典型草原群落特征及种群生态位对土壤类型响应研究——以锡林河流域为例

土壤类型对植物群落特征、种群生态位以及对资源的利用状况有着极大的影响,有关于典型草原不同土壤类型对植被生长影响的研究鲜见报道。为明晰锡林河流域不同土壤类型中种群生态位特征、物种的分布和生长状况,以及对有限资源的利用情况。以12种土壤类型下植物群落为研究对象,利用TWINSPAN群落分类法对研究区植被进行群落分类,运用经典生态位理论,探讨其群落组成的数量特征和各群落中的主要种群(各群落中的建群种+优势种)生态位特征。结果表明,研究区内草原主要划分为5个群落类型,依次为大针茅(Stipa grandis)+羊草(Leymus chinensis)+黄囊苔草(Cares korshinskyi)、羊草+大针茅+糙隐子草(Cleistogenes squarrosas)、羊草+黄囊苔草+灰绿藜(Chenopodium glaucums)、羊草+糙隐子草+灰绿藜、糙隐子草+灰绿藜+猪毛菜(Salsola collina)。群落高度、密度、地上以及地下生物量的最大值分别出现在潜育黑土、石灰性黑钙土、石灰性黑土以及淋溶型栗钙土,其值分别为15.003 cm、707.667 plant·m~(-2)、146.217 g·m~(-2)以及15 700.18 g·m~(-3)。不同土壤类型中,植物高度的差异性最小。羊草占有绝对优势,淋溶型栗钙土中种群比较丰富,普通栗钙土中物种个体占比大,群落间共有种较少。其他土壤类型中,群落间共有种较多,物种个体所占比例较小。羊草和大针茅的生态位总宽度较大;灰绿藜的生态位重叠指数较高,双齿葱(Allium bidentatum)的较低。较高生态位宽度物种之间具有较高的生态位重叠,但在个别环境中,较窄生态位物种也会出现较大生态位重叠。     

吉林西部草地生态系统不同退化演替阶段土壤有机碳变化研究

草地盐碱化是吉林西部典型的生态环境问题。针对吉林西部具有＂羊草群落（Leymus chinense）→羊草-虎尾草群落（Carex duiuscula）→羊草-碱茅群落（Puccinellia distans）→碱蓬群落（Suaeda glauca）＂直至退化为盐碱地的逆向演替规律,本文选取大安市姜家甸草场为典型区进行野外样地调查,收集不同演替阶段植物样品30份,土壤剖面样品100份,表土样品40份,监测群落生态特征、土壤理化性质,计算土壤有机碳储量。分析结果表明：随着退化演替的进行,羊草-虎尾草群落的多样性指数、植被生物量、土壤有机质最高,土壤含水率及全N指数逐渐降低,土壤的pH值及土壤容重升高,土壤有机碳含量在0～100cm各土层呈现出先升高再降低的趋势,其中0～40cm内变化显著,50～100cm内相差不大,1m土壤有机碳密度从羊草群落的75.37t·hm-2升高到羊草-虎尾草群落的76.11t·hm-2,至盐碱地减少到52.21t·hm-2,约减少30%。研究结果对吉林省合理放牧、草地固碳量的增加和土壤碳储量的提高都有指导意义。     

