我国温带草原的灌丛化及其对生态系统结构和功能的影响

The encroachment of shrubs into grasslands has been a widespread phenomenon across the world, especially in arid and semiarid regions. As an important and novel vegetation type, shrub encroachment could substantially alter species composition of original grassland communities and cause changes in ecosystem structure and function. However, the distribution patterns, formation mechanisms, and ecological impacts of shrub encroachment still remain large uncertainties. Using aerial photos/remote sensing, community survey, control experiments at typical shrub encroached-grasslands, and model simulation, we will conduct a field study across arid and semiarid grasslands in China, mainly focused on shrub encroached-grasslands in Inner Mongolia, to answer above questions. Specifically, we aim to 1) identify the distribution pattern, species structure, and regional differentiation of shrub encroachment, 2) clarify the effects of shrub encroachment on community diversity and ecosystem carbon budget, and 3) reveal the formation mechanisms of shrub encroachment and its response to global climate change. The implementation of this project will enhance our understanding on shrub encroachment, and enlarge the vegetation theory. In addition, the implementation of this project will clarify the ecosystem response to global climate change, protect regional biodiversity, enhance the magnitude of carbon sink, and finally provide the scientific insight and basic data for the sustainable use of grasslands in China’s temperate arid and semi-arid regions.

草原的灌丛化在全球范围尤其在干旱半干旱地区普遍发生，灌丛化草原已成为一种重要的植被类型。灌丛化深刻改变群落的物种组成，引起生态系统结构和功能的变化，但目前人们对这一植被类型的分布、形成机制及其生态学影响都缺乏足够的认识。本项目拟以内蒙古灌丛化草原为主要研究对象，结合我国其他温带地区草原灌丛化的调查，采用航片/遥感解译、野外群落及环境因子调查、典型地区灌丛化草原的定位测定和控制实验等方法和手段，基本查明我国温带地区灌丛化草原的分布、物种组成及其区域分异，阐明灌丛化对群落多样性和生态系统碳收支的影响，揭示灌丛化草原发生发展的机制及对水肥变化的响应。本项目的实施，将加深人们对灌丛化草原的认识，丰富植被理论；为揭示温带干旱半干旱地区草原灌丛化的形成机制和草地沙化、退化机理，增强生态系统的碳汇功能，促进该地区农牧业的可持续利用提供基础数据和科学依据。

草原的灌丛化在全球范围尤其在干旱半干旱地区普遍发生，灌丛化草原已成为一种重要的植被类型。灌丛化深刻改变群落的物种组成，引起生态系统结构和功能的变化，但目前人们对这一植被类型的分布、形成机制及其生态学影响都缺乏足够的认识。本项目采用统一的调查方法和规范，调查了我国温带灌丛化草原69处样地的植被特征及其环境因子，分析了灌丛化草原的物种组成及其区域分异；在此基础上，结合典型地区灌丛化草原的定位测定和控制实验，采用传统元素分析和现代分子地球化学技术等手段，从不同尺度分析了灌丛化对我国温带草原生态系统结构与功能的影响；同时，利用航片/遥感解译发展了典型地区灌丛化草原遥感辨识的方法。结果表明：我国灌丛化草原主要分布在内蒙古高原、阿尔泰山南坡、准格尔盆地西部山地以及青藏高高原东北部，可分为6个群落类型，灌丛化草原的群落结构和物种组成主要受气候和土壤因子的调控；灌丛化显著降低了我国北方草原的草本物种丰富度、多度和地上生物量，显著增加了土壤有机碳库；灌丛化主要通过改变植物碳输入的数量和质量，以及土壤微生物群落组成和生物量，进而改变土壤有机碳的组成、分解及稳定性；增加降雨会使草原灌丛化受到一定程度的抑制，干旱程度增加会促进草原灌丛化进程。这些结果不仅加深了对草原灌丛化及其生态影响的认识，也为合理管理、利用和保护草原生态系统提供了重要的科学依据。.通过项目的实施，共发表论文60余篇，其中SCI收录论文49篇；培养了9名博士后和22名研究生。