草原群落斑块动态对资源格局的响应机制

斑块性是草原植被的主要属性，斑块动态与草原退化密切相关，环境资源时空异质性、生态过程及其密切的相互作用对草原群落斑块格局具有决定性影响。本项目以内蒙古呼伦贝尔克鲁伦河流域典型草原作为主要研究对象，系统分析①不同尺度植被斑块格局的空间与时间异质性；②不同尺度斑块结构及其资源时空动态；③土壤资源时空变化对植被生长与斑块格局的影响；④水分与退化等梯度上斑块格局特征。结果表明：①时间尺度上，近20年研究区植物区系成分发生急剧变化，在克氏针茅草原退化过程中，抗旱、耐盐的多根葱种群拓殖明显，植物功能群的类型更替、垂直分异、生物量和多样性等变化显著。空间尺度上，由轻牧到重牧，物种的空间异质性呈现幂函数规律，群落物种表现为集群分布。随着放牧强度的增加，群落结构趋于简单，葱属植物逐渐增加，一年生草本植物增多，它们在群落中形成了明显的单优势种微斑块镶嵌结构。②土壤资源分布对植物功能群替代及物种生长具有显著影响，重牧下退化样地的土壤水分、养分，微生物量碳、氮，以及微生物数量和酶活性显著下降，土壤容重明显增加。土壤微生物生物量碳可作为土壤固碳程度的有效指标。植物地上生物量与土壤细菌和真菌数量呈正相关。随着放牧强度和土层深度的增加，根冠比逐渐增加；不同放牧梯度下0-10cm层土壤中根系占总根系的80%以上。物候期和放牧强度对土壤资源的分配有显著的交互作用。③草原退化过程中土壤养分在微斑块上的富积和迁移表现出尺度依赖性和变异性，具有“养分聚集效应”。羊草、冷蒿、丝叶蒿、多根葱等斑块均表现出单优势种特征，但这些斑块的物种多样性、生物量等数量特征无显著性差异；羊草叶片具有较高的叶绿素含量、NDVI和PRI，根茎型草本植物的粗根直径和根系体积是其对环境干扰最为敏感的指标。多年生杂草的叶片磷含量(LPC)和氮磷比值(N/P值)在重牧区有显著差异。生长季光照强度和温度对优势种的光合作用能力有很大影响。物种通过提高脯氨酸及可溶性糖含量适应重度放牧干扰。④有效降水量和土壤资源有效性的改变可能平行地影响草原群落斑块的水分与养分利用效率，进而影响群落斑块内碳库分配、功能群间的相互作用、生产力和群落稳定性。土壤水分及利用效率直接影响群落的物种丰富度、功能群多样性及其组成，放牧尺度上，斑块数随分割尺度参数的增大而减小，重牧下斑块数显著高于轻牧和中牧区，景观破碎化严重。同时受降水量影响，重牧阶段斑块动态变异性增大。