围封6年对温带典型草原坡地物种多样性及其与地上生物量的关系的影响

以内蒙古太仆寺旗地区典型克氏针茅-羊草草原为研究对象,通过调查围封6年后围栏内外典型草原群落特征,分析围封、放牧处理下典型草原植物群落结构及地上生物量的动态变化,揭示围封放牧对植被群落结构、物种丰富度和地上生物量的影响。结果发现,在围封6年后,各功能群物种丰富度与盖度围栏内外的空间变化趋势基本一致。群落物种丰富度和地上生物量均随坡位下降而显著增加,初步显示了物种多样性与生态系统功能的空间变化的一致性。围栏内物种丰富度显著低于围栏外,而地上生物量却显著大于围栏外。围栏内多年生禾草、一年生植物物种丰富度显著低于围栏外,而半灌木盖度、生物量显著高于围栏外。围栏内外在禁牧和放牧不同处理下,表现出不同的草原退化方式：在禁牧条件下,尽管生物量有所恢复,但灌木和半灌木的增加却代表了草原的退化;放牧、刈割等人类活动增加了耐牧物种和不适口植物生长的可能,表现为草原退化指示物种增加,同样是草原退化的表现。围栏外一年生植物盖度和生物量显著高于围栏内,而一年生植物的频数也远远大于围栏内（围栏内外频数比13：71）,且独行菜、猪毛菜等仅出现于围栏外。同时,地上生物量随着物种丰富度的增加而增加,但只有围栏外的关系达到统计显著程度,说明围封调制了生物多样性与生态系统功能的关系。本研究表明,对于干旱半干旱典型草原的恢复,不能简单地采用长期完全禁牧措施,应当根据区域环境、植被以及社会经济情况,制定季节性放牧或者间歇性禁牧的恢复措施,从而保证草场的可持续性恢复利用。     

青藏高原金露梅灌丛草甸植物群落对退化演替的响应

为了明晰金露梅(Potentillafruticosa)灌丛草甸植物群落对退化演替的响应,以空间代时间的方法,于2018年8月中旬在青藏高原祁连山南麓分别选取原生、中度、重度和极度4种不同演替阶段的金露梅灌丛草甸,对其植被群落进行研究,以探究金露梅灌丛草甸生态功能退化过程中植被群落及土壤养分的演变特征。结果表明,(1)随着退化程度的加剧,地上生物量和地下生物量现存量均呈逐渐减小趋势,且原生金露梅灌丛地上生物量(387.73±25.53)g?m~(-2)和中度退化样地(328.55±36.23) g?m~(-2)显著高于重度退化样地(210±35.04) g?m~(-2)和极度退化样地(182.19±49.99) g?m~(-2)(P0.05),放牧改变了植物群落结构,禾草和莎草地上生物量逐渐减小,而杂类草地上生物量逐渐增加。(2)与地上生物量相似,原生金露梅灌丛(48 46.01±747.10)g?m~(-2)和中度退化样地(4 723.99±505.64)g?m~(-2)地下生物量现存量显著高于重度退化样地(2 590.75±276.45)g?m~(-2)和极度退化样地(1 011.84±163.46) g?m~(-2)(P0.05),且随着退化程度的加剧,表层土壤全碳、全氮和有机质呈增加趋势,地下根系生物量趋于向表层土壤发展。(3)随着退化程度的加剧,群落物种丰富度逐渐下降,且原生金露梅灌丛和中度退化样地物种丰富度显著高于重度退化和极度退化样地(P0.05)。此外,群落物种丰富度与地上生物量呈显著正相关(P0.05)。研究表明,过度放牧会导致植被群落发生分化,物种丰富度下降,最终导致金露梅灌丛草甸退化为杂类草草地,甚至黑土滩次生裸地。研究结果对今后退化金露梅灌丛草甸的放牧管理具有重要的指导意义。     

含油污水对土壤线虫群落功能结构的影响

为了解污染程度不同的湿地中线虫群落功能结构的变化,于2011年10月对大庆油田附近受含油污水影响程度不同的4个典型湿地进行调查.共分离得到4 229条土壤线虫,隶属于24科32属,其中,食细菌性线虫和食真菌性线虫是研究区域的主要营养类群.研究结果表明,不同污染程度的含油污水中土壤线虫群落的个体数量、种类组成和营养类群均存在一定差异,其中,随着污染程度的增加,土壤线虫的个体密度呈递减趋势,且群落间差异显著(P0.01).c-p类群组成结构特征结果表明:c-p2类群所占比例最大,其次是c-p1和c-p3类群,生活策略以r-对策为主,受含油污水的影响,线虫通过大量繁殖来应对环境的干扰.各污染样地土壤线虫的富集指数(EI)均大于50,结构指数(SI)均小于50,表明受污染样地受干扰程度较高,土壤食物网受一定程度干扰,而未污染样地富集指数(EI)小于50,结构指数(SI)大于50,表明未污染样地无干扰,食物网处于结构化状态.土壤理化性状与线虫营养类群及c-p类群存在明显的相关关系.本研究表明含油污水对土壤线虫群落功能结构存在一定的影响,土壤线虫可作为受含油污水污染的土壤生态系统中一个重要的生物指示因子.     

