内蒙古典型草原野生草坪草种的收集和栽培试验

试验对内蒙古典型草原进行了草坪草种质资源调查,经过野外观察采集了20种草种,并进行了盆栽和建坪试验。结果发现,很多野生的草种都是很好的草坪草材料,如苔草属(Carex)和塔草属(Koeleria)的一些草种表现出巨大的潜力。最后提出了我国草坪草种质资源调查和育种工作的一些建议。

氮磷添加对内蒙古温带典型草原土壤微生物群落结构的影响

选取内蒙古温带典型草原,进行连续6a氮磷添加试验,采用土壤特征微生物PLFA生物标记技术,研究6个氮添加水平N0(0 kg N hm-2a-1)、N1(56 kg N hm-2a-1)、N2(112 kg N hm-2a-1)、N3(224 kg N hm-2a-1)、N4(392 kg N hm-2a-1)、N5(560 kg N hm-2a-1)和6个磷添加水平P0(0 kg P hm-2a-1)、P1(15.5 kg P hm-2a-1)、P2(31 kg P hm-2a-1)、P3(62 kg P hm-2a-1)、P4(93 kg P hm-2a-1)、P5(124 kg P hm-2a-1)对土壤特征微生物PLFA生物标记数量和土壤微生物群落结构的影响。结果表明:(1)随氮添加量增加,土壤微生物总磷脂脂肪酸(PLFA)含量和土壤细菌PLFA生物标记数量、放线菌PLFA生物标记数量呈上升趋势,土壤G+/G-呈增加趋势;各氮添加水平对土壤真菌PLFA生物标记数量无显著差异,随氮添加量增加,土壤真菌/细菌比降低。(2)随磷添加量增加,土壤总磷脂脂肪酸(PLFA)含量、土壤细菌PLFA生物标记数量、放线菌PLFA生物标记数量、真菌PLFA生物标记数量及真菌/细菌比值呈先上升后下降趋势,均以P3水平(62 kg P hm-2a-1)处理最高,说明适宜的磷添加对内蒙古温带典型草原土壤微生物繁殖和菌落结构有显著影响。

植物在高速公路边坡防护中的应用

高速公路的建设带来了一系列的生态问题。植物应用于边坡的防护和绿化是防止水土流失、改善公路生态环境、减少生境片段化、保护生物多样性的有效方法。简述了边坡防护的三种方法(工程防护、生物防护、工程结合生物防护),重点介绍了植物在高速公路边坡防护中的作用。讨论了三种方法的适用范围,并阐述了施工中应注意的问题以及后期管理。同时,还提出了植物配置、景观设计中应遵守的一些原则,以及今后的研究方向。

钨硅二元体系化合物稳定性、力学性能和电子结构的理论计算研究

钨硅二元体系化合物除了具有难熔金属硅化物共有的高熔点、高强度、强的抗氧化性和抗形变能力的同时,还表现出了许多其它卓越的性能特点,目前已得到广泛的应用。基于密度泛函理论对钨硅二元体系所形成化合物WSi_2和W_5Si_3的稳定性、力学性能和电子结构进行了研究。通过计算5种钨硅二元体系相结构的点阵常数、形成焓、弹性常数、体模量、剪切模量、拉伸模量、泊松比、各向异性因子以及维氏硬度等物理量得到其晶体结构和力学性能等信息。此外,通过对WSi_2和W_5Si_3的总体和局部态密度的计算得到钨硅二元体系化合物的成键机制。计算结果表明,在钨硅二元体系化合物的5种稳定相结构中,β-WSi_2表现出了最高的稳定性和力学性能。态密度的计算结果也进一步证实了这一点。同时,态密度的计算结果表明这5种稳定相结构的成键机制均是较强的共价键和一定程度金属键的混合。结果可对基于钨硅二元体系化合物的新材料的设计提供新线索和理论基础。

保水剂与木质素结皮相结合对沙化土地植被恢复的调控机理

[目的]阐明施用保水剂与木质素结皮结合的恢复措施对沙地植被的调控机制,为荒漠草原沙地植被恢复提供理论依据。[方法]在内蒙古自治区乌拉特荒漠草原设置试验样地。试验处理包括对照和恢复措施(保水剂与木质素结皮结合)两个处理。测定了植物地上生物量、盖度、土壤含水量、土壤团聚体比例、土壤入渗速率、稳渗速率、碱解氮、速效磷和速效钾的含量。[结果]①恢复措施显著提高了植物地上生物量和盖度;②恢复措施提高了水稳性大团聚体比例、入渗速率和稳渗速率,降低了微团聚体的比例,从而显著提高了土壤含水量;③恢复措施显著提高了土壤碱解氮、速效磷和速效钾的含量。[结论]恢复措施提高了土壤含水量和养分含量,提高了沙地植被生产力,从而促进了沙地植被的恢复。

