【目的】研究荒漠草原猪毛蒿生长和代谢特征对降水变化的响应，可为荒漠草原植被恢复与重建提供参考。【方法】本文采用野外增减降水试验，于2017-2020年研究了降水改变（增水30%、对照和减水30%）条件下猪毛蒿生长特征及其代谢产物，旨在探讨猪毛蒿生长代谢对降水改变的响应机制。【结果】在降水量较多的2018年（385.6 mm），降水改变对猪毛蒿生长影响较小，而在降水较少的2020年（205.8 mm）猪毛蒿的地上生物量、密度、株高和冠幅对降水变化响应显著。在猪毛蒿茎叶中检测出772种代谢物，主要包括黄酮、酚酸类、脂质等。3种降水处理间具有显著差异的43种代谢物主要是黄酮、酚酸类、有机酸、脂质、氨基酸及其衍生物等。增加和减少降水处理间出现差异的代谢物为52种，差异代谢物以上调为主，上调数量占到了差异代谢物数量的76.07%，而增减水和对照处理三者间共同的差异代谢物仅为2种，说明水分可显著影响猪毛蒿生长代谢。在代谢通路方面，降水量改变主要影响了猪毛蒿茎叶的花青素生物合成通路、精氨酸生物合成与淀粉和蔗糖代谢通路。【结论】荒漠草原猪毛蒿通过增强地上生物量、密度、株高和冠幅等表型可塑性来适应降水的变化，降水偏枯年份的表型可塑性变异比丰水年更明显，而且降水变化可显著改变猪毛蒿茎叶代谢物，这可能是干旱环境下猪毛蒿生理可塑性的表现。虽然本研究发现了猪毛蒿在不同降水处理下差异明显的KEGG代谢通路，但差异通路上具体的调控机制还需要进一步深入探究。

在宁夏盐池县荒漠草原区选择3种生境(风沙土、风化基岩残积土、灰钙土),利用野外增减雨试验装置,对猪毛蒿(Artemisia scoparia)进行连续两年的数量动态及生长监测。通过编制动态生命表,分析了猪毛蒿种群在异质生境下的生存状况。结果表明,猪毛蒿种群的存活曲线接近于Deevey-Ⅰ型,呈凸型。猪毛蒿数量在年际间存在显著差异(2018年数量多于2017年),且均于7月份达到峰值。从土壤类型来看,灰钙土生境下猪毛蒿种群存活数和累积生存率高于风沙土和风化基岩残积土。从增减雨条件来看,风沙土生境,2017年增雨区内种群的标准化存活量高于正常区和减雨区,2018年则与之相反;而风化基岩残积土、灰钙土生境,增雨区的标准化存活量均较低,这主要是由降水和种内竞争作用导致的。综合分析,灰钙土生境下猪毛蒿种群的存活量较多;降水量一定程度影响了猪毛蒿的存活,在较多的年份里,猪毛蒿的种内竞争加剧,进而降低了种群存活量。

利用遮雨棚技术对宁夏盐池县荒漠草原降水量进行人为调控，分析了不同降水梯度[33%、66%、100%(正常降水)、133%和166%]下植物群落地上部分和地下部分，以及土壤的生态化学计量特征，以探讨不同降水梯度对荒漠草原生态系统化学计量学特征的影响。结果表明：1)植物群落地上部分碳(C)随降水的增加逐渐减少，氮磷比(N:P)在正常降水下显著(P 0.05)。研究结果表明，降水变化可改变植物养分分配，增加土壤养分积累，但降水变化过程下荒漠草原植物与土壤间元素耦合关系整体较弱。

针对中国草原、荒漠草原生态系统承载的温室气体量在区域大尺度上无法有效量化的问题,本研究通过生态系统温室气体值(green-house gas value,GHGV)模型,利用国内1990–2015年共6期的草原、荒漠草原的土地利用数据,开展草原时空变化分析,结合全球和中国本地化后的两套模拟参数分别模拟分析中国草原、荒漠草原近25年来对3类主要温室气体(CO2、CH4、N2O)的封存潜力。结果显示,研究时段内,草原、荒漠草原的面积呈下降趋势,对温室气体的封存潜力有所减弱,封存的温室气体减少了1.93 Pg·CO2-eq–1。通过对比参数本地化和模型自带参数的模拟结果发现,本地化参数后草原、荒漠草原生态系统的温室气体模拟值均大于使用全球参数的模拟值。本研究同时发现,从草原面积到草地的碳储量,当前研究均面临量值差异的挑战,亟待开展更多深入的研究。

