克氏针茅(Stipa krylovii Roshev.)草原植物凋落物分解特性及其对环境变化的响应

凋落物的分解对生物地球化学循环起着重要的作用。本研究以位于中国北方农牧交错区（内蒙古多伦县）的半干旱克氏针茅(Stipa krylovii Roshev.)草原生态系统为背景，针对凋落物分解研究中的几个关键过程和问题进行了探讨。研究内容包括该生态系统中几种常见植物凋落物的分解速率，在分解过程中的养分动态，凋落物的混合效应（即非加性效应）及其机制，全球变化引起的土壤有效N、P和降水增加对凋落物分解的影响及其对草原生态系统碳储量的影响等。 通过对克氏针茅、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa Trin.)、双齿葱(Allium bidentatum Fisch.)、野韭(Allium ramosum L. Sp. Pl.)和冰草(Agropyron cristatum Gaertn.)的叶、茎、根凋落物的研究发现，叶和茎的分解速率与凋落物初始N和P含量呈显著正相关，根系的分解速率与初始C/N比呈显著负相关。根系凋落物一般比叶和茎凋落物分解速率快，而且具有更快的养分周转速率。有些凋落物混合在一起分解后对分解速率产生了混合效应（混合凋落物的实际分解速率偏离于基于组分凋落物计算的预期分解速率），同时它们对养分（主要是N、P、Ca、Mg）的固定或释放被延后。混合效应发生与否以及混合效应的方向主要取决于组分凋落物的特点，而与凋落物多样性的高低没有明显的关系。混合凋落物对养分动态的负作用，能降低退化生态系统遭到干扰后养分的损失，而且养分释放时间的延后有助于某些植物更好地生长，有利于退化草原生态系统恢复过程中植被结构的改善。 由于凋落物的质量对分解速率的影响重大，凋落物的化学组成很可能对混合凋落物分解过程中的非加性效应起重要作用，然而迄今为止没有明确的结论。本文研究发现，具有不同初始N、P含量的凋落物（同一物种）混合在一起分解后产生了正的非加性效应，非加性效应的强弱与组分凋落物初始N、P含量的差异大小有关。而且，非加性效应与P含量差异大小的相关性比与N的强，这可能与研究地点土壤中P的含量相对更为缺乏有关。这一研究结果表明，凋落物的化学组成在有些情况下确实与非加性效应有关。 通过施肥和浇水试验，研究了全球变化引起的土壤有效N、P和水分的增加对具有不同生活型和化学组成的两种优势草原植物，即双齿葱和克氏针茅凋落物分解的直接影响。结果发现，向土壤中添加N肥或N、P复合肥，在短期内（100天）加速了这两种植物的分解速率。高质量凋落物（双齿葱）的分解更容易受到土壤水分条件的限制，而低质量凋落物（克氏针茅）的分解对土壤养分有效性更敏感。土壤中有效养分的增加会提高分解凋落物对养分的固定，有利于退化生态系统中养分的保持。双齿葱对内蒙古半干旱典型草原的碳循环和养分动态的贡献，比克氏针茅要更大。研究结果提示人们，对草原生态系统的碳循环和养分动态进行模拟时，需要对不同化学组成的凋落物分别加以考虑。 本文还探讨了土壤有效N长期增加后对两种优势草原植物（克氏针茅和冷蒿(Artemisia frigida Willd)）凋落物分解的综合影响，并进一步区分了由土壤有效N增加引起的凋落物质量改变的间接作用和土壤状况改变的直接作用。结果发现，土壤有效N长期增加后对凋落物的分解速率没有明显影响，但是显著加速了分解凋落物对养分的固定，这可能是由于凋落物质量对分解的促进作用和土壤状况对分解的抑制作用相互抵消的原因所造成的。向土壤中添加N素后，地上部植被生产力不可避免的会提高，尽管短期内会加速凋落物的分解速率，但从长远来看，对凋落物的分解速率不会产生影响，所以估计土壤有效N增加后最终会提高草原生态系统的净碳储量。 通过本研究，对中国北方农牧交错区（内蒙古多伦县）半干旱克氏针茅草原生态系统的养分循环过程有了初步的了解，验证了混合凋落物分解过程中非加性效应发生的可能性，并且证明组分凋落物的初始化学组成对这种非加性效应确实起着重要作用。本研究说明全球变化对不同植物种凋落物分解的影响是不同的，而且因研究时间长短的不同对凋落物分解的影响会发生变化。研究结果为草原生态系统碳和养分循环过程的模拟提供了必要的基础资料，为混合凋落物分解过程中非加性效应发生的可能机制提供了强有力的证据，对在全球变化背景下人们对草原生态系统碳和养分循环过程的认识和模拟有着重要的参考价值。

