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。

不同放牧率对不同草原主要植物叶片解剖结构和化学成分的影响

本文选取不同放牧率下的优势植物为研究对象，主要从植物解剖结构和化学成分方面，对内蒙古典型草原和北美混合普列里草原的放牧演替机制进行探讨，这将有助于进一步揭示放牧演替过程及其主要植物对放牧的适应机理。具体研究结果如下： 1. 长期不同放牧率的放牧（内蒙古典型草原区放牧15年和混合普列里草原放牧19年）对所有物种（IMGERS的羊草（Leymus chinensis）、冰草（Agropyron cristatum）、糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）、扁蓿豆（Melissitus rutenica）、小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）、冷蒿（Artemisia frigida）和星毛委陵菜（Potentilla acaulis）和CGREC的Artemisia frgida ，Poa pratensis， Agropyron smithii，Solidago rigida， Helianthus rigidus和Symphoricarpos occidentalis）叶片的角质层厚度、表皮细胞面积、叶肉细胞面积、栅栏/海绵组织厚度、叶片厚度、中脉厚度均产生显著影响;放牧显著影响了两个研究区不同生活型功能群植物叶片的角质层厚度、表皮细胞面积、叶肉面积、栅栏/海绵组织和中脉厚度。内蒙古典型草原研究区草本植物功能群的叶片下角质层厚度、栅栏/海绵组织厚度显著大于灌木功能群，而美国混合普列里草原研究区，草本植物功能群的叶片下角质层厚度、表皮细胞面积、叶肉细胞面积、栅栏/海绵组织厚度、叶片厚度、中脉厚度均显著大于灌木功能群。 2. 内蒙古典型草原研究区放牧率显著影响了糙隐子草和小叶锦鸡儿的比叶面积（SLA）;在美国混合普列里草原研究区，放牧率显著影响了冷蒿SLA。但对生活型功能群的SLA影响不显著。 3. 内蒙古典型草原研究区放牧对物种叶片叶绿素含量、纤维素含量影响显著，放牧仅显著增加了扁蓿豆叶片的含氮量。美国混合普列里草原研究区物种叶片的全碳、干物质、酸性洗涤纤维、叶绿素a+b含量受放牧率的显著影响。两研究区放牧率对叶片叶绿素a+b含量影响显著。放牧率也显著影响了不同生活型功能群的全碳含量和叶绿素a+b含量。 4. 两研究区叶片表皮细胞面积和叶肉细胞面积无牧和重牧下显著正相关，表皮细胞面积和叶片厚度在轻牧下显著正相关，叶肉细胞面积和叶片厚度在无牧、中牧和重牧下显著正相关，比叶面积和叶绿素a+b含量在轻牧下显著正相关。扁蓿豆叶片的表皮细胞面积和叶肉细胞面积间存在显著的正相关，其全碳含量和叶绿素a+b含量间存在显著的正相关;Artemisia frgida叶片的角质层厚度和叶片厚度间显著正相关，Poa pratensis叶片的角质层厚度和表皮细胞面积间显著负相关，Solidago rigida叶片表皮细胞面积和光合速率显著正相关。Helianthus rigidus叶片叶肉细胞面积和叶片厚度显著负相关。