半干旱典型草原养分添加对优势物种叶片氮磷及非结构性碳水化合物含量的影响

在7年的养分添加(对照、低磷、低氮、低氮高磷和高氮低磷)试验基础上,测定了内蒙古半干旱典型草原优势种大针茅(Stipa grandis)和羊草(Leymus chinensis)叶片氮、磷、可溶性碳水化合物和淀粉含量。结果表明:两物种叶片氮、可溶性碳水化合物、淀粉及非结构性碳水化合物含量对养分添加有显著的响应(P<0.05),养分添加与物种有显著的交互作用(P<0.05);加氮显著增加了两物种植物叶片氮含量(P<0.05),单加N处理显著降低了两物种叶片中的淀粉含量(P<0.05),单加磷处理显著增加了羊草叶片可溶性碳水化合物含量(P<0.05),高氮低磷处理显著降低两物种叶片非结构性碳水化合物总量(P<0.05)。大针茅叶片各变量对磷添加无明显的响应,其叶片相对较高的C/N、C/P和可溶性碳水化合物/淀粉比,表明其具有相对较高的可直接利用的碳水化合物以及较高的氮、磷养分利用效率;羊草对外源养分的添加具有相对较强的竞争吸收能力。

全球变化联网控制实验的创新性设计:以我国草地生态系统水热要素联网控制实验为例

全球变化已对陆地生态系统结构和功能产生深远影响,明确生态系统对全球变化的响应和适应机制是实现人类对生态系统服务可持续利用的前提。联网实验是理解区域乃至全球尺度生态系统结构功能对全球变化要素响应和适应的重要手段。科学的顶层设计有利于实现联网数据间融合、比对以及分析,进而支撑普适性生态学理论的发展。本文从全球变化联网控制实验的研究进展、发展需求、创新性设计及研究展望等几方面,综合阐述未来全球变化联网控制实验设计的理论基础、方法学原理以及全新的实验网络设计理念,并以我国草地生态系统为例,以空间基准点理念(水热均值点)为突破口,提出了我国草地生态系统联网实验创新设计技术体系,以期推动未来区域和全球尺度控制实验的联网研究发展。

呼伦贝尔草原土壤养分及生物学特性对氮沉降的响应

针对在我国开展的草地生态系统氮沉降的研究主要集中在内蒙古温带草原,以及氮沉降模拟与真实的氮沉降输入存在较大差异这些问题,本研究于2014年在内蒙古呼伦贝尔草原设置双因素模拟氮沉降试验平台,包括普通尿素与缓释尿素两种氮沉降模拟方式和8个氮沉降水平(0、25、50、75、100、150、200与300 kg N·hm^(-2)·a^(-1)),试验开展3年后,于地上植被生长旺盛时期(2016年8月)采集土壤样品,考察土壤养分及生物学特性对不同氮沉降模拟方式及氮沉降水平的响应.结果表明:氮沉降对呼伦贝尔草原土壤化学性质、生物学性质和酶活性均产生了显著影响.随着氮沉降水平的增加,土壤pH最高下降约0.2个单位,可溶性全氮(TDN)最高增长5~7倍,可溶性有机碳(DOC)增加了12%~36%,土壤全磷含量出现了降低的趋势;微生物量和代谢活性先增加后降低;与土壤碳氮磷转化相关的酶活性在中等氮沉降水平下显著增加.相对于普通尿素,缓释尿素模拟氮沉降减缓了土壤pH下降与可溶性养分增加的程度;使微生物量和代谢活性,以及与氮转化相关的酶活性的变化趋势相对平缓.该区域研究结果印证了氮持续输入造成土壤pH下降、生物有效性养分增加,从而对微生物量与活性、酶活性产生影响的结果.

