松嫩平原碱化草地景观空间格局及环境因子的综合分析

本文对松嫩平原羊草地的群落结构及空间格局进行了分析，主要内容包含以下三个方面： 1、本文第一部分是对碱化草地植物群落分布的空间、环境因子分离。决定碱化草地植物物种在空间分布的因素可以大致分解成4个部分：（1）通过物种的生态位起作用的环境因子;（2）决定物种、群落间竞争激烈程度的空间距离因子;（3）环境和空间因子的交叉或耦合作用;（4）其它未知因子（如生物和随机因子）。本研究在1996年野外实地采样的基础上，运用DCA消势对应分析（Detrended Correspondence Analysis）对群落主要变化趋势及其与土壤环境因子之间的关系进行了分析。运用DCCA消势典范对应分析（Detrended Canonical Correspondence Analysis）对影响松嫩平原碱化草地群落结构季节动态的空间和环境因素进行了定量的分解。结果表明： 在影响群落分布的各因子中，环境因子独立约占40％，而环境一空间耦合因子占35％，空间因子独立约占3％，其它因子约占20％。在诸多因子中，土壤的盐渍化程度在整个生长季起着决定性作用，但土壤水分和氮素的作用因季节而变化。在干旱季节，植物生长的主要制约因子表现为土壤碱化度和土壤水份，而土壤氮素的作用处于次要地位。但在降雨较多、土壤湿润度较大的季节，土壤氮素的影响明显增强，成为仅次于土经度的决定性因素。 2、第二部分对东北松嫩平原碱化草地植物群落空间格局的分形性质进行了分析，分别用边长－面积指数和Korcak指数估计了斑块边界复杂性和斑块面积分布的分形维数。结果表明： 随放牧强度增加，占优势的羊草斑块的相对斑块化加剧，而斑块的边界在中度放牧时最不规则： 在水淹地，占优势的羊草斑块和次优势的碱茅斑块、獐茅斑块的斑块边界复杂性和斑块化程度比未水淹地都低，说明水降低了群落复合体内的异质性： 水淹地优势植物斑块的边长－面积指数和Korcak指数均低于次优势种，但在重度放牧地结果好相反，说明两种样地处于不同的演替阶段; 斑块边界复杂性符合同一尺度规律，在现有的面积范围以内没有尺度转换，而斑块面积分布则存在尺度转换点。对重牧地和水淹地的尺度分析表明，较小尺度上， 群落空间格局的相对斑块化程度较低，说明较小尺度上的空间格局要相对稳定一些，而较大尺度上则相反。可能原因是放牧干扰对大尺度的斑块影响更大。 3、对1989年开始围栏封育的样地10年来的空间格局变化进行时间序列分析，研究恢复演替过程中各个主要斑块类型的分布特征及动态，以及整个样地总体格局在演替系列中的变化。得出如下结果： 羊草是该区植被的优势种，其格局动态为：1989－1993年，羊草斑块总面积增加，斑块数目减少，相对斑块化指数降低，1994年后羊草的空间格局基本稳定。 羊草的斑块面积分布曲线在20平方米左右发生转折，即空间格局在此尺度发生尺度转换。不同尺度上斑块的相对斑块化指数及其在恢复演替中的变化趋势不同：小斑块的相对斑块化指数低，在1989－1993年期间增加，而后降低;大斑块的情况正好相反。说明羊草空间格局的主要变化之一是中等大小斑块的合并和数目减少，羊草斑块生长对格局的影响比斑块合并的影响要小。 獐茅斑块的格局动态为：1989－1994，斑块总面积、斑块数目、最大斑块面积增大，1995年开始降低。相对斑块化程度则先降后增。碱蓬斑块在1989－1993年间的格局动态与羊草正好相反：总面积减少，斑块数目增加，斑块面积大小的变化范围变窄，说明1993年之前，控制碱蓬斑块的主要生态学过程是其他物种的侵入，隔离原来较大的斑块，同时占据某些小斑块。1994年之后，碱蓬斑块的变化比较随机，其格局变化受到其他物种如杂草对策种虎尾草等的影响很大。 样地总体格局的变化为：1991年前，斑块种类和总斑块数目增加，斑块化程度随着增大;1993年后，斑块种类基本稳定下来;1991－1995，斑块化指数降低。在此期间，斑块数目增加，所以斑块化程度降低意味着斑块大小频率分布趋于均匀，大斑块被分裂，小斑块在长大，群落总体空间格局逐渐稳定。总体格局在三个尺度上有不同的自相似规律，这三个尺度分别为：La(a)<=1; 15.5。小尺度上相对斑块化程度低，但年际间变化较中尺度剧烈;中尺度相对斑块化程度变化较为缓，大尺度上，斑块分布一直趋于减少最大的斑块数目。总的变化趋势为，随恢复演替的深入，最大和最小的斑块数目都减少，处于中间尺度的斑块最多。

