气候干暖化背景下降水脉动对荒漠草原草地生态系统恢复力的影响

The grasslands steppe area in northern china is the ecological barrier. With the climate becoming drying and warming, grassland degradation and the possibility of its recovery have become a focus of the attention to ecological security. Since precipitation is an important driving factor of the formation of vegetation zones, precipitation law and precipitation pulse alterations will affect the sustainability of desert steppe ecosystem, in addition the rainfall also can influence whether the ecosystem could be restored or not. The desert steppe will be focused on in this study. Based on the analysis of precipitation pulsation and its variation, and through field investigations, inspections and control tests, we intend to explore the hysteresis effect of plant growth and the inherent relationship between the law of precipitation pulse and the grass growth and development; discuss the changes of grassland productivity and resilience after the continuous drought, and obtain the desert grassland drought tolerance indicators and the precipitation index, at which point grassland can be recoverable. Plus, we will analyze succession characteristics of the dominant species, by means of resources competition and the plant allelochemicals competition, and will point out groundwater residence time and its effects on the recovery of ecosystem, by the analysis of oxygen isotope. All the discussions above will definitely provide the theory basis for the desert steppe management.

北方草原是我国的生态屏障，随着气候干暖化日趋明显，草地退化与可否恢复成为人们关注生态安全的焦点之一。降水是植被地带形成的重要驱动因素，因而降水规律和降水脉动变化也影响到荒漠草原生态系统的可持续性，降水量的大小影响到生态系统是否可以恢复。本研究针对荒漠草原地区，进行降水脉动及其变化规律研究，并通过野外调查、考察和控制试验，研究降水脉动规律与草地生长发育规律的内在关系与植物生长的后滞效应，探讨荒漠草地在持续干旱后的生产力和恢复力变化，获得荒漠草地耐旱性指标和草地可恢复的降水指标，并通过资源竞争和化感物质竞争分析草地优势种演替特征，利用氧同位素等分析荒漠草原地下水分的存留时间及其对生态系统恢复的影响，为荒漠化草地管理提供依据。

本项目在收集气候数据的基础上，采用气候分析、野外考察和试验相结合的方法，研究气候变暖背景下的内蒙古地区降水量变化和降水脉动规律，研究了持续暖干化背景下荒漠草原草地生态系统生物多样性和生物量对多时间尺度降水脉动的响应。结果表明，内蒙古草原近56a来标准化降水蒸散指数（SPEI）呈先上升后下降的波动变化，1990年代处于较为湿润时期，随后10年偏干，最近5年又相对湿润。内蒙古地区干湿状况与PDO指数冷暖相位相对应，PDO指数冷偏干、暖时偏湿。从多年平均降水量看，荒漠草原区的站点间和各季节间相差较大，但是各地的季节降水量占全年的比值基本一致，春季（3~5月）、秋季（9~10月）、冬季（11~2月）分别约占14%、18%和4%，夏季（6~8月）则集中了降水的64%。对内蒙古草原中部和西部15个样点考察的结果分析表明，地下生物量与地上生物量相关显著且表现趋势相似，荒漠草原的生物量小于典型草原、大于草原化荒漠地区。荒漠草原地下生物量在0~10cm，10~20cm、20~30cm和30~40cm土层中分布的生物量约占地下生物量总量的52.90%、25.52%、13.44%和8.14%，荒漠草原的根冠比以及10cm以下的根重比例大于典型草原。荒漠草原增温和补水相结合有利于增大生物量，而仅增温不补水会使生物量减少。样地生物量与土壤含水量呈极显著正相关，且与0-50cm土层贮水量之间的相关系数最大。土壤水分含量的多少能够影响针茅在群落中的比例和位置，从而进一步影响群落的物种组成。针茅占地上生物量比例较高的样地多集中在表层土壤水分含量为4%-8%的样地中，在土壤水分过多或过少的样地，针茅存在的数量较少。研究发现暖湿化能够显著提高荒漠草原草地的恢复能力，“暖干型”气候持续则使荒漠草原适应性下降。本项目发表标注论文13篇（其中SCI/SSCI论文8篇、EI 3篇），培养博士和硕士生12人（毕业生8人，在读研究生4人），完成研究目标。