不同干扰方式对退耕弃荒地植被恢复的影响

由于各种原因,我国西部地区仍然分布着较大面积退耕后并未实现植被恢复的退耕弃荒地。不同方式或不同强度的人为干扰都会导致退耕弃荒地植被恢复效果发生偏差。研究选取滇西北维西县的退耕弃荒地为对象,通过分析放牧、围封和保护3类不同干扰方式下植被恢复过程中群落物种多样性、地上生物量及主要恢复使用树种云南松(Pinus yunnanensis)幼苗生长的差异,探讨不同干扰方式对退耕弃荒地植被恢复的影响。结果表明：放牧、围封和保护3种干扰方式下退耕弃荒地植物种的Margalef丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数大小均表现为围封样地＞保护样地＞放牧样地(P<0.05),即随着干扰强度的增加,群落物种的丰富度和多样性先升高后降低,结果支持“中度干扰假说”;退耕弃荒地植物群落地上生物量大小依次为保护样地＞围封样地＞放牧样地(P<0.001);云南松幼苗在不同干扰方式下的退耕弃荒地内生长优劣程度依次为保护样地＞围封样地＞放牧样地(P<0.001);因此,保护和围封方式均有利于退耕弃荒地的植被恢复,而自由放牧方式会阻碍植被恢复,甚至可能会导致植被退化。     

青藏高原腹地青藏苔草草原不同退化程度的植物群落特征

为揭示高寒草地退化演替过程,采用野外调查方法研究了青藏高原腹地青藏苔草(Carex moorcroftii)草原不同退化程度的植物群落特征.结果显示:青藏苔草草原退化过程中优势种从未退化时的青藏苔草演变为轻度和中度退化程度时的青藏苔草和高山嵩草(Kobresia pygmaea)并存,重度退化程度时则无明显优势种;主要伴生种表现为湿生植物逐渐消失,中生和旱生毒杂草逐渐增加;植物物种丰富度指数和多样性指数均先增加后降低,中度退化程度最大,此时优质豆科(Leguminose)植物入侵,物种更替速率最大,β多样性指数最高.盖度、高度、地上总生物量均明显降低,而禾本科(Gramineae)生物量和豆科生物量均先增加后减少,中度退化程度时最大.相关分析表明,青藏苔草草原群落高度、盖度和均匀度指数与初级生产力呈显著正相关,相关系数分别为0.936(P0.01)、0.961(P0.01)和0.743(P0.05).说明植物群落组分是青藏苔草草原不同退化程度植物群落结构和生产力变化的核心,在揭示青藏苔草草原逆向演替机制的过程中应注重阐明植物群落组分更替规律.图1表5参30     

庄河口湿地不同土地利用方式下土壤线虫群落特征

分别于2013年5月、8月和11月对庄河口湿地不同土地利用方式下土壤线虫群落分布进行调查,收集芦苇群落、狗尾草群落、圆柏群落、针叶松群落、柳树群落以及裸地土壤样本,采用淘洗-过筛-浅盘法提取土壤线虫,并应用线虫多样性指数和功能类群指数研究该区域土壤线虫群落的特征与差异。研究期间鉴定出44个属,共5895条土壤线虫。研究显示,线虫的生态指数与土壤理化指标呈显著相关,其中土壤pH值和盐度的影响最为显著,整体上呈显著负相关。不同土地利用方式下土壤线虫的群落结构均有所差异,圆柏群落样地pH值最小,且土壤线虫群落最丰富。圆柏、针叶松和柳树为人工种植的植被群落,具有相对稳定pH值,相较于其他3个群落盐度较低,所以线虫群落更加丰富。四大营养类群中捕食/杂食类群的比例高达50.6%,食真菌类群比例只有8.1%。有研究表明酸性土壤有利于食真菌线虫生长,而整个研究区域的 pH 在6.08~7.11之间,并不利于食真菌线虫生长。随着季节的变化,土壤线虫在夏季最多春季最少,分别约占总数的44.9%和23.0%。结果表明,不同季节和不同的土地利用方式对庄河口湿地土壤线虫群落有显著影响,其中不同植被所形成微环境中的pH值和盐度是影响线虫群落分布最主要的因素,为促进土壤生态系统健康发展提供科学依据。     