克氏针茅草原的土壤种子库特征与植被恢复

近几十年来，由于过度放牧和不合理的农业开垦，内蒙古的天然草原退化严重。自2000年起，中国政府制定了“退耕还林还草”政策，并在草原地区实行了“禁牧、轮牧、休牧”等草原管理措施，期望依靠自然力来恢复退化的草原。然而，这些政策究竟能够带来什么样的后果还是一个未知数。土壤种子库和种子雨的资料对于全面理解植物种群和群落的动态具有重要价值。退化生态系统的恢复评价应该包括土壤种子库和种子雨的资料。因此，我调查了不同利用方式下克氏针茅（Stipa krylovii）草原的土壤种子库、种子雨和地上植被组成，来探讨政府的恢复政策对于该地区草原生态系统的影响。 研究地点位于中国科学院多伦恢复生态学试验示范研究站的永久实验样地，该实验样地在内蒙古自治区锡林郭勒盟的多伦县境内，该地区属于典型的农牧交错区。 采用幼苗萌发法，本研究测定了三种具有不同土地利用历史的样地的土壤种子库密度和物种组成。它们分别是：放牧样地、围封样地和弃耕样地。主要的研究结果有： （1）弃耕样地的土壤种子库密度最大，且主要是一年生和杂草类植物的种子，弃耕地由于其开垦的历史导致种子库的物种组成与放牧样地和围封样地的种子库有明显区别，其种子库缺少合适的多年生植物的种子是限制弃耕地自然恢复为天然草原的重要因素。 （2）放牧虽然会降低土壤种子库的密度，但是其中并不缺少多年生植物的种子。恢复由过度放牧引起的退化草原比恢复由农业开垦导致的退化草原要容易一些。围封对于由过度放牧引起的草原退化有明显的积极作用。 （3）采用Sorensen指数来计算地上植被与土壤种子库的相似性，这三个样地土壤种子库与地上植被的物种相似性均较高。在地上植被生物多样性的调查中，不能将草原中的一些早春植物遗漏。 采用网筛分离法，本研究测定了四种具有不同土地利用历史的样地的种子雨密度和物种组成。它们分别是：放牧样地、围封样地、割草样地和弃耕样地。主要的研究结果有： （1）不同样地间种子雨的密度差异显著（p < 0.05）。围封样地的种子雨密度最大，弃耕样地和放牧样地的种子雨密度居中，割草样地的种子雨密度最小。 （2）弃耕样地的地上植被和种子雨中均存在大量的一年生植物，这可能需要放牧或者割草等其它的一些管理措施来去除一年生植物的优势，从而加快弃耕地向天然草原的恢复速度。 （3）围封样地和割草样地的种子雨和地上植被中的物种数目均比放牧样地的要少，且围封样地中多年生非禾草类植物的比例大大增加，说明禁牧会改变草原植被的物种组成，这些究竟给草原植被的恢复带来怎样的影响，需要进一步的研究。 （4）克氏针茅草原整个取样期间种子雨的降落是连续的，因此在一些长期土壤种子库的研究中应该结合种子雨的数据，不能简单的将7月份的土壤样品作为长期土壤种子库。 采用网筛分离法，本研究测定了不同留茬高度的刈割实验样地的土壤种子库密度和物种组成。主要研究结果有： （1）无割草处理的对照样地的土壤种子库密度与其它割草处理样地的土壤种子库密度之间差异不显著。可能的原因是刈割的实验小区过小，植物种子的散布能够从不割草样地传播到割草处理的样地，或者动物的采食以及搬运降低了对照样地中种子的数量。 （2）虽然多年生禾草类植物在地上植被中占优势地位，但其在土壤种子库中的密度很小，均不到土壤种子库总量的10%。可见无性繁殖对于保持多年生禾草类植物在植被中的优势地位具有重要的意义，而相反的是非禾草类植物在土壤中保存大量的种子作为种群扩大的重要手段。