全球降水格局的改变势必会影响陆地生态系统的各项功能，而草地碳汇功能对水分的变化极为敏感。为探究不同降水梯度对生态系统碳交换产生的影响，于内蒙古四子王旗荒漠草原设置模拟降水试验(减水50%、自然降水、增水50%和增水100%)，在2017年5月至9月，每隔15 d采用Li-6400便携式光合仪和密闭式箱法测定生态系统净碳交换(NEE)、生态系统呼吸(ER)和总生态系统生产力(GEP)。结果表明:1)增水处理显著增加了土壤含水量、地上生物量(P

【目的】研究不同放牧强度下荒漠草原植被地上部、根系碳密度及土壤有机碳含量的动态变化,旨在揭示不同放牧强度对荒漠草原植被、土壤碳截存的影响。【方法】在内蒙古苏尼特右旗荒漠草原试验示范基地,设置轻度、中度、重度、极重度放牧和围栏封育(对照区,CK)5个处理,于2012-05-09测定不同放牧强度下荒漠草原植被地上部碳密度、根系碳密度及土壤有机碳含量。【结果】在5-9月,随着放牧强度的增加,荒漠草原植被地上部、0~30cm土层根系碳密度及土壤有机碳含量均呈下降趋势。除轻度放牧区外,其他强度放牧区地上部碳密度与对照区均有明显差异。在不同放牧强度下,荒漠草原地上部碳密度5-9月的动态变化规律一致,均呈单...

荒漠草原地区草地的灌丛化使得草地资源空间分布具有异质性,并且灌丛的自持能力也逐渐得到了增加。荒漠草原灌丛沃岛是荒漠草原地区灌木灌丛下限制性土壤资源的显著聚集现象,其中的资源为土壤水分、养分、微生物、动物以及由灌丛带来的非生物环境等的总和。沃岛集聚养分,改善土壤构造,在养分的空间和养分循环中发挥着重要的生态和水文效应,成为许多生物物种,包括草本植物和小型动物的庇护所,这种效应被称之为"沃岛"效应。"沃岛"效应的发生很可能促进了灌丛化草地的形成和维持,同时也加速了草原的荒漠化过程。"沃岛"效应的存在是荒漠草原受损生态恢复与重建的重要基础和依据。学者对于"沃岛"效应引起的土壤资源的异质性分布研究较深,但对于养分在灌木植物下土壤表层的积累研究较浅。如何把握"沃岛"效应各个复杂过程中植物、土壤和土壤生物扮演的确切角色,还亟待解决。本文从"沃岛"的概念和形成机制出发,对"沃岛"的结构特征和生态效应以及土壤与植被系统的关系进行了总结,对于深入了解"沃岛"效应的机理具有重要的意义,也对荒漠草原地区的植被演替和恢复重建具有重要的生态学意义,同时也为荒漠草原地区的水土治理提供基础理论。

【目的】研究荒漠草原不同放牧强度下植物补偿性生长特征。【方法】通过不同放牧强度试验,研究荒漠草原植物种群,包括赖草(Leymus secalinus)、长芒草(Stipa bungeana)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)和牛枝子(Lespedeza potanimii)等4种主要饲用植物的地上净初级生长量。【结果】荒漠草原植物在不同放牧强度下补偿性生长不同,在绵羊放牧强度0.60只/ha(2005年)或0.75只/ha(2006年)时表现为等补偿生长,小于此强度时则发生超补偿生长,大于此强度表现为欠补偿生长。4种主要饲用植物种群在不同放牧强度下补偿性生长特征也不尽相...