吉林省西部农牧交错区不同土地利用方式对土壤线虫群落特征的影响

对吉林省西部农牧交错区典型生境土壤线虫群落进行调查,共捕获线虫23属、1 264只,优势属为真滑刃属和短体属。研究结果显示,土地利用方式对土壤线虫群落特征有一定影响,不同生境间土壤线虫群落共有属不多,农业生产活动促使土壤线虫向土壤下层移动;不同农业生产活动对土壤线虫群落多样性影响不同, 4种生境中,居民点园地土壤线虫群落多样性最高,而玉米田最低;不同土地利用方式下土壤线虫功能类群差异显著,玉米田不利于捕食类群/杂食类群的存在。     

吉林省西部农牧交错区不同土地利用方式对土壤线虫群落特征的影响

对吉林省西部农牧交错区典型生境土壤线虫群落进行调查，共捕获线虫23属、1264只，优势属为真滑刃属和短体属。研究结果显示，土地利用方式对土壤线虫群落特征有一定影响，不同生境问土壤线虫群落共有属不多，农业生产活动促使土壤线虫向土壤下层移动；不同农业生产活动对土壤线虫群落多样性影响不同，4种生境中，居民点园地土壤线虫群落多样性最高，而玉米田最低；不同土地利用方式下土壤线虫功能类群差异显著，玉米田不利于捕食类群／杂食类群的存在。     

内蒙古中东部大针茅群落土壤线虫多样性研究

2003年在内蒙古西乌旗大针茅草原，根据土壤深度0～10cm、1020cm、20～30cm分层采样，定量分析土壤线虫群落的多度，并对土壤线虫群落多样性和群落内线虫营养类型进一步分析．结果表明，该群落中土壤线虫包括50属和24科，其中矮化属、拟盘旋属、丽突属为优势属，特别是矮化属线虫数量异常高．土壤线虫群落的垂直分布呈现表聚型．就功能类群而言，植食性线虫在各层中的比例最高，为69．4％～81．3％，食真菌类线虫的比例最低，为0．9％～2．4％，而食细菌类线虫比例为13．9％-20．9％，食真菌类线虫和食细菌类线虫的比值为0．067～0．133．表6参29     

长期不同施肥措施对土壤线虫群落的影响

为研究施用生物有机肥(EM堆肥,即有效微生物制剂 堆肥)对土壤线虫群落的影响,在中国农业大学曲周试验站进行了11 a施用EM堆肥、传统堆肥、化肥和对照处理的田间试验.结果表明:共鉴定出7目、19科、39属土壤线虫,包括15属食细菌性线虫、4属食真菌性线虫、14属植物寄生性线虫和6属杂食 - 捕食性线虫.植物寄生性线虫是优势营养类群,小杆属(Rhabditis)、螺旋属(Helicotylenchus)和盘旋属(Rotylenchus)是优势线虫属.不同施肥处理土壤线虫总数和食细菌性线虫数量为EM堆肥>传统堆肥>对照>化肥.土壤线虫可用作施肥过程中土壤质量变化的生物学指标.     