内蒙古克氏针茅草原土壤呼吸作用研究

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环中的重要环节，是土壤与大气之间碳交换的主要输出途径。草地生态系统土壤呼吸作用研究在全球碳循环研究中占有十分重要的地位和作用。本研究选取我国内蒙古锡林郭勒盟典型草原区内的克氏针茅草原作为研究对象，基于Li-6400-09便携式土壤呼吸观测系统2005年生长季的野外观测资料，研究了克氏针茅草原土壤呼吸速率的日、生长季动态及其影响因子。研究结果表明： (1)　2005年生长季，克氏针茅草原土壤呼吸速率的日、生长季动态均呈单峰型曲线变化;日最大值和最小值分别出现在10:0013:00和凌晨4:00左右;生长季日均最大值(0.14mgCO2m-2s-1)出现在6月份，日均最小值(0.03mgCO2m-2s-1)出现在8月份。与以往典型草原土壤呼吸研究相比，峰值和最低值出现时间均提前。 (2)　在日尺度上，随着生长期的变化，控制土壤呼吸变化的环境因子有所不同。其中生长季初期和末期土壤呼吸速率日动态的限制因子主要为总辐射，而生长季中期，控制因子为气温和土壤含水量(010cm、1020cm)。在整个生长季的尺度上，影响土壤呼吸动态的环境因子主要为土壤含水量(010cm、1020cm、2030cm)、总辐射和土壤温度(10cm、15cm、20cm)，其协同作用可解释土壤呼吸变化的92%。其中约有72％的土壤呼吸作用变异是由表层土壤含水量(010cm、1020cm)和总辐射共同决定的，而010cm土壤含水量可单独解释土壤呼吸生长季变异的51%。 (3)　克氏针茅草原地上生物量的生长季变化呈单峰曲线型，8月份达到峰值。地下生物量和总生物量(地上和地下之和)在整个生长季的变化比较平缓，但在6月份和9月份分别出现一个峰值。其中，地上生物量是决定同一时间不同地点土壤呼吸速率变化的主要影响因素;而地下生物量对同一地点不同时间土壤呼吸速率变化的作用更为显著。其中地下生物量可解释土壤呼吸速率在整个生长季变异的25％。 (4)　通过灰色关联度方法综合分析环境因子与生物因子(地上和地下生物量)得到各影响因子与日均土壤呼吸速率生长季变化密切程度的相对顺序：0~10cm土壤含水量>地下生物量>10~20cm土壤含水量>20~30cm土壤含水量>气温>20cm土壤温度>5cm土壤温度>15cm土壤温度>10cm土壤温度>地上生物量>总辐射。结果表明：在2005年生长季，土壤含水量(0~10cm)是控制克氏针茅草原日均土壤呼吸速率生长季变化的主导影响因素，其次是植被的地下生物量。气温与土壤呼吸生长季变化的密切程度大于各层土壤温度。而地上生物量和总辐射对日均土壤呼吸生长季变化的影响最弱。

克氏针茅草原植物根与叶形态特性及其相互关系对氮素添加的响应

为了探究草原植物生长策略及其对养分变化的响应，本文比较分析了克氏针茅（Stipa krylovii)、冷蒿（Artemisia frigida)和糙隐子草（Cleistogenes squarrosa)根与叶的形态特性及其对氮素添加的响应。结果表明不同植物具有不同的生长策略，糙隐子草主要采取快速获取资源的生长策略，表现为具有高的比根长和比叶面积；冷蒿则主要采取保存资源的生长策略，表现为具有较高的根组织密度和较低的比根长；克氏针茅对资源的获取和保存能力都相对较强，表现为具有较大的比根长、较小的比叶面积和中等大小的根与叶组织密度。氮素添加主要影响克氏针茅和冷蒿的根特性，随着氮素添加量的增加，克氏针茅比根长显著增加，根组织密度显著降低，说明随着氮素添加量的增多克氏针茅根系对氮素的获取能力增强，从而导致其在群落中的生物量比例显著增加。冷蒿根表面积随着氮素添加量的增多显著降低，说明随着氮素添加量的增加冷蒿根系对氮素的吸收能力下降，导致其在群落中的生物量比例随着氮素添加量的增大而减少。氮素添加没有显著地影响糙隐子草根和叶特性，它在群落中的生物量比例也没有明显规律。因此，我们研究结果证明通过植物根和叶形态特性的变化能够预测植物在群落中地位的改变。 根与叶特性之间的关系可以进一步反映植物对资源获取和保存的权衡能力，研究植物根与叶特性的内在关系有助于更全面地理解植物的生存对策，更好地预测植物对环境变化的反应。我们通过简单相关分析和典型相关分析研究了克氏针茅草原植物的根与叶特性之间的关系及其对氮素添加的响应和根与叶总体关系。简单相关分析结果表明根特性之间、叶特性之间以及根与叶特性之间均存在相关性，植物特性之间的相互关系在根与叶中是相似的，且体现了植物对资源的获取与保存的权衡关系，如根组织密度与比根长负相关，叶组织密度与比叶面积负相关等，根与叶对应指标之间没有必然的联系。施氮肥使根与叶特性之间的相关性及其强弱发生变化，表明氮素添加是影响植物根与叶特性之间关系的因素之一。典型相关分析表明不同物种根与叶关系密切程度存在差异，不同根与叶特性之间的关系对根与叶总体的关系贡献程度也有所不同。