草甸草原土壤碳/氮矿化潜力及土壤微生物水分敏感性对极端干旱的响应

土壤碳、氮矿化是生态系统养分循环的关键过程,受到水分供给的强烈影响。本研究对极端干旱处理(连续3年生长季减少66%降水)的内蒙古草甸草原野外取土,采用超低温冻干后再调节土壤水分至3%、8%、13%、18%、25%和35%6个水平进行室内培养,研究极端干旱处理后土壤碳/氮矿化潜力以及土壤微生物对水分变化的敏感性。结果表明:与对照(自然降雨)相比,极端干旱处理后,6个培养水平的平均土壤氮矿化潜力显著提高14.2%,但未显著影响土壤碳矿化潜力。极端干旱显著提高土壤微生物生物量氮和土壤可溶性有机碳26.8%和26.9%。无论是对照还是极端干旱处理,土壤氮矿化潜力、碳矿化潜力和微生物生物量碳和氮均随着土壤含水量增加而增加,而可溶性有机碳从较低水分的培养水平(3%和8%)到较高水分的培养水平(>13%)显著降低,表明底物的扩散起到重要作用。极端干旱处理显著提高了碳矿化初始脉冲强度,表明极端干旱提高了土壤微生物对水分的敏感性。极端干旱显著降低了土壤碳矿化潜力/氮矿化潜力的比值,表明长期干旱可能会降低土壤碳、氮循环过程的耦合作用。极端干旱对土壤碳矿化和氮矿化过程的影响存在差异,激发了土壤微生物对水分的敏感性,弱化了碳、氮循环过程的耦合关系,并进一步影响中国北方草甸草原生态系统的生物地球化学循环过程及草地生产力。

氮素添加对草原不同冠层植物光合作用的影响

氮沉降对植物的生理生态特征具有重要影响,草原不同冠层植物光合特性对氮沉降的响应不同。通过向内蒙古典型草原人工施加氮肥模拟氮沉降,测定上层代表性植物羊草(Leymus chinensis)及下层代表性植物黄囊苔草(Carex korshinskyi)的光合速率(Pn)、水分利用效率(WUE)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)等光合特性指标及生物量,分析氮沉降对草原不同冠层植物的影响。结果表明:羊草净光合速率随着氮添加量增加呈先上升后下降趋势,而黄囊苔草净光合速率随着氮添加量增加呈上升趋势。氮添加增加了羊草的水分利用效率、生物量和相对生物量,但是对黄囊苔草的水分利用效率、生物量和相对生物量没有影响。在施氮量高于0.8 mol·m-2后,黄囊苔草的气孔导度和蒸腾速率极显著高于羊草(P<0.01);整体上看,随着氮添加梯度黄囊苔草蒸腾速率呈现增加的趋势,而羊草的气孔导度和蒸腾速率的变化没有明显的规律。典型草原区不同冠层植物的光合特性对氮添加具有不同的响应,上层植物对下层植物光合作用的限制较小。

降水量和短期极端干旱对典型草原植物群落及优势种羊草(Leymus chinensis)叶性状的影响

植物叶性状在植物响应环境变化中具有重要作用。在气候变化的背景下,典型草原植物叶性状如何响应降水格局与短期极端干旱还不十分清楚。利用野外控制试验,研究了降水量(323 mm和236 mm)和短期极端干旱(生长季减雨66%和生长季干旱60 d)对典型草原植物群落及优势植物羊草(Leymus chinensis)叶性状的影响。结果表明:降水格局显著影响着植物群落和羊草的叶性状(P<0.05),短期极端干旱对典型草原群落和羊草叶面积具有显著影响(P<0.05)。随着降水量的减少,群落和羊草的叶面积与叶干物质含量降低,而比叶面积与叶片氮含量增加。降水格局与短期极端干旱交互作用显著影响着群落的叶面积与叶片氮含量(P<0.05),323 mm降水量下短期极端干旱显著降低了叶面积,266 mm降水量下生长季干旱60 d增加了叶片氮含量。降水格局与短期极端干旱交互作用也显著影响着羊草叶面积与比叶面积(P<0.01),323 mm降水量下短期极端干旱降低了叶面积,266 mm降水量下生长季干旱60 d显著增加了比叶面积。回归分析表明,不同处理下羊草叶面积、叶干物质含量、叶片氮含量能较好地解释群落叶性状。典型草原植物群落通过优势植物的主要叶性状改变来适应降水格局变化,而通过叶面积改变来适应短期极端干旱。