松嫩草甸不同退化程度生境土壤磷素动态研究

对松嫩草甸不同退化程度生境的几种代表植物群落土壤磷素状况的研究表明,各群落相同土层的全磷含量没有显著的差异,说明土壤磷库具有较强的弹性,土壤退化落后于地上植物群落的退化.各群落土壤全磷的季节变化相似,均经历迅速累积,达到峰值后下降,之后又有一个缓慢积累的过程.羊草、寸草苔和碱茅群落全磷含量随土层的加深而减少,虎尾草群落土壤全磷聚集于10~20cm土层.随退化程度的加重,土壤速效磷含量增加,虎尾草群落土壤速效磷占全磷的比重最高(2.8%),表明退化生境植物群落对速效磷素的利用并不充分.各群落土壤微生物量磷含量均高于速效磷含量,其季节动态均为单峰曲线,峰值出现在8月.虎尾草群落土壤微生物量磷在10~20cm的土层最多,其他群落土壤微生物量磷在0~10cm土层的含量最多.灰色分析的结果表明,土壤速效磷的形成主要受到土壤养分,尤其是碳、氮养分的影响;而土壤温度、水分状况、酸碱状况和盐化程度等因素对土壤微生物量磷的影响较强.图2表3参26     

Divergent composition but similar function of soil food webs of individual plants: plant species and community effects

Soils are extremely rich in biodiversity, and soil organisms play pivotal roles in supporting terrestrial life, but the role that individual plants and plant communities play in influencing the diversity and functioning of soil food webs remains highly debated. Plants, as primary producers and providers of resources to the soil food web, are of vital importance for the composition, structure, and functioning of soil communities. However, whether natural soil food webs that are completely open to immigration and emigration differ underneath individual plants remains unknown. In a biodiversity restoration experiment we first compared the soil nematode communities of 228 individual plants belonging to eight herbaceous species. We included grass, leguminous, and non-leguminous species. Each individual plant grew intermingled with other species, but all plant species had a different nematode community. Moreover, nematode communities were more similar when plant individuals were growing in the same as compared to different plant communities, and these effects were most apparent for the groups of bacterivorous, carnivorous, and omnivorous nematodes. Subsequently, we analyzed the composition, structure, and functioning of the complete soil food webs of 58 individual plants, belonging to two of the plant species, Lotus corniculatus (Fabaceae) and Plantago lanceolata (Plantaginaceae). We isolated and identified more than 150 taxa/groups of soil organisms. The soil community composition and structure of the entire food webs were influenced both by the species identity of the plant individual and the surrounding plant community. Unexpectedly, plant identity had the strongest effects on decomposing soil organisms, widely believed to be generalist feeders. In contrast, quantitative food web modeling showed that the composition of the plant community influenced nitrogen mineralization under individual plants, but that plant species identity did not affect nitrogen or carbon mineralization or food web stability. Hence, the composition and structure of entire soil food webs vary at the scale of individual plants and are strongly influenced by the species identity of the plant. However, the ecosystem functions these food webs provide are determined by the identity of the entire plant community.     

Above- and belowground responses of Arctic tundra ecosystems to altered soil nutrients and mammalian herbivory

Theory and observation indicate that changes in the rate of primary production can alter the balance between the bottom-up influences of plants and resources and the top-down regulation of herbivores and predators on ecosystem structure and function. The exploitation ecosystem hypothesis (EEH) posited that as aboveground net primary productivity (ANPP) increases, the additional biomass should support higher trophic levels. We developed an extension of EEH to include the impacts of increases in ANPP on belowground consumers in a similar manner as aboveground, but indirectly through changes in the allocation of photosynthate to roots. We tested our predictions for plants aboveground and for phytophagous nematodes and their predators belowground in two common arctic tundra plant communities subjected to 11 years of increased soil nutrient availability and/or exclusion of mammalian herbivores. The less productive dry heath (DH) community met the predictions of EEH aboveground, with the greatest ANPP and plant biomass in the fertilized plots protected from herbivory. A palatable grass increased in fertilized plots while dwarf evergreen shrubs and lichens declined. Belowground, phytophagous nematodes also responded as predicted, achieving greater biomass in the higher ANPP plots, whereas predator biomass tended to be lower in those same plots (although not significantly). In the higher productivity moist acidic tussock (MAT) community, aboveground responses were quite different. Herbivores stimulated ANPP and biomass in both ambient and enriched soil nutrient plots; maximum ANPP occurred in fertilized plots exposed to herbivory. Fertilized plots became dominated by dwarf birch (a deciduous shrub) and cloudberry (a perennial forb); under ambient conditions these two species coexist with sedges, evergreen dwarf shrubs, and Sphagnum mosses. Phytophagous nematodes did not respond significantly to changes in ANPP, although predator biomass was greatest in control plots. The contrasting results of these two arctic tundra plant communities suggest that the predictions of EEH may hold for very low ANPP communities, but that other factors, including competition and shifts in vegetation composition toward less palatable species, may confound predicted responses to changes in productivity in higher ANPP communities such as the MAT studied here.     