开垦和放牧对内蒙古半干旱草原蒸发散的影响

为了研究开垦和放牧对内蒙古半干旱草原生态系统蒸发散的影响，我们以内蒙古锡林郭勒盟多伦县的草地和农田以及锡林浩特围封草地和退化草地为实验样地，利用涡度协方差技术对四个样地2006-2007年的蒸发散和微气象因子进行连续测定，探讨开垦和放牧对内蒙古半干旱草原生态系统蒸发散的影响及其驱动机制。同时利用稳定同位素技术区分多伦半干旱草原生态系统蒸发散的组分，初步探讨生态系统蒸发散各组分的变化特征及其驱动因子。 在观测的两年里，四个生态系统的年蒸发散接近或超过了年降雨量。在较湿润年份（2006年）的生长季（5-9月），开垦使得半干旱草原的蒸发散降低了15%，而在较干旱年份（2007年）降低了7%。放牧在2006年生长季期间使草原生态系统蒸发散降低了13%，而在2007年生长季里，围封草地和退化草地的蒸发散没有显著性差异。开垦和放牧造成的土壤含水量显著下降是生态系统蒸发散降低的最主要的原因。此外，农田开垦改变了植被的种类和物候特征，缩短了植物的生长期（农作物的生长期主要是6-8月，而草地的生长季一般为5-9月），是造成农田整个生长季的蒸发散比草地低的另一个原因。干旱年份降雨量少、土壤含水量低，限制了植被的生长，降低了冠层导度，从而导致了植物蒸腾的下降。另一方面，在干旱年份，开垦和放牧增加了草原生态系统蒸发散对土壤含水量变化的敏感性，表明未来降雨格局的变化不仅直接通过影响土壤含水量来改变蒸发散，而且会影响蒸发散和土壤含水量之间的相关性。 通过研究生态系统对不同强度和不同时间降雨的响应表明，> 3 mm的降雨会增加内蒙古半干旱草原生态系统的土壤含水量和蒸发散，对内蒙古半干旱草原生态系统关键过程有效。雨后1-2天蒸发散达到峰值，之后下降。多数大的降雨事件后，农田和退化草地蒸发散峰值比相对应的草地高，之后下降的也快，这与植被的生长状况、凋落物的量和地面的裸露程度有关。雨后土壤含水量和蒸发散的变化与降雨事件的大小呈正相关的关系，并且蒸发散的变化与土壤含水量的变化有显著的线性相关性，说明了土壤含水量是影响蒸发散变化的主要因子。土壤含水量初始值和干旱期的长短会影响内蒙古半干旱草原生态系统蒸发散对降雨的响应。土壤含水量初始值低会增强蒸发散对降雨的响应，而土壤含水量初始值高时，蒸发散对降雨的响应会下降。干旱期长会增强蒸发散对降雨的瞬时响应。围封草地由于有凋落物的缓冲和保水作用，未来降雨强度的增加会促进围封草原植被的生长;而退化草地地表裸露，对大的降雨事件缓冲作用小，地表径流和土壤蒸发强烈，不利于保水和植被的生长。因此，未来极端降雨事件频率的增加和干旱期的延长势必会对半干旱草原生态系统产生影响，尤其对退化草地产生不利影响。 为了进一步了解蒸发散组分的变化规律及其驱动因子，我们利用稳定同位素与微气象技术相结合的方法，区分半干旱草原生态系统蒸发散的组分。区分结果表明，在2006年和2007年整个生长季期间，植物蒸腾均为蒸发散的主要形式，在2006年和2007年生长季期间植物蒸腾占蒸发散的比例分别为88%和73%。影响植物蒸腾的因子主要是净辐射、大气相对湿度、土壤含水量和叶面积指数;影响蒸发的因子主要是大气相对湿度、土壤含水量和风速;而影响蒸发散的因子主要是净辐射、大气相对湿度、土壤含水量和风速，说明了这些水分流失过程受到不同环境因子的驱动。此外，我们根据一个简单的模型把同位素方法区分的蒸发散组分外推到整个生长季，结果表明，在2006年和2007年整个生长季蒸腾与蒸发散的比例高，并且蒸腾与降雨量的比例高，由此说明，半干旱草原生态系统植被能够有效地利用水分，雨水利用效率高。生态系统总初级生产力（GPP）与植物蒸腾（T）存在明显的正相关关系，从5-8月，生态系统水分利用效率（GPP/T）逐渐升高。 我们的研究结果表明：人类的活动如开垦和放牧通过改变植被类型、土壤持水能力和蒸发散对土壤含水量的响应，降低了草原生态系统的蒸发散，增加了生态系统蒸发散对降雨响应的敏感性，不利于土壤的保水和植被对水分的利用。半干旱草原生态系统蒸发散组分的稳定同位素技术区分，为进一步从新的角度探讨土地利用方式的改变对草原生态系统蒸发散影响的生理机制提供了可能。

