高寒草地沙化过程植物群落构成及生态位特征变化

草地沙化是目前面临的重要环境问题,会对草原地区牧草生产与居民生活环境产生影响。目前对沙化草地的研究主要集中在植被与土壤性质的变化,对物种之间关系的变化并未进行深入探究。基于经典的生态位理论,利用空间代替时间序列的方法,通过调查高寒草地沿沙化梯度的植物群落变化特征,分析沙化演替过程中高寒草原植物群落构成、生态位宽度以及生态位重叠(O)的变化,探索沙化过程植物种群的资源利用状况及生态适应能力,以期为青藏高原高寒草原植物多样性维持机制与沙化草地植被恢复提供参考依据。结果发现,随着沙化程度的加重,群落盖度和地上生物量呈现逐渐降低的趋势。不同的是,物种丰富度、辛普森指数和香农-维纳指数的最大值出现在轻度沙化梯度,而后呈显著降低趋势(P<0.001),但Pielou指数在各沙化梯度间差异不显著(P=0.634)。通过计算重要值发现,沙化梯度之间群落结构变异较大。相关性分析发现,沙化过程物种生态位宽度与重要值呈饱和曲线关系。随着沙化程度的加重,生态位高度重叠(>0.9)和部分重叠(0.5<O≤0.9)的植物种对数逐渐降低,而中度重叠以下(≤0.5)的植物种对数则变化不大,这说明沙化程度加深导致的物种数减少会降低种群间资源利用的竞争。沙化程度的加重伴随土壤养分的减少,为降低对有限资源的竞争,植物种群间的资源利用呈现多样化。

荒漠草原不同沙化草地柠条灌丛表层土壤固碳研究

为系统认识荒漠草原柠条灌丛灌草植被长期影响下土壤有机碳演变规律,以天然草地(T1)、灰钙土草地(T2)、结皮草地(T3)、固定沙丘草地(T4)、半固定沙丘草地(T5)、流动沙丘草地(T6)6个不同沙化梯度草地为研究对象,分析大中小3个冠幅尺度灌丛内外土壤的固碳效应。结果表明:(1)各沙化梯度草地柠条(灌丛内外)比较:土壤总有机碳(TOC)含量在流动沙丘草地最低(P<0.01),在天然草地最高(P<0.01)。灌丛内活性有机碳(AOC)含量在结皮草地最高(P<0.01),灌丛内结皮的存在对AOC的固定起到了重要作用。(2)各沙化梯度草地大中小柠条灌丛比较:灌丛内部,总体上中等冠幅灌丛TOC、AOC、惰性有机碳(NOC)含量最高(P<0.01),柠条灌丛发育中期是柠条草地土壤有机碳积累的一个拐点,也是灌丛内部"肥岛效应"最集中的体现;灌丛外部、结皮草地和流动沙丘草地的小灌丛TOC、NOC含量极显著高于大灌丛,活性有机碳的变化规律与之相反。研究认为:随着柠条灌丛的发育,土壤固碳先增加后降低,在中等冠幅尺度下固碳效益最显著。柠条灌丛土壤固碳效应可能是灌木和地表结皮的综合作用。

高寒草地沙化过程植被与土壤特征变化的生态阈值估算

草地沙化是目前面临的重要环境问题,会对牧草生产与居民生活环境产生重要影响。目前关于草地沙化的研究主要集中在沙化过程植被特征与土壤性质的变化,选择何种敏感指标指示沙化过程以及如何量化沙化过程的生态阈值仍缺乏研究。本文利用空间代替时间的方法,在半干旱高寒草原区选择5种沙化梯度作为研究对象,系统研究沙化过程中植物、土壤及微生物特征的变化,并对沙化过程的生态阈值进行估算。结果显示,随着沙化程度的加深,群落盖度、地上和地下生物量表现出显著降低的趋势;土壤含水量呈现逐渐降低趋势,而土壤容重呈现逐渐升高趋势,极重度沙化草地的砾石比例显著高于其他沙化梯度。对土壤养分含量的分析显示,表层土壤(0~10cm)全碳、全氮含量逐渐降低,极重度沙化碳氮比显著高于其他沙化梯度。草地沙化过程中植被的生态阈值发生在轻度—中度沙化梯度,土壤和土壤微生物的生态阈值发生在中度—重度沙化梯度。从阈值估算来看,植物反应比土壤更加敏感,把植物群落特征变化作为指示草地沙化程度的指标更科学。同时,轻度到中度沙化梯度是沙化过程的关键时期,所以对沙化草地的早期防治至关重要。

资源胁迫与放牧对青藏高原东缘高寒草甸植物相互作用的联合效应

胁迫梯度假说认为,植物之间的正相互作用频率随着胁迫程度的增加而增加。然而,在高寒草甸生态系统中,放牧干扰和资源胁迫对植物相互作用的联合效应仍不清楚。本研究通过对青藏高原东缘沙化高寒草甸两种优势种[沙生薹草(Carex praeclara;不可食)和藏茴香(Carum carvi;可食)]的空间关联的研究,探讨了放牧和未放牧条件下,3种沙化水平(轻度、中度、重度)上植物相互作用的变化,以检验胁迫梯度假说在青藏高原东缘沙化高寒草甸的普遍性。研究结果表明,在无放牧干扰下,随着沙化程度的增加,沙生薹草和藏茴香的种内相互作用由正转化为负,而种间相互作用由负转化为正。然而,当放牧干扰存在时,各沙化水平下藏茴香的种内相互作用均为中性;在中等胁迫条件下,种间相互作用也由负转化为正,但在严重胁迫梯度下,种间正相互作用崩溃,这与胁迫梯度假说的预测不一致。本研究结果进一步证明,在高寒生态系统中,放牧强烈影响着种内和种间相互作用的平衡。