土壤线虫生态毒理学研究现状及展望

线虫是土壤中最为丰富的无脊椎动物,在土壤生态系统腐屑食物网中占有重要地位.由于线虫具有形态特殊、分离鉴定相对简单,以及对环境变化敏感等特点,现已被作为模式生物用于生态毒理学研究,为环境污染评价提供有价值的信息.论文系统阐述了土壤线虫在物种和群落水平的生态毒理学研究现状,指出了目前线虫毒理学研究存在的薄弱环节,并对今后的研究趋势进行了展望.     

三江平原不同水位梯度湿地地上生物量动态特征

水分条件变化直接影响湿地植物群落的分布及其生产量,为了阐明不同水分条件湿地初级生产力的形成规律,揭示水文格局对湿地生态系统物质生产过程的调控机理,采用收获法研究了三江平原不同水位梯度上的小叶章(Calamagrostics angustifolia)、乌拉苔草(Carex meyeriana)和毛苔草(Carex lasiocarpa)湿地地上生物量的结构动态及其增长速率,结果表明:3类湿地地上及其各器官生物量均呈单峰型变化,小叶章湿地和乌拉苔草湿地地上生物量的峰值出现的时间早于毛苔草湿地,而且小叶章湿地和乌拉苔草湿地各季节地上生物量均大于毛苔草湿地.茎对小叶章湿地地上生物量的平均贡献率与毛苔草湿地相近,均大于乌拉苔草湿地;叶对小叶章湿地地上生物量的平均贡献率与毛苔草湿地相近,均小于乌拉苔草湿地.3类湿地地上生物量的绝对增长率和相对增长率的变化趋势基本相同,但不同阶段绝对增长率和相对增长率值的大小存在差异.3类湿地地上生物量及各组分生物量的季节动态变化均符合抛物线模型,并且各模型拟合精度均较高,R2基本都在0.92以上.     

增温对荒漠草原植物群落组成及物种多样性的影响

以短花针茅荒漠草原为研究对象,通过采用远红外线辐射器模拟增温的方法,探讨了增温对荒漠草原植物群落结构及生物量和物种多样性的影响。结果表明：由于远红外线辐射器的增温作用,在2012年整个生长季内,增温样地10、20、30 cm土壤平均温度与对照样地相比,平均增加了0.39、0.38、0.31℃;各土层土壤含水量较对照平均减少0.76%、0.73%、0.60%。受温度升高及土壤含水量减少的影响,模拟增温6个生长季后,与对照样地相比,群落的高度整体增加,密度、盖度、频度表现为部分物种增加和部分物种减少的趋势,冷蒿（Artemisia frigida）等物种的重要值下降,阿氏旋花（Convolvulus ammanii）等物种的重要值上升,但是增温没有明显改变植物群落的组成。同时,增温处理使荒漠草原禾草的盖度减少,杂类草的盖度增加,半灌木和一两年生植物分盖度未发生明显变化;增温使地上地下生物量出现了不同程度的减少,在0~30 cm土壤深度地下生物量分配中,增温样地0~10 cm分配比例（81.23%）小于对照（86.07%）,10~20 cm分配比例（11.55%）大于对照（9.16%）;20~30 cm 分配比例（7.22%）大于对照（4.77%）,增温使得地下生物量分配格局向深层转移。增温后,增温样地植物Shnnon-Winener指数降低,Pielou均匀度指数升高,温度升高使荒漠草原植物群落的均匀度增加,但并没有提高草地植物的物种多样性。