中国科学院植物研究所博士学位论文内蒙古退化草原对不同类型干扰的响应研究姓名：刘振国申请学位级别：博士专业：生态学指导教师：董鸣李镇清20060601摘璎内蒙古退化草原对不同类型干扰的响应研究刘振国(生态学)指导教师：董鸣研究员，李镇清研究员本文结合野外调查、野外实验和模型模拟方法研究了内蒙古退化草原在继续放牧和啮齿类动物活动干扰下，植物多样性、种群空间格局、种间空间关联、小尺度鼠丘和小尺度空斑(Gap)上植被发展动态的生态响应。研究结果如下：(1)经过长期不同强度的放牧干扰后，无牧条件下植被盖度显著低于其它三个放牧(轻牧、中牧、重牧)条件下的植被盖度，而其它三个放牧条件之间的植被盖度差异不显著：无牧条件下羊草成为群落的优势种，轻牧和中牧条件下冷蒿依然是群落的优势种，这三种条件下寸草苔的种群盖度最大：重牧条件下优势种变为星毛委陵菜，并且其种群盖度最大；不同放牧退化阶段指示植物的种群盖度随放牧强度增大的变化趋势是：冷蒿为先增大后减小，而星毛委陵菜为先急剧增大，然后平缓增大，最后再急剧增大；植物多样性和均匀度指数在中牧条件下最大，在无牧条件下最小，说明中牧条件下群落的多样性最高，无牧条件下群落的多样性最小，而优势度指数的变化趋势和它们正相反。(2)放牧对星毛委陵菜(或糙隐子草)种群空间格局有显著影响，即使在同一放牧强度下其种群在不同尺度上的空间格局存在显著差异。在小尺度上，植物种群主要呈现为集聚分布；同一放牧强度下随着尺度的增大，集聚分布趋向于随机和均匀分布；随着放牧强度的增大，物种的集聚分布消失的空间尺度缩短。(3)不同放牧强度下，冷蒿和星毛委陵菜之间的空间关联存在显著的差异。在无牧和轻牧条件下，冷蒿和星毛委陵菜在小尺度(OlOOcm)上主要呈负关联的空间关系，而在中牧和重牧条件下除了呈负关联的空间关系外，两个物种在空间上还是相互独立的同时，放牧强度的增大缩小了负关联程度的峰值(最小值)。放牧强度越大，两物种之间的空间关系由负关联转变为相互独立的空间尺度越小(距离越短)(4)草原黄鼠鼠丘干扰显著降低了植物物种的丰富度(24种)，同样，减少了不同功能组内的物种数，特别是多年生非禾本科草类减少的物种数最多：和周中囝科学院博七学位论文：内蒙古退化草J京对不同类型T扰的响应围的未受鼠丘干扰的植被比较，鼠丘上植物多样性减少了142，优势度减少了421，而均匀度增加了006：鼠丘上，多年生植物出现频率(O37)大约是一年生植物出现频率13)的四倍。具有高抗埋藏性的物种(寸草苔)和抗埋藏性的物种(冷蒿、冰草和糙隐子草)具有相对较高的出现频率。对于功能组来说，多年生非禾本科草类(PFEF=o51)具有最大的出现频率，接下来依次是多年生根茎禾草(PR，EF=o46)、灌木和半灌木(ss，EF=032)、多年生丛生禾草(PB，EF=025)、一年生和两年生植物(Aa，EF=013)：鼠丘上寸草苔的密度最大(24443个体米2)。多年生非禾本科草类的密度(13074个体米2)远大于其他功能组的密度(PR，3476个体米2：PB，1652个体米2：AB，1431个体米2；SS，1239个体米2)；鼠丘上植被地上生物量(3590克米2)远远小于外围对照植被地上生物量(21-154克米2)。冷蒿的地上生物量最大，其次是寸草苔。对于功能组。Ss最大(844克米2)，其次是PF(717克米2)，这两个功能组的地上生物量远大于其他三个功能组的地上生物量(PR。PB和AB分别是323克米2、140克米2和249克米2)。(5)干扰产生空斑的拓殖受空斑大小和放牧历史的影响，植物拓殖空斑的方式随空斑形成后的时间而变化。空斑直径越大，其被拓殖的机会越大：具有高强度放牧历史群落中的空斑更易被植物拓殖：第一年对空斑的拓殖主要通过种子萌发；第二年，种子萌发方式(特别是一年生植物)拓殖空斑的比例有所降低，而通过地下根茎的克隆繁殖拓殖空斑的比例有所增加。关键词：内蒙古退化草原；干扰；放牧：草原黄鼠：生态响应AbstractStudyonresponsesofInnerMongoIiadegradedgrasslandstodifferentdisturbancesLiuZhenguo(-Ecology)DirectedbyProfDongMingandLiZbenqingUsingfieldinvestigationfieldexperiments，modelandsimulations，westudiedtheecologicalr豁pon$osofthedegradedgrasslandtograzing，rodentsUactivitiesandsimulateddisturbanceinthefield，fromtheaspectsofplantdiversityplantfunctionalgroupsintraspocificspatialpatterninterspecificspatialassociationandthedevelopingdynamicsofplantsontherodentmo岫dsandnewgapOurresults懈indicatedasfoltows：(1)Underr0grazing，thevegetationcoverwaSsignificantlylessthanunderlightmediumorheavygrazing，whilethethreelatterhadnosignificantdifferenceeachotherAfterlong-termgrazing，thedominantplantbecameAneurolepidiumchinenseunderzerograzing，butstillWaSArtemisiafrigidaunderlightandmediumgrazingHoweverthecoverofCarexduriusculawaslargestunderabovethreegrazingtreatmentsUnderheavygrazing，PotentillaacaulisbecamedominantanditspopulationCOVerwaslargestWithgrazingintensitiesincreasing，thepopulationcoverofA夕辔i如firstincreasedandthendecreased，whilefirstsharplyincreaSed，thengraduallyincreased，finallysharplyincreasedagainfor只acaulis；Diversityandevennessindiceswerelargestundermediumgrazing，butsmallestunder7_七rograzing，whichshowedthattheplantdiversityundermediumgrazingwashighestbutlowestunderzerograzingFordominantindices，itschangingtrendwascontrarytothediversityandeveltnessindices(2)Grazinghassignificanteffectsonspatialpatternsof只acaulis(orCleistogenessquarrosa)population1nhespatialpatternsofplantpopulationchangedwithscaleincreasing(0100cm)evenifthesamegrazingintensityhadbeenexperienced；Atthesmallscales，plantpopulationmainlywasaggregate；UnderthesamegrazingIII中园科学院博士学位论文：内蒙古退化草原对不同类型干扰的响应intensityalongthespatialscaleincreasing，theaggregatedistributionofplantpopulationchangedtowardsrandomandregulardistribution；Alongthegrazingintensityincreasing，thespatialscalebecamesmall，atwhichtheaggregatedistributiondisappeared(3)Grazinghadsignificanteffectsonspatialassociationsbetween彳frigidaand户acaulis彳frigidawasnegativelyassociatedwithPacaul括atsmallscales(shortdistances，0-100era)underzeroandlightgrazing，andnegativelyorindependentlyundermediumandheavygrazingAtthesametime，increasinggrazingintensitiessuppressedthepeal【negativeassociationsMoreintensegrazingshortenedthespatialscale，atwhichthenegativeassociationofthesetwospecieschangedintoindependentdistribution(4)RodentmoundshadsignificantlyfewerplantspeciescomparedtooffmoundsFurthermore，rodentmoundsdecreasedthenumberofspecieswithindifferentplantfunctionalgroups，particularlyforperennialforbs(PF)；RodentmoundsdecreasedShannon-Wienerdiversityindexofvegetationby142anddominanceindexby421，butincreasedShannon-Wienerevennessindexofvegetationby006comparedwiththesurroundingmatrix；Onrodentmounds，emergentfrequencyofperennialsWasapproximatelyfourtimeshigherthanannualsnehighlyburialtolerant(Cduriuscula)andburialtolerants似frigidaAgropyroncristatumandCsquarrosa)hadrelativelyhigheremergentfrequencyPerennialforbs(PF)hadthelargestemergentfrequencysequentiallyfollowedbyperennialrhizomegrasses(PR)，shrubsandsemishrubs(SS)，perennialbunchgrasses(PB)andannualandbiennials(AB)；Onrodentmounds，CduriusculaSdensitywasthelargestDensityofPFwasfarlargerthanotherfunctionalgroups，followedbyPR，PB，ABandSSinturn；Abovegroundvegetationbiomassonrodentmou