人类活动干扰下草原温室气体地-气交换特征及碳平衡研究

放牧和开垦目前是内蒙古草原最主要的两种人类生产活动，采用静态箱一气象色谱法对这两种土地利用方式下草原主要温室气体(CH4、N20和C02)地-气交换通量进行了原位观测，同时结合草原生态系统碳循环特征对放牧生态系统碳素收支状况进行了初步探讨，首次对开垦前后内蒙古草原CH4吸收和NzO排放的季节、昼夜变化特征进行了分析研究，对不同牧压梯度下内蒙古草原碳的损失进行了估算。主要研究结果包括以下4个方面： 1．内蒙古草甸草原开垦是大气CH4的汇，开垦为农田后，土壤．植物系统吸收大气CH4的能力增强。测定期间，农田与邻近的天然草原CH4平均吸收通量为23.38和24.57 ugCm'2h．1;尽管农业活动改变了草原CH4地．气交换通量，但是通量的量级仍是由当地季节性变化的气候条件决定的，其CH4吸收通量具有强烈的季节变化规律，表现为“春秋季高，夏季低”的特点;耕作使得土壤-植物系统CH4吸收通量的季节变化趋于平缓。 2．内蒙古天然草甸草原是大气N20的源。测定期间的平均排放通量为1.922ugNm'2h．1，通量范围为-0.484~7.425 ugNm.2h．1;天然草原N20排放具有明显的昼夜变化规律和季节变化特征，排放通量出现两个高峰期，整个生长季表现为高(5月中旬)一低（5月下旬至7月中下旬）一高（7月下旬至8月中旬）一低（8月下旬至9月）的趋势;农垦增强了土壤．植物系统排放N2O的能力。观测期间平均排放通量为2.914 ugNm'2h-l，比天然草原高52%，排放通量的季节规律性减弱，整个生长季呈现波动性变化，通量变化与天然草原相比趋于平缓。 3．内蒙古冷蒿小禾草草原与天然草甸草原一样，起着CH4汇、NzO源的功 能。主要温室气体CH4、N2O和C02的地．气交换通量受水热因子控制，与温度之间存在显著相关关系，具有季节变化特征：时间尺度对于讨论不同放牧压力下甲烷通量具有重要意义，不同放牧率处理9年后，土壤吸收甲烷的能力在当地自然气候条件下没有显著变化;放牧对草原N20排放通量影响显著，依次是轻度放牧<围栏封育<中度放牧<重度放牧;放牧增大了C02排放通量，观测期间四种处理间C02通量差异显著，C02排放通量四种处理依次为：围栏封育<轻牧<重牧<中牧。 4．对内蒙古草原放牧条件下碳收支状况的研究表明，冷蒿-小禾草草原受自然条件和人为因素双重作用存在由碳库（积累碳）向碳源（释放碳）转化的可能性。

Terrestrial ecosystem response to interdecadal climate variability in the western United States [abstract]

EXTRACT (SEE PDF FOR FULL ABSTRACT): We argue that the most important climatically-driven terrestrial ecosystem changes are concentrated in annual- to decadal-scale episodic events. These rapid ecosystem responses to climate change are manifested as regionally synchronized disturbance events (eg, floods, fires, and insect outbreaks) and increased drought-caused plant mortality rates.

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。