家畜放牧对典型草原土壤-植被系统氮素转化的影响

草地生态系统中，放牧对调节物质流动和营养循环起着关键的作用。内蒙古地区已有上千年的游牧历史，放牧是该地区重要的草地利用方式之一。然而，近50年来，由于人口的剧增以及对草原的不合理利用与管理，使得内蒙古草原发生了严重的退化与沙漠化。理解放牧对氮循环的定量影响，对我们更合理地利用草地、防治生态系统的进一步退化以及探求最佳恢复途径都具有重要的意义。中国科学院内蒙古草原生态系统定位站精准设置的5种放牧强度处理（0.00, 1.33, 2.67, 4.00, 5.33 羊/公顷）为我们的研究提供了理想的平台。2005、2006年生长季期间，在经过16年不同放牧强度处理的一个典型草原样地上，我们测定了氮素输入（氮沉降、生物固氮）、转化（净氮矿化）、输出（反硝化及氨气挥发）速率等N循环的重要参量。同时，测定了微生物生物量碳、氮（Cmic，Nmic）及微生物呼吸（Rmic），研究了微生物在氮循环中的作用。另外，还测定了植物、土壤、固氮体中的15N自然丰度值，探讨了其对不同放牧强度的响应格局与机理。 结果表明，干湿混合沉降物全氮浓度最高达11.53 mg N l–1，沉降量最高为1.77 kg N ha–1m–1。月均氮沉降量与浓度正相关，它们与降水量均关系密切，前者更密切。结皮面积所占比例很小，不超过8%。结皮含氮量为1.01-1.43 g N kg–1，受放牧的影响不显著，但随放牧强度的增加有降低的趋势。土壤结皮能固氮，但固氮量不超过土壤氮含量的1倍。地耳的固氮量为结皮的10-20倍，故是主要的固氮体。尽管地耳含氮量受放牧影响不显著，但放牧是不放牧条件下地耳氮含量的1.58倍。 土壤NH4+-N浓度随季节变化范围为1.71-9.45 µg N g–1，它们在各放牧处理之间的差异不显著。土壤NO3–-N浓度变幅为0.27-11.21 µg N g–1。总无机氮浓度在不放牧条件下的变幅为2.69-14.57 µg N g–1，占总氮的0.49-2.6%;放牧条件下的变幅为2.49-8.66 µg N g–1，占总氮的0.35-1.21%。总无机氮浓度随季节和放牧强度的变化趋势与硝态氮相似，表现为2005年夏季期间有逐渐增加的趋势，而在2006年整个生长季期间有逐渐降低的趋势。不放牧比放牧条件下含氮量高，但在4个放牧处理之间的差异不显著。净氮矿化速率的变幅为–0.61-0.27 µg N g–1d–1，峰值通常出现在7月。净氮矿化速率在各处理间没有一致性差异，但中牧（2.67、4.00 羊/公顷）通常比重牧（5.33 羊/公顷）下的值高。净氮硝化速率通常很低，波动在–0.32-0.16 µg N g–1之间，2005年夏季及2006年春秋季的值相对较高。净氮硝化速率在各放牧处理之间差异不显著，但重牧条件下的值通常最低。累积净氮转化量在年际间差异大，2005年总体上遵循正态分布模式，而2006年随着放牧强度的增加有直线下降的趋势，2006年比2005年的累积量高。土壤温度和湿度比放牧强度对净氮矿化的影响更加显著。放牧强度通过调节这两个土壤因子对氮动态而产生间接影响。 反硝化和N2O的释放速率低，前者变幅为0.33-6.21µg N kg–1 d–1，后者为0.42-11.28 µg N kg–1 d–1。释放量夏季较强，春秋较弱。放牧对反硝化释放影响不显著，只在2005年对N2O释放影响显著。尽管如此，反硝化和N2O释放速率整体表现出在不放牧比放牧条件下高的趋势，且比最高放牧强度5.33 羊/公顷下的反硝化速率显著高。然而，它们在4个放牧处理之间的差异始终不显著。累积反硝化和N2O释放存在年际变化，2006年的值显著高。它们随着放牧强度的递增有逐渐降低的趋势，这在2006年表现得尤为明显，这种结果主要归因于土壤总氮量在长期放牧条件下随放牧压力的增加而逐渐降低。 氨气挥发速率变幅为0.88-3.52 g N ha–1d–1，高峰值出现在5月，2005比2006年同期的速率大。两年间放牧强度对氨气挥发的影响都较弱，2005年影响更弱。不放牧条件下的氨气挥发量通常最低，这在生长季的前期表现得更为明显，中牧及重牧条件下通常最高。放牧能影响氨气挥发与氨态氮，硝态氮及总无机氮浓度之间的关系，即不放牧条件下相关性显著，而放牧条件下相关性不显著。年际间氨气挥发速率与无机氮浓度之间的关系趋势相反，2005年负相关，2006年正相关。在水分充足的2006年，所有处理条件下氨气挥发与土壤水分及温度之间显著相关，但在单独每个放牧处理下，相关性不显著。 Cmic变幅大，为13.97-350.45 μg C g–1，占土壤总有机碳的1.58-8.35%。最高和最低值分别出现在夏季和春季。它们在各处理间差异不显著，不放牧下的值相对偏高。Cmic与土壤有机C和全N、前期的立枯、凋落量及含N量、优势种前期的地上生物量、根系生物量、土壤温度以及水分之间关系密切。氮素状态如氨态氮、总无机氮含量、反硝化以及N2O释放速率，氨气挥发速率与Cmic之间关系密切。Nmic占土壤全氮的0.41-2.74%，不受季节和放牧强度的显著影响。Nmic与可溶性N，表土层根系全N，立枯有机C，地上生物量之间关系密切。氮循环过程中氨气挥发速率受Nmic的影响。Rmic随季节而变化，通常5月份值最高。Rmic随着放牧强度的增加有稍降低的趋势。Rmic与土壤可溶性C、有机C，不同土层根系有机C，凋落物、立枯量及其C、N含量、全N，地上生物量，优势种前期的生物量，土壤温度之间关系密切。土壤氮循环动态如氨态氮、硝态氮、总无机氮浓度及反硝化速率与Rmic之间关系密切。 土壤、植物、地耳、生物结皮的δ15N值与放牧强度之间相关关系不显著。然而，放牧有增加表层土和植物的δ15N值而降低表土、地耳、结皮的δ15N值的趋势。表层土δ15N值与前一年生长季末期硝态氮及总无机氮浓度，反硝化速率及累积氨气挥发之间密切相关。 土壤碳含量的变幅为10.44-17.19 g C kg–1，全氮量的变幅为0.54-0.82 g N kg–1。长期的高强度放牧降低了土壤碳、氮储量。根系碳、氮含量分别为土壤碳、氮含量的40-50和10倍。立枯和凋落物有机碳含量变幅为446.94-507.01 g C kg–1，与放牧强度之间关系不密切;氮含量变幅为4.58-7.18 g N kg–1，与放牧强度之间显著负相关。优势种木地肤、冷蒿的含碳量与放牧强度之间相关不显著，但含氮量与之显著相关。 综述以上结果，不同放牧强度对内蒙草地生态系统氮循环中不同过程产生影响的程度各不相同，这种影响主要是通过它与土壤环境因子如温度、水分的联合作用而间接产生。