长期氮添加对内蒙古典型草原植物地上、地下生物量及根冠比的影响

氮沉降的增加显著改变了生态系统功能和过程。大量研究表明,氮添加会提高生态系统生产力,然而,大部分研究集中在地上生物量,对地下生物量以及根冠比的研究较少。我们在内蒙古典型草原进行了7年的氮添加实验,设置6个氮添加水平,分别是N0(0)、N1(5.6 g N·m^-2)、N2(11.2 g N·m^-2)、N3(22.4 g N·m^-2)、N4(39.2 g N·m^-2)、N5(56 g N·m^-2),测定植物地上和不同土层(0~10、10~30、30~50和50~100 cm)地下生物量并计算根冠比,研究不同氮添加水平对植物地上、地下生物量和根冠比的影响。结果表明:(1)与对照相比,低氮添加水平(N1和N2)未显著增加地上生物量,高氮添加水平(N3~N5)显著增加了地上生物量(96%~117%),且各高氮添加水平间差异不显著;(2)不同氮添加水平下,植物地上生物量的氮响应效率(NRE)均大于0且呈下降趋势,相邻氮添加水平的NRE差值(ΔNRE)仅在N3水平下显著增加,说明地上生物量在N3水平下达到饱和;(3)氮添加未显著改变不同土层以及整个土壤剖面上的地下生物量,且对各土层地下生物量的占比情况无显著影响;(4)与对照相比,N1和N2未显著改变植物的根冠比,N3~N5显著降低了植物根冠比。综上所述,氮沉降增加会提高植物地上生物量,对不同土层根系的影响比较复杂,需要更多的研究来明确地下生产力对氮沉降增加的响应规律。

降水变化和养分添加对呼伦贝尔草甸草原土壤呼吸的影响

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,研究土壤呼吸对降水变化和养分沉降的响应有助于评估全球变化对生态系统碳循环的影响。然而,目前降水变化和养分沉降对土壤呼吸的交互影响研究相对较少。本研究以呼伦贝尔草甸草原为对象,通过增减雨和养分添加,模拟研究降水变化和养分沉降及其交互对草甸草原土壤呼吸的影响及其机制。结果表明:增雨对土壤呼吸没有显著影响,干旱显著降低了土壤呼吸;养分添加对土壤呼吸有一定的抑制作用,但其与降水变化的交互作用不显著。增雨显著增加了土壤湿度,但对土壤温度没有显著影响;相反,干旱显著降低了土壤湿度,增加了土壤温度;养分添加显著增加了可溶性无机碳、无机氮和地上净初级生产力,降低了土壤湿度。土壤呼吸与土壤湿度、微生物生物量碳、微生物生物量氮呈显著正相关,而与土壤温度呈显著负相关;土壤湿度、土壤温度、微生物生物量碳和微生物生物量氮可以分别解释土壤呼吸56.3%、26%、16.6%和19.6%的变异,表明土壤水分是调控土壤呼吸的关键因子。本研究有助于增强对全球变化背景下草甸草原土壤呼吸的理解和认识。

不同改良措施提高沙地初级生产力的机制:土壤微环境

土壤微环境恢复是实现沙地和沙化草地恢复的基础。然而,改良措施如何作用于土壤微环境从而提高沙地初级生产力的机制并不清楚。本研究在内蒙古锡林郭勒半固定沙地开展改良措施修复试验,设置对照、立体措施(结皮+保水剂)和综合措施(撒种+结皮+保水剂)处理,测定土壤物理性状(土壤容重、团聚体、温度和水分)和植物生物量,研究不同改良措施对沙地土壤微环境的影响。结果表明:立体措施和综合措施均改善了土壤结构(土壤容重降低、水稳性大团聚体增加),降低了水分蒸发,提高了土壤入渗,从而提高了土壤含水量;两种改良措施均降低了夏季日均温,这有利于减少水分蒸发,立体措施提高了早春日均温,可能会促进植物的萌发,从而提高雪水的利用率;两种改良措施均降低了温度日变化,白天较低的温度有利于降低水分的蒸发;综合措施较立体措施增加了撒种处理,提高了植物生物量,反过来又改善了土壤微环境,改良效果更佳。本研究揭示了立体措施和综合改良措施改善沙地土壤微环境,从而提高初级生产力的机制,为沙地和退化草原改良提供了理论支持,同时也具有重要的实践意义。