典型草原优势植物养分回收特性对养分和水分梯度变化的响应

养分回收是植物衰老时，养分从衰老组织向活的组织体转移的一种过程。该过程延长了养分在植物体内的滞留时间，提高了植物保持养分的能力，因此是植物适应养分贫瘠生境的策略之一。全球气候变化，包括降水格局改变和氮（N）沉降增加，改变了生态系统正常的生物地球化学循环，因此可能会对植物的养分回收特性产生影响。研究不同N、磷（P）、水梯度上，植物物种养分回收特性的响应格局，对于预测N沉降增加和降水格局改变对物种养分利用策略的潜在影响，具有一定的理论与实践意义。本研究以中国科学院植物研究所多伦恢复生态学实验站长期施N肥实验（0，1，2，4，8，16，32，64 g N m-2 yr-1等8个水平）为研究平台研究了克氏针茅（Stipa krylovii）群落中优势植物养分回收随N素添加梯度的变化，同时结合三个盆栽控制实验（施N肥实验：0，0.5，1，2，4，8，16，32，64，128 g N m-2等10个水平;施P肥实验：梯度同施N肥实验;控水实验：3600，4000，4500，5143，6000，7200，9000，12000，18000，36000 mL pot-1等10个水平），主要探讨了羊草（Leymus chinensis）养分回收效率（从衰老组织中回收转移的养分百分数，RE）和养分回收度（以枯叶中养分浓度衡量，RP）以及其它叶片养分特性(绿叶养分浓度和比叶面积SLA)对环境因子改变的响应格局。同时，我们还调查了枯叶C:N比和C:P比等参数，研究环境因子改变对凋落物分解的影响。 1）连续4年施N肥显著降低了五个物种叶片N素回收度（NRP），对P素回收度（PRP）的影响在各物种间差异较大，但低N提高了多数物种的PRP;物种间，冷蒿（Artemisia frigida）RP（枯叶N和P浓度分别为14.3±2.0 mg g-1和0.68±0.09 mg g-1）最低，砂韭（Allium bidentatum）（N：5.2±0.2 mg g-1，P：0.12±0.01 mg g-1）最高。沿施N梯度，N素回收效率（NRE）的变化趋势在物种间差异较小但在方法间（叶干重水平，叶面积水平和单株水平）差异较大，而P素回收效率（PRE）的变化在物种间和方法间差别都较大。叶干重水平和叶面积水平上，NRE在四个物种中表现出显著降低的趋势，PRE只在糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）和星毛委陵菜（Potentilla acaulis）中显著降低，其它三个物种变化不显著。单株水平上，所有物种NRE（除了克氏针茅）和PRE均与施N量梯度无显著性关系。物种间，砂韭的RE最高（＞80.0%），冷蒿和星毛委陵菜最低（＜60.0%）。方法间，叶片水平上的RE均高于单株水平上。沿施N肥梯度，两个禾本科物种SLA无显著变化规律，而其它三个物种SLA表现出先增加后变化不大的趋势。物种间，最高和最低的SLA分别表现在冷蒿和克氏针茅。沿施N肥梯度，五个物种C:N比呈先显著降低后缓慢降低的趋势。物种间，最大和最小的C:N比分别出现在砂韭和冷蒿。 2）盆栽施N肥实验中，一定范围内，施N肥显著提高了羊草地上地下生物量、SLA和绿叶N浓度，显著降低了C:N比、NRP、NRE和PRE，但对绿叶P浓度、叶片PRP和C:P比无明显影响。平均枯叶N浓度和枯叶P浓度分别为16.2 mg g-1和1.01 mg g-1，平均NRE和PRE分别为46.1﹪和58.1﹪。10月时，地下生物量和养分积累均高于地上部分。 3）盆栽施P肥实验中，一定范围内，施P肥显著地提高了羊草地上地下生物量、SLA、绿叶N浓度和绿叶P浓度，显著降低了C:N比、C:P比、NRP、PRP和PRE，但对NRE无显著影响。平均枯叶N浓度和枯叶P浓度分别为9.9 mg g-1和7.43 mg g-1，平均NRE和PRE分别为58.2﹪，平均PRE为56.1﹪。10月时地下部分生物量和N库积累均高于地上部分，而P库在两个部分间差别不大。 4）盆栽控水实验中，一定范围内，供水量增加显著增加了羊草地上地下生物量、SLA、NRP、PRP、PRE、C:N比和C:P比，显著降低了绿叶N浓度，但对绿叶P浓度和NRE无显著性影响。平均枯叶N浓度和枯叶P浓度分别为10.4 mg g-1和0.32 mg g-1，平均NRE和PRE分别为54.4﹪和76.8﹪。10月时，地下部分生物量和养分积累均高于地上部分。 以上结果表明，N、P和水分因子的改变影响了植物生物量和养分分配、叶片养分特性、养分回收能力以及枯叶分解质量等，且不同梯度影响程度也不同。因此，未来全球变化包括N沉降增加和降水格局改变可能影响植物养分利用策略和凋落物分解特性，进而可能对植被-土壤系统养分循环产生影响。