放牧对草原群落主要植物种和功能群水分来源与水分利用效率的影响

水分是半干旱草原生态系统植物多样性和初级生产力的限制因素。近年来由于人为干扰和气候干旱，特别是过度放牧，导致半干旱地区草原严重退化，草地生产利用和生态服务功能日益衰减，自然灾害频繁发生。草原退化演替主要表现为不同植物种的消长和替代过程。在内蒙古草原，过度放牧导致多年生根茎禾草和丛生禾草被豆科灌木或具根茎和不定根的杂类草替代，丰富的多年生杂类草被一、二年生植物替代。目前，对于上述功能群之间的替代机制，以及草原退化的机理尚不十分清楚。本研究在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站选取了79年围封的大针茅(Stipa grandis)样地、其外围的自由放牧样地及中德合作项目“ Matter Fluxes in grassland of Inner Mongolia as influenced by stocking rate (MAGIM) ”的传统平地放牧处理小区为研究对象，从植物-水分关系的角度，利用氢和碳稳定性同位素技术，研究主要植物种和功能群水分来源和水分利用效率对放牧的响应，进而揭示放牧干扰下草原退化的机理。本研究取得了如下主要研究结果和结论： 1. 在干旱年份，雨水仅湿润了大针茅草原0-20cm的表层土壤。土壤中保存的冬季降水贡献了植物可利用水分的30%，而在正常年份只有10%。干旱季节羊草(Leymus chinensis)和大针茅能够利用土壤60cm以下保存的多年降水，而糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)和冰草(Agropyron cristatum)只能利用生长季的雨水。长期过度放牧使冰草和糙隐子草的相对生物量和相对多度均显著增加，而羊草的相对生物量和相对多度显著降低。这种由放牧引起的群落结构与组成的改变，降低了植被对冬季降水的利用，加剧了干旱对生态系统的影响。 2. 依据羊草草原群落植物的生活型和光合类型划分为：C4禾草、C4杂类草、C4灌木、C3禾草、C3杂类草、C3鳞茎类植物和C3灌木七个功能群，各功能群间的水分利用效率差异显著。不同功能群植物在对土壤水分的利用上存在着明显的生态位分离。C4禾草和C3鳞茎类植物主要利用表层水分，而C4灌木则利用深层土壤水分，C3其它功能群介于二者之间。在无放牧和低载畜率下，各功能群植物均主要吸收浅层土壤水分，功能群间竞争相对强烈。在较高载畜率下，C3禾草转为利用深层土壤水分，功能群间出现水分生态位的分离，部分地缓解了植物对土壤表层水分的竞争。沿着载畜率梯度，群落对浅层土壤水分的利用呈现出先增加，尔后下降的趋势。 3. 在放牧干扰下，羊草草原群落中主要植物种稳定性碳同位素值的变化范围为-13.100/00~-27.590/00。不同功能群植物间的水分利用效率有着显著的差异：C4禾草> C4杂类草> C4灌木> C3禾草、C3杂类草> C3鳞茎类植物> C3灌木。C3鳞茎类植物和C4杂类草的水分利用效率随载畜率增加而降低。C3和C4禾草的水分利用效率随载畜率的增加表现为先增加，尔后下降的趋势。群落水平的水分利用效率主要由占生物量90%的禾草的水分利用效率决定。随着载畜率增加，群落水分利用效率有逐渐降低的趋势。

