongolia Plateau, China. Measurement sites were located within a 25-year-old enclosure with a relatively low leaf area index (similar to 1. 5 m(2) m(-2)) and dominated by Leymus chinensis. Energy balance closure was (H + LE) = 17.09 + 0.69 x (Rn - G) (W/m(2); r(2) = 0.95, n = 6596). Precipitation during the two growing seasons of the study period was similar to the long-term average. The peak evapotranspiration in 2004 was 4 mm d(-1), and 3.5 mm d(-1) in 2003. The maximum latent heat flux was higher than the sensible heat flux, and the sensible heat flux dominated the energy budget at midday during the entire growing season in 2003; latent heat flux was the main consumption component for net radiation during the 2004 growing season. During periods of frozen soil in 2003 and 2004, the sensible heat flux was the primary consumption component for net radiation. The soil heat flux component was similar in 2003 and 2004. The decoupling coefficient (between 0.5 and 0.1) indicates that evapotranspiration was strongly controlled by saturation water vapor pressure deficit (VPD) in this grassland. The results of this research suggest that energy exchange and evapotranspiration were controlled by the phenology of the vegetation and soil water content. In addition, the amount and frequency of rainfall significantly affect energy exchange and evapotranspiration upon the Inner Mongolia plateau. (c) 2007 Published by Elsevier B.V.

Effects of forage composition and growing season on methane emission from sheep in the Inner Mongolia steppe of China

Understanding the effects of dietary composition on methane (CH4) production of sheep can help us to understand grassland degradation resulting in an increase of CH4 emission from ruminant livestock and its resulting significance affecting CH4 source/sink in the grazing ecosystem. The objective of this study was to investigate the effect of forage composition in the diet of sheep in July and August on CH4 production by sheep in the Inner Mongolia steppe. The four diet treatments were: (1) Leymus chinensis and Cleistogenes squarrosa (LC), (2) Leymus chinensis, Cleistogenes squarrosa and concentrate supplementation (LCC), (3) Artemisia frigida and Cleistogenes squarrosa (AC), and (4) Artemisia frigida, Cleistogenes squarrosa and concentrate supplementation (ACC). CH4 production was significantly lower in July than in August (31.4 and 36.2 g per sheep-unit per day, respectively). The daily average CH4 production per unit of digestive dry matter (DM), organic matter (OM) and neutral detergent fiber (NDF) increased by 10.9, 11.2 and 42.1% for the AC diet compared with the LC diet, respectively. Although concentrate supplementation in both the AC and LC diets increased total CH4 production per sheep per day, it improved sheep productivity and decreased CH4 production by 14.8, 12.5 and 14.8% per unit of DM, OM and NDF digested by the sheep, respectively. Our results suggested that in degraded grassland CH4 emission from sheep was increased and concentrate supplementation increased diet use efficiency. Sheep-grazing ecosystem seems to be a source of CH4 when the stocking rate is over 0.5 sheep-units ha(-1) during the growing season in the Inner Mongolia steppe.

Effect of long-term grazing on soil organic carbon content in semiarid steppes in Inner Mongolia

To clarify the response of soil organic carbon (SOC) content to season-long grazing in the semiarid typical steppes of Inner Mongolia, we examined the aboveground biomass and SOC in both grazing (G-site) and no grazing (NG-site) sites in two typical steppes dominated by Leymus chinensis and Stipa grandis, as well as one seriously degraded L. chinensis grassland dominated by Artemisia frigida. The NG-sites had been fenced for 20 years in L. chinensis and S. grandis grasslands and for 10 years in A. frigida grassland. Above-ground biomass at G-sites was 21-35% of that at NG-sites in L. chinensis and S. grandis grasslands. The SOC, however, showed no significant difference between G-site and NG-site in both grasslands. In the NG-sites, aboveground biomass was significantly lower in A. frigida grassland than in the other two grasslands. The SOC in A. frigida grassland was about 70% of that in L. chinensis grassland. In A. frigida grassland, aboveground biomass in the G-site was 68-82% of that in the NG-site, whereas SOC was significantly lower in the G-site than in the NG-site. Grazing elevated the surface soil pH in L. chinensis and A. frigida communities. A spatial heterogeneity in SOC and pH in the topsoil was not detected the G-site within the minimal sampling distance of 10 m. The results suggested that compensatory growth may account for the relative stability of SOC in G-sites in typical steppes. The SOC was sensitive to heavy grazing and difficult to recover after a significant decline caused by overgrazing in semiarid steppes.

Influence of nitrogen fertiliser application and timing on greenhouse gas emissions from a lychee (Litchi chinensis) orchard in humid subtropical Australia

Nitrous oxide emissions from intensive, fertilised agricultural systems have been identified as significant contributors to both Australia's and the global greenhouse gas (GHG) budget. This is expected to increase as rates of agriculture intensification and land use change accelerate to support population growth and food production. Limited data exists on N2O trace gas fluxes from subtropical or tropical tree cropping soils critical for the development of effective mitigation strategies.This study aimed to quantify GHG emissions over two consecutive years (March 2007 to March 2009) from a 30 year (lychee) orchard in the humid subtropical region of Australia. GHG fluxes were measured using a combination of high temporal resolution automated sampling and manually sampled chambers. No fertiliser was added to the plots during the 2007 measurement season. A split application of nitrogen fertiliser (urea) was added at the rate of 265kgNha-1 during the autumn and spring of 2008. Emissions of N2O were influenced by rainfall events and seasonal temperatures during 2007 and the fertilisation events in 2008. Annual N2O emissions from the lychee canopy increased from 1.7kgN2O-Nha-1yr-1 for 2007, to 7.6kgN2O-Nha-1yr-1 following fertiliser application in 2008. This represented an emission factor of 1.56%, corrected for background emissions. The timing of the split application was found to be critical to N2O emissions, with over twice as much lost following an application in spring (2.44%) compared to autumn (EF: 1.10%). This research suggests that avoiding fertiliser application during the hot and moist spring/summer period can reduce N2O losses without compromising yields.

Identification and characterisation of F3GT1 and F3GGT1, two glycosyltransferases responsible for anthocyanin biosynthesis in red-fleshed kiwifruit (Actinidia chinensis)

Much of the diversity of anthocyanins is due to the action of glycosyltransferases, which add sugar moieties to anthocyanidins. We identified two glycosyltransferases, F3GT1 and F3GGT1, from red-fleshed kiwifruit (Actinidia chinensis) that perform sequential glycosylation steps. Red-fleshed genotypes of kiwifruit accumulate anthocyanins mainly in the form of cyanidin 3-O-xylo-galactoside. Genes in the anthocyanin and flavonoid biosynthetic pathway were identified and shown to be expressed in fruit tissue. However, only the expression of the glycosyltransferase F3GT1 was correlated with anthocyanin accumulation in red tissues. Recombinant enzyme assays in vitro and in vivo RNA interference (RNAi) demonstrated the role of F3GT1 in the production of cyanidin 3-O-galactoside. F3GGT1 was shown to further glycosylate the sugar moiety of the anthocyanins. This second glycosylation can affect the solubility and stability of the pigments and modify their colour. We show that recombinant F3GGT1 can catalyse the addition of UDP-xylose to cyanidin 3-galactoside. While F3GGT1 is responsible for the end-product of the pathway, F3GT1 is likely to be the key enzyme regulating the accumulation of anthocyanin in red-fleshed kiwifruit varieties.