[目的]在全球气候变化背景下,分析中国温带草原和荒漠区域春季物候变化趋势,探索该区域春季物候与气候因子之间的关系。[方法]利用1982—2015年归一化植被指数(NDVI)数据集,提取中国温带草原和荒漠区域植被生长季开始日期(SOS),评估整个研究区及草甸、草原和荒漠SOS的线性趋势。利用偏相关和多元线性回归方法,分析SOS与季前(5月—上一年11月)温度和季前降水的关系,并分析SOS对气候变化响应的空间模式。[结果]1982—2015年中国温带草原和荒漠区域SOS以0.14 d·a~(-1)的速率显著提前。空间上,68%的地区呈提前趋势,32%的地区呈延迟趋势。SOS与不同季前时期的平均温度和降水均呈负相关,且与季前平均温度的相关性更显著。SOS分别与季前40 d平均温度和季前200 d降水的相关性最大。1982—2015年,季前(40 d)平均温度上升1℃,SOS显著提前1.31 d;季前(200 d)降水增加10 mm,SOS提前0.44 d。空间上,长期平均季前(200 d)降水增加10 mm,SOS温度敏感性增加0.093 d·℃~(-1),SOS降水敏感性降低0.019 d·10 mm~(-1)。[结论]过去34年中国温带草原和荒漠区域SOS表现提前趋势。季前平均温度是控制SOS变化的主要因子。季前平均温度升高和季前降水增加会导致SOS提前。季前降水决定SOS温度敏感性和SOS降水敏感性的空间格局。季前降水越多的地区,SOS对季前平均温度越敏感;季前降水越少的地区,SOS对季前降水越敏感。

为探究宁夏东部荒漠草原灌丛引入过程中土壤呼吸响应特征,选取封育草地、放牧地及不同灌丛年限(22、12、3年)和间距(40、6、2 m)的柠条灌丛地(Caragana korshinskii),开展草原–放牧–灌丛引入中土壤呼吸、水分、碳氮、微生物及相关研究。结果表明:0–10 cm土层土壤水分具有明显季节变化,灌丛引入加剧深层土壤水分消耗。土壤呼吸响应表层土壤水分的季节变化,灌丛引入后土壤呼吸减弱,不同年限灌丛地与封育、放牧草地无显著差异(P>0.05),但随间距的缩小差异显著(P 0.05)。灌丛引入使各菌群数量显著增加(P <0.05)。

【目的】研究宁夏东部荒漠草原灌丛转变土壤含水量和植被地上生物量的空间特征，探求荒漠草原植被承载的适宜土壤水分生态阈值，以期为优化荒漠草原植被恢复模式提供理论依据。【方法】利用GIS和地统计学方法，对该地区43个典型的荒漠草原-灌丛镶嵌体区域分别进行草地和相邻灌丛0～200 cm土层土壤含水量及植被地上生物量的空间异质性分析。【结果】经典统计分析表明：0～200 cm土层的平均土壤含水量表现为草地(6.23%)大于灌丛(5.47%),在80～200 cm土层尤为明显，草地和灌丛土壤含水量分别为1.37%～25.36%和1.5%～19.58%;草地和灌丛的0～200 cm土层土壤含水量变异系数为28.94%～62.30%,均属中等变异，且灌丛土壤含水量的变异系数较高；草地和灌丛地上生物量分别为0.06和0.56 kg·m~(-2),两者的变异系数均为中等变异。地统计分析表明：0～200 cm土层土壤含水量的结构方差比[C/(C_0+C)]表现为草地(0.75)大于灌丛(0.64),且均随土层加深而逐渐减小；土壤含水量的变程(A_0)表现为灌丛(45.84 km)显著大于草地(18.56 km)(P

为了研究大气氮沉降和降水变化对荒漠草原物种多样性及地上、地下生物量的影响,设置自然降雨(CK)、增雨30%(W)和减雨30%(R)3个水分处理及0(N0)、30(N30)、50(N50)和100 kg·(hm2·a)-1(N100)4个氮素(NH4NO3)水平(其中不包括大气氮沉降),进行水氮交互试验。结果表明,1)CK×N和R×N处理下荒漠草原物种多样性随着施氮量增加,整体呈现先上升后下降的趋势,N30水平达到最大,W×N处理下随着施氮量增加物种多样性显著降低(P<0.05)。2)对比W×N0处理,CK