克氏针茅草原的碳通量与碳收支

植被和大气之间CO2通量的长期观测有助于理解陆地生态系统的碳循环及其控制机理，评价生态系统碳循环及其对未来气候变化的响应。本研究以中国北方克氏针茅草原为研究对象，以涡度相关法为主要技术手段，利用克氏针茅草原观测站碳通量的长期连续观测数据，探讨了环境因子在不同时间尺度上对克氏针茅草原光合生产力(GEP)、系统呼吸(Re)和净CO2交换(NEE)的影响，分析了克氏针茅草原碳通量的季节变化和年际碳收支动态。主要得到以下结论： (1) 温度和土壤水分是调控克氏针茅草原光响应曲线的关键环境因子。10-20oC是克氏针茅草原瞬时GEP的最适温度，15-20oC是日GEP的最适温度。GEP日总值随土壤水分的增加呈二次曲线关系，当土壤含水量(SWC)超过0.2 m3m-3时，GEP日总值不再增加。 (2) 克氏针茅草原Re同时受温度和土壤水分的控制。降雨脉冲对短期系统呼吸有激发作用。Lloyd & Taylor方程对Re的拟合效果好于指数方程。 (3) 克氏针茅草原表现出白天净碳吸收和夜间净碳释放的日变化特征，并且往往出现上午碳吸收强、下午碳吸收弱的不对称现象。降雨的季节分布通过SWC的季节变异间接影响克氏针茅草原NEE的季节变化。在日尺度上，NEE主要受温度和土壤水分的控制，10-20oC的空气温度有助于克氏针茅草原吸收CO2。在月尺度上，NEE主要受土壤水分的控制。 (4) 生长季的长度是决定克氏针茅草原源汇变化的关键因子。 (5) 克氏针茅草原的GEP、Re和NEE都具有非常明显的季节变化。冬季或干旱胁迫下量级较低，温暖和湿润季节的量级较高。干旱胁迫同时抑制植被的GEP和Re，对GEP的抑制强度更大，随着土壤水分的下降，不同尺度的NEE累积值逐渐向正值转变，即生态系统由碳汇转变为碳源。 (6) 克氏针茅草原2005年降雨量只有174mm，当年GEP和Re也是三年中最低的，只有101和169gCm-2yr-1;2006年降雨量为215mm，GEP和Re是三年中最强的，分别为149 和187gCm-2yr-1;2004年降雨量为297mm，接近多年平均，但大部分降雨发生在8、9月份，GEP和Re分别为141和190gCm-2yr-1。 (7) 克氏针茅草原在2004、2005和2006年碳收支分别为：49、68和37 gCm-2yr-1。未来全球气候的变暖可能对克氏针茅草原的碳汇功能产生负面影响，降雨的季节不均匀分布可能加强这种影响。

水、肥添加对内蒙古农牧交错区不同土地利用历史的草地群落结构和稳定性的影响

草地是我国陆地面积最大的生态系统类型，它在维持我国自然生态系统格 局、功能以及过程方面具有特殊的生态学意义。内蒙古草原是我国北方最重要的自然群落类型，对于维持当地的生态平衡和社会经济的可持续发展起着重要的作用。由于历史上人类的过度放牧以及开垦农田，加上气候的变化使得内蒙古草地大面积退化，并引发了许多生态、环境问题。研究土地利用历史对草地植物群落结构、组成和稳定性的影响对于退化草地的恢复和管理具有重要的意义。通过适当的水、肥管理措施加快退化草地的植被恢复，改善其生态服务功能是当前的紧迫任务，同时也将对理解未来气候变化对草地群落的影响具有重要作用。 本试验进行了内蒙古农牧交错区不同土地利用历史的草地（围封的天然草地和弃耕的草地）植物群落结构和稳定性的对比研究，并且讨论了模拟降水增加和氮、磷添加及其互作效应对群落结构、组成和稳定性的影响。结果表明： 1. 土地利用历史对草地植物群落的结构和稳定性产生了显著的影响。围封的天然草地比农田弃耕地具有更高的物种丰富度、均匀度和植被盖度。历史上草地的垦殖使群落结构发生极大的变化，造成物种多样性和均匀度的明显降低，同时，也降低了群落的稳定性，使弃耕地在环境的变化下更加脆弱。 2. 水分的添加显著地改善了群落的结构和功能。增水的处理增加了物种丰富度、密度、植被盖度和生产力。同时，添加水分也提高了群落的稳定性，对于加快内蒙古退化草地的恢复具有明显的作用。 3. 添加氮肥增加了植被盖度和群落的生产力，同时改变了群落的物种组成，增加了禾本科草的比例，尤其是增加了围封样地中克氏针茅（Stipa krylovii Roshev.）的盖度，在弃耕地主要增加了冰草（Agropyron cristatum (Linn.) Gaertn.）的盖度。不同的氮肥梯度之间只对植被盖度的影响存在差异，在功能群水平上，这种差异则存在于对禾本科草盖度的影响中。添加氮肥增大了物种丰富度在时间上的变异，在一定程度上降低了群落的稳定性。添加磷肥只增加了群落地上生物量，对群落结构和稳定性都没有显著影响。氮、磷肥同时添加增加了草地群落的生产力和植被盖度，在功能群水平上增加了禾草的盖度。二者的共同作用也增大了物种丰富度在时间上的变异，降低了群落的稳定性。 4. 同时添加水分和氮肥增加了植被盖度，在围封样地同时增加了禾草和杂类草的盖度，在弃耕地只增加了禾草的盖度；水分和氮肥结合也降低了群落盖度在时间上的变异。同时添加水分和磷肥改善了群落结构，增加了植被盖度、密度及地上生物量。在功能群水平上，增加了围封样地杂类草的盖度。同时添加水分和磷肥减小了植被盖度的时间变异，有利于群落的稳定。水分、氮肥和磷肥共同添加增加了植被盖度和群落的生产力，并且比其他处理组合效果更显著。在水、氮、磷共同作用下，禾草和杂类草盖度同时增加。同时添加水分、氮肥和磷肥也降低了群落盖度在时间上的变异。 由此可见，水分是决定内蒙古农牧交错区草地植物群落结构和生产力的最主要的环境因子，氮素对群落的结构和生产力起到调节的作用，而磷素只有在水分较为充足的条件下才能对群落产生显著影响。水分和养分的结合能够有效地改善群落的结构和功能，增加群落的稳定性，进而加快退化草地的恢复进程。

