不同生活型草原植物生长动态差异及其对群落稳定性的影响

不同植物生长动态及其对环境干扰的响应差异直接关系到种群及群落生产力的动态变化、影响物种间的相互作用以及生态系统的结构、功能与稳定性。本项目立足于内蒙古典型草原羊草+大针茅退化恢复样地，选择10种不同退化阶段的指示性植物和不同生活型的代表性植物，从植物个体生长动态视角，建立非线性数学模型，模拟不同生活型植物对环境干扰的响应差异，从个体水平上认识并揭示种群和群落生物量的动态变化及其与环境因子的相互关系，探讨生长动态与植物生活型的关系；利用微分方程与动力系统方法，结合种间竞争理论，建立以限制性水资源为约束条件的种间相互作用的数学模型，模拟不同植物种利用有限资源的能力差异,分析其共生环境下的生长动态及种间相互作用关系，并由此探讨对群落稳定性的影响，有助于准确预测植被动态，认识环境干扰对生态系统的影响机制，探明群落的结构与功能，为草地可持续利用提供重要理论依据，对人工草地结构的优化配置也有借鉴作用。

本项目围绕原计划的核心内容进行了三部分研究，概括如下：.1.文献综述部分，阐述影响草地生物量动态的主要干扰因素。从定性和定量两方面论证了个体动态与种群动态的关系。就生物量的测定指标与估算方法提出了复合生物量与复合生长动态的观点，在研究环境因子干扰对生物量动态及植被稳定性的影响方面，应考虑包含生物量和高度等多个变量的综合作用，指出从个体水平上探究种群、群落生物量的动态变化及其与环境因子关系的重要性，有助于揭示环境干扰对植物群落动态及其稳定性的影响机制。.2.适当增加状态变量、从多个视角研究草原不同植物生长动态对气象因子的响应差异。.（1）以主要建群种羊草为例，针对其三种生长特性因子干重、鲜重、高度分别建立优化的Verhulst模型；结果表明，气象因子对三种生长特性因子影响均表现一致，依次为：相对湿度>降水量>蒸发量>地下温度>气温>日照时数；对5种植物地上生物量与气象因子关系的灰色关联矩阵分析计算表明，气象因子对植物生物量的影响程度为：相对湿度＞降水量＞蒸发量＞地温＞积温＞日照时数；植物生物量变化对气象因子的响应程度为：大针茅＞羊草＞黄囊苔草＞米氏冰草＞冷蒿。（2）采用积温生态因素代替时间变量，针对多种生活型功能群，建立植物生物量与积温因子累积关系的数学模型；分别模拟8种植物对积温因子的响应特征，结果表明，8种植物相对生物量与相对积温关系基本呈S型变化，其中决定系数均达到0.94以上，说明积温既是影响干物质积累的重要因素，同时作为衡量植物生育过程的时间标尺具有其可靠性与可行性。另外，由模型确定的多个生长特征参数值分析表明，不同生活型功能群之间对积温因子的响应差异较大，而相同功能群的不同植物种对积温因子的响应差异相近，该结果显示出与植物生活型功能群的分类具有一致性。.3.利用微分方程动力系统的不动点理论，结合种间竞争原理，通过建立羊草、大针茅对水分竞争的数学模型，分别讨论了不动点的各种性态及其生态学意义，由相位图及生物量变化曲线的结果表明，水分条件更利于羊草生长的年份大针茅相对受到抑制，而水分条件更利于大针茅生长的年份则羊草受到抑制。从直观上验证了建群种和优势种的这种补偿作用，弥补了由于年度间降水、气温等气候条件改变所导致的生产力波动过大，有利于维护整个草原生态系统的稳定性。该方法为不同植物生长动态差异对群落稳定性的影响提供了新的研究视角。