【目的】 了解水氮控制对荒漠草原中小型土壤动物的影响，进而从土壤动物角度解读全球变化对荒漠草原的生态效应。【方法】2014年植物生长季，以内蒙古自治区乌兰察布市四子王旗短花针茅荒漠草原为研究对象，设置对照(CK，自然降雨状态)、减雨(R)、增雨(W)、施氮(N)、减雨施氮(R+N)和增雨施氮(WN) 6个处理，观测不同处理中小型土壤动物群落和土壤环境参数的变化。【结果】短花针茅荒漠草原共捕获中小型土壤动物333 079.5只/m2，隶属于节肢动物门的4纲10目47科，主要为弹尾纲(Collembola

为了研究长期放牧效应和短期降雨改变对草原生态系统植被特征的影响,以长期控制载畜率(禁牧、轻度放牧、中度放牧、重度放牧)试验为基础,分析模拟不同降雨梯度(减少环境降雨50%、环境降雨、增加环境降雨50%和100%)下植物群落个体数量特征、物种多样性以及地上生物量对水分变化的响应。结果表明:1)长期放牧和短期降雨改变均显著影响群落盖度(P<0.05),群落盖度随放牧强度的增加而减少,却随降雨的增加而增大;2)短期降雨改变对物种多样性影响显著(P<0.05),中度放牧后在增加环境降雨100%处理下,最多出现22种物种;3)长期放牧和短期降雨改变对地上生物量均有显著影响(P<0.05),禁牧样地在环境降雨处理下地上生物量最高,为408.3g·m-2,重度放牧样地在减少环境降雨50%处理下地上生物量最低,为118.2g·m-2。

【目的】研究燕麦/箭筈豌豆混播及燕麦单播草地产量和水分利用对施肥的响应,以探明混播及施肥影响人工草地水分利用的效应及机理,并提出青藏高原荒漠草原区水分高效利用的栽培草地播种和施肥模式。【方法】大田试验于2017年和2018年在青海省乌兰县金泰牧场开展,试验设置2个种植方式,分别为燕麦/箭筈豌豆混播和燕麦单播,设置2个施肥水平,分别为高肥(120 kg N·hm~(-2), 103 kg P_2O_5·hm~(-2))和低肥(60 kg N·hm~(-2), 51.5 kg P_2O_5·hm~(-2)),共4个试验处理,完全随机区组设计。所有处理在春季播种前进行灌溉,生育期无灌溉。试验测定指标包括主要生育时期人工草地地上生物量、植株氮含量、土壤体积含水量等,计算指标包括牧草生育期内耗水量、干物质水分利用效率和粗蛋白水分利用效率。【结果】通过混播和施肥均可大幅提高草地产量,2017年和2018年高肥处理干物质产量比低肥处理分别提高34.7%和9.7%,粗蛋白产量分别提高41.3%和20.4%,混播处理干物质产量比单播处理分别提高14.4%和9.2%,粗蛋白产量分别提高74.7%和62.9%。混播高肥处理产量为所有处理中最高,2017年收获期干物质和粗蛋白产量分别为10 251.7和827.2 kg·hm~(-2),2018年分别为7 589.3和570.2 kg·hm~(-2)。通过增施化肥增加了草地的水分消耗,同时大幅度提高了草地水分利用效率。2017和2018年两个生长季中高肥处理牧草耗水量分别比低肥处理增加6.2%和4.3%,干物质水分利用效率提高了21.0%和4.9%,粗蛋白水分利用效率提高了30.1%和17.4%。通过混播也增加了草地的耗水量,对草地的干物质水分利用效率影响不显著,但大幅提高了蛋白质水分利用效率。2017和2018年混播草地耗水量分别比单播处增加17.9%和9.2%,干物质水分利用效率比单播处理提高-5.9%和0.5%,粗蛋白水分利用效率比单播处理提高46.7%和51.3%。【结论】通过混播和合理施肥能够减少土壤水分无效蒸发、促进土壤贮水有效利用,提高栽培草地产量、品质及水分利用效率,推荐在高寒荒漠草原区有春季灌溉条件的草地使用。研究可为我国高寒干旱、半干旱区栽培草地建设和优良饲草生产提供一定的借鉴。