Drivers of soil net nitrogen mineralization in the temperate grasslands in Inner Mongolia, China

Soil net nitrogen mineralization (NNM) of four grasslands across the elevation and precipitation gradients was studied in situ in the upper 0-10 cm soil layer using the resin-core technique in Xilin River basin, Inner Mongolia, China during the growing season of 2006. The primary objectives were to examine variations of NNM among grassland types and the main influencing factors. These grasslands included Stipa baicalensis (SB), Aneulolepidum Chinense (AC), Stipa grandis (SG), and Stipa krylovii (SK) grassland. The results showed that the seasonal variation patterns of NNM were similar among the four grasslands, the rates of NNM and nitrification were highest from June to August, and lowest in September and October during the growing season. The rates of NNM and nitrification were affected significantly by the incubation time, and they were positively correlated with soil organic carbon content, total soil nitrogen (TN) content, soil temperature, and soil water content, but the rates of NNM and nitrification were negatively correlated with available N, and weakly correlated with soil pH and C:N ratio. The sequences of the daily mean rates of NNM and nitrification in the four grasslands during the growing season were AC > SG > SB > SK, and TN content maybe the main affecting factors which can be attributed to the land use type.

内蒙古大针茅草原碳循环模式初步研究

本文综述了全球碳循环研究、中国陆地生态系统碳循环研究及国内外草地生态系统碳循环研究的理论、方法、最新进展及主要成果。根据碱液吸收法对大针茅草原整个生长季土壤呼吸和地表凋落物分解的CO2排放速率的测定结果，分析了大针茅草原土壤呼吸和凋落物分解的CO2排放速率季节动态，并比较了二者对大针茅草原土壤呼吸和凋落物分解共同的CO2排放量的贡献。探讨了大针茅草原土壤呼吸和凋落物分解的CO2排放速率与各种生物因子、环境因子的关系，以及生物因子、环境因子对大针茅草原土壤呼吸和凋落物分解的CO2排放速率的协同作用;建立了土壤呼吸和凋落物分解的CO2释放速率与各种生物因子、环境因子及与它们的协同效应的回归模型。根据所建立的模型估算了大针茅草原土壤呼吸和凋落物分解CO2年排放速率。最后，计算了大针茅草原生态系统各碳库的贮量及它们之间的流量，建立了大针茅草原生态系统的碳循环模式，初步评价了大针茅草原目前对于大气碳库的源汇功能。 本文初步得出以下结论： 1)在整个观测期内，大针茅草原由土壤呼吸和地表凋落物分解的CO2排放速率的季节动态呈梯形曲线型，它在8月下旬达到最大值2.51gCm-2d-l; 2)大针茅草原土壤呼吸和凋落物分解速率的CO2排放速率季节变化趋势与地上生物量，尤其是地上绿色生物量部分的季节动态有一‘定同步性;地表凋落物层有减缓土壤向大气排放CO2的作用; 3)建立了大针茅草原土壤呼吸和凋落物分解速率的CO2排放速率y(gCm-2d-1)与绿色生物量x1(g)、降水量X2 (mm)的回归模型： Y= -1.556+0.0171 x+0.0169 X2 （当y≤1.5867时） Y= 0.6395 - 0.0059 x+0.0103 X2 （当y>1.5867时） 其相关系数r为0.9954。 4)根据建立的模型估算大针茅草原土壤呼吸和凋落物分解C02年排放速率为367.81gCm-2Y-1; 5)大针茅草原目前对于大气碳库来说是一个碳汇，它每年从大气中净吸收C02速率平均为147.5gCm-2Y-1。