围栏封育和自由放牧下植物群落特征和土壤特征对比研究

　　本文选取内蒙古锡林郭勒盟放牧退化羊草草地为研究对象，基于对连续7年的围栏样地和自由放牧样地的植物群落特征以及土壤理化性状特征的动态对比分析，揭示围栏封育措施对放牧退化草地恢复过程中植被-土壤系统的影响。研究结果表明： 　　(1) 围栏封育措施使退化羊草草地的物种多样性和群落均匀度较自由放牧区略有提高，群落生态优势度略有降低，但差异均未达到统计显著水平(P>0.05)。 　　(2) 围栏封育措施改变了退化草地的优势物种组成。随着封育时间的延长，草地群落优势种逐渐为典型草原代表性物种羊草和大针茅所替代，反映出典型草原特征；而自由放牧样地，其优势种主要以典型草原中度退化和重度退化时期的优势种或主要伴生种糙隐子草为主，并呈现优势度逐渐增强的趋势。表现出退化草原特征，且退化程度加剧。 　　(3) 围栏封育措施改变了退化草地功能群的结构。从生活型功能群看：尽管多年生草本在群落中的主体地位没有变化，但随着围栏封育时间的延长，灌木的优势度逐年升高，成为群落中处于次优势地位的功能群，一、二年生草本的优势度逐年降低。在自由放牧样地，一、二年生草本的优势度表现出逐年升高的趋势，成为群落中处于次优势地位的功能群，灌木的优势度表现出逐年降低。 　　从生态类型功能群的优势度看，尽管旱生植物一直是围栏样地和自由放牧样地群落的优势功能群。但自由放牧样地旱生植物的优势度显著高于围栏样地，且围栏样地内旱生植物的优势度呈现逐年降低趋势，中旱生植物显著增多。围栏措施促进了群落环境向中旱生环境转化。 　　(4) 围栏封育措施显著提高了群落植被的平均高度、地上生物量和凋落物量。但研究区域围封2年后，地上生物量达到了最高水平，以后随着时间的延续地上生物量逐渐降低。 　　(5) 围栏封育措施使退化草地的土壤理化性状（土壤容重、土壤有机碳、全氮）及其植物生存的土壤微环境（土壤温湿度）均得到不同程度地改善。土壤有机碳、土壤全氮含量以及土壤含水量有所提高，土表温度降低，日较差减小。 　　(6) 围栏封育对退化草地的结构和功能的恢复存在不同步性。其中群落生物量受围封措施影响最为明显，围栏2年已达顶峰。其次是群落的优势种，4年的围封已使典型草原的优势种羊草和大针茅成为群落的优势种。反应最为缓慢的是群落的多样性指标，7年的围封措施并没有使群落的多样性指标与自由放牧区形成显著的差异。同时土壤环境的改变也存在不同步性，其中土壤物理性状和微环境的改善要明显于化学性状的变化。因此，在制定围栏措施时，应考虑恢复目的，采用不同的恢复时间，从而提高草地的可持续利用能力，降低恢复成本。