克氏针茅群落地上/地下生物量分配及其对水热因子响应研究

碳循环研究已经成为目前生态学中的研究热点之一。草地生态系统在全球碳循环中占有重要地位，而且大部分草地处于对全球变化敏感的区域，也是研究生态系统对全球变化响应的关键地区。我国草地面积十分辽阔，占我国陆地面积的40%以上，具有极其重要的生态地位和作用。 在碳蓄积研究中，对地上碳库的估计比较容易，而对地下碳库的估计却由于方法上的局限造成估计的精度不高。因此，研究陆地生态系统中植物群落的地上/地下生物量分配模式，尤其是地下生物量的分配，对于全球碳蓄积的 研究具有重要意义。植物生长与环境因子密切相关，植物的生物量分配与环境因子也必然存在一定的相关关系，了 解植物的生物量分配与环境因子之间的关系，并建立相关模式，不但有利于减少生物量调查的工作量，而且能使碳蓄积量估计的精度大大提高。 (1) 本文通过对锡林郭勒草原上的克氏针茅植物群落进行了为期两年的地上和地下生物量观测，初步得到了克氏针茅群落地上/地下生物量分配规律： 2004年地上生物量表现为逐渐增加的趋势，6、7、8月地上生物量较低，9月显著增加，为8月的4.8倍。2005年地上生物量表现出明显的单峰曲线，8月达到峰值，为150.48 g•m-2。2004年地下生物量6月到7月明显增长，7月、8、9月逐渐减少。2005年地下生物量出现两次增加和两次减小的过程。地下生物量在不同层次的分配数量及所占比例存在差异。0~10cm分配的地下生物量最多，所占比例最大，往下各层基本表现出逐层递减的趋势。其中，0~30cm地下生物量占0~80cm总地下生物量的70％。 地下生物量与地上生物量的比值即为根冠比，根冠比也具有明显的季节变化。2004年从6月到9月根冠比表现为逐渐减小的趋势，最小根冠比值出现在9月，为9.22。2005年为明显的反抛物线形状，最小值出现在8月，为19.93。 (2) 分析克氏针茅群落地上生物量、地下生物量、根冠比三者关系的结果表明：克氏针茅草原群落地上生物量和根冠比的相关关系较为明显，而地下生物量与根冠比的相关关系较差。地上生物量与地下生物量的相关关系较好，呈正相关关系。地上生物量对根冠比变化的贡献较大，而地下生物量对根冠比变化的贡献较小。 （3）在观测生物量的同时，用小气候自动观测系统记录了同时期的降水和气温资料，通过分析克氏针茅群落地上、地下生物量及根冠比与降水、气温的关系，得出以下结论： 2004年和2005年地上生物量均与上月降水量有显著相关关系，而两年的地下生物量与降水量的相关关系较差。两年的根冠比变化与上月降水量也具有较好的相关关系。2004年地下生物量与上月平均气温的相关关系较好。2005年地下生物量与月平均气温的相关关系较差。2004和2005年地上生物量与月平均气温有很好的线性关系，但两年的相关关系正好相反。两年的根冠比与月平均气温的相关关系也表现的恰恰相反。 (4) 最后，分析了温室控制试验羊草种群的生物量分配对水热因子响应的阈值。得出以下结论： 土壤相对含水量范围为6065%、温度为26℃时的地上、地下干重都最大，表明这是羊草地上、地上部分生长最适宜的温度和土壤水分。土壤为相对含水量2530%、温度为20℃时根冠比值最大。 温度、土壤水分以及二者的交互作用对羊草根冠比的影响均达到极显著水平。但根冠比对不同温度和土壤水分的敏感度不同。根冠比在一定的温度范围和土壤相对含水量范围内发生敏感变化。

中国北方温带地区针茅和锦鸡儿属植物的分布格局模拟及气候变化影响评价

在我国，小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）、中间锦鸡儿（Caragana intermedia）、柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）、藏锦鸡儿（Caragana tibetica）和狭叶锦鸡儿（Caragana stenophylla）主要分布于北方温带地区，是造林、固沙、饲用及观赏的重要灌木，而贝加尔针茅（Stipa baicalensisi）、大针茅（Stipa grandis）、克氏针茅（Stipa krylovii）、本氏针茅（Stipa bungeana）、短花针茅（Stipa breviflora）、沙生针茅（Stipa glareosa）和戈壁针茅（Stipa gobica）是我国北方温带地区具有重要饲用价值和水土保持功效的多年生密丛禾草。这5种锦鸡儿灌木和7种针茅草本植物在东北、华北和西北地区的生态环境建设及社会经济发展中发挥特殊作用。关于它们地理分布与气候关系的深入研究十分必要，可以为其种质资源的开发和改善生态环境提供理论依据。 本研究首先全面收集这12个物种在中国北方温带干旱－半干旱地区的全部地理分布资料，利用ArcGIS 9.0软件绘制现状分布图。通过分析其现实分布格局，发现小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿在空间上呈现出从东到西的地理替代分布格局，继续向西南方向则分布有藏锦鸡儿，向西北方向分布有狭叶锦鸡儿。贝加尔针茅、大针茅、克氏针茅和戈壁针茅也在空间上呈现出自东向西的地理替代分布格局，克氏针茅向南被本氏针茅替代，短花针茅和沙生针茅没有明显的地理替代分布现象。5种锦鸡儿和7种针茅的分布范围分别又都有一定的重叠。 整理12个物种分布区内的气象台站长期记录，选择计算16个具有重要生物学意义的水热指标值;进而用方差分析、多重比较和因子分析相结合的方法，研究控制这5种锦鸡儿和7种针茅地理分布的主导驱动因子。结果表明：控制小叶锦鸡儿和中间锦鸡儿间地理分布差异的主导因子是水分因子，特别是湿度;水分因子同样是控制中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿间地理分布差异的主导因子，特别是生长季及年降水量;控制柠条锦鸡儿和藏锦鸡儿间地理分布差异的主导因子是夏季高温，控制柠条锦鸡儿和狭叶锦鸡儿地理分布差异的是冬季低温。控制贝加尔针茅、大针茅、克氏针茅和戈壁针茅间替代分布的主导气候因子是年降水量和生长季降水量。控制克氏针茅和本氏针茅间替代分布的主导气候因子是温暖指数。 运用耦合BIOCLIM模型的软件包“DIVA-GIS”模拟预测这5种锦鸡儿和7种针茅的现状潜在分布区及未来气候变化的影响。结果表明：现状潜在分布区与实际分布区均有很好的一致性;在CO2浓度加倍的未来气候情景下，这些植物都会向北大幅度迁移，在我国的分布范围均缩小，分布格局发生显著变化。用ROC曲线和Kappa统计值法验证模型表明，BIOCLIM的模拟精度较高。利用BIOCLIM模型绘制了这12个物种的生物气候分室图，并根据生物气候分室确定了物种的最适气候范围。 为了研究锦鸡儿和针茅分布对气候变化的敏感性，本文在现实气象数据的基础上模拟预测了不同降水与温度变化情景下（保持年降水量不变，年均温分别增加1℃、2℃、3℃和4℃;保持年均温不变，年降水量分别增加和减少10％）的物种分布范围，发现随着气温升高和降水量增加，全部锦鸡儿和针茅都会向高纬度地区缓慢迁移，而当降水量减少时，它们将向低纬度地区迁移。不同气候情景下的物种分布范围迁移幅度表明，5种锦鸡儿中狭叶锦鸡儿和中间锦鸡儿的脆弱性相对较大，7种针茅中克氏针茅和贝加尔针茅的脆弱性相对较大。气温的单独变化控制这些物种分布区的未来迁移。 最后，本文探索了锦鸡儿和针茅的气候变化影响的阈值。就核心分布区而言，小叶锦鸡儿、贝加尔针茅、大针茅、沙生针茅的气候变化影响阈值是气温升高4℃，降水减少10%;中间锦鸡儿和狭叶锦鸡儿是气温升高4℃，降水增加10%;柠条锦鸡儿和本氏针茅是气温升高4℃，降水不变;藏锦鸡儿是气温升高2℃，降水增加10%;克氏针茅和短花针茅是气温升高3℃，降水不变;戈壁针茅是气温升高1℃，降水不变。

Distribution and species diversity of plant communities along transect on the Northeastern Tibetan plateau

The distribution and species diversity of plant communities along a 600 km transect through the northeastern Tibetan Plateau (32 degrees 42'-35 degrees 07' N, 101 degrees 02'-97 degrees 38' E) with altitudes from 3255 to 4460 m are described. The transect started from the Youyi Bridge of Banma through Dari, Maqin and Maduo to Zaling Lake. The data from 47 plots along the transect are summarized and analyzed. The mean annual temperature, the mean annual rainfall and the length of growing season decreases from 2.6 to -4.5 degrees C, from 767.2 to 240.1 mm, from 210 to 140 days, respectively, along the transect from the southeastern Banma to northwestern Zaling Lake. The number of vascular plant species recorded in 47 plots is 242 including 2 tree, 34 shrub, 206 herb species. Main vegetation types on the transect from southeast to northwest are: Sabina convallium forest, Picea likiangensis forest, Pyracantha fortuneana + Spiraea alpina shrub, Hippophae neurocarpu shrub, Sibiraea angustata + Polygonum viviparum shrub, Stellera chamaejasme herb meadow, Potentilla fruticosa + Salix obscura + Carex sp. Shrub, Kobresia capillifolia meadow, P. froticosa + Kobresia humilis shrub, Caragana jubata + S. obscura shrub, Kobresia tibetica meadow, Kobresia pygmaea meadow, K. pygmaea + Stipa purpurea steppe meadow, Stipa purpurea steppe. Plant richness and diversity index all showed a decreasing trend with increasing of elevation along transect from southeast to northwest. Detailed information on altitudinal ranges and distribution of the alpine vegetation, vascular flora and environments over the alpine zone at northeastern Tibetan Plateau provides baseline records relevant to future assessment of probable effects of global climate changes.