内容简介
《内蒙古草地生态系统维持机理》以内蒙古草地生态系统维持机理为核心命题,系统阐述了草地生物多样性的生态系统功能、养分元素生物地球化学过程、生态系统对人类活动和全球变化的响应及适应等重大机理;对生态系统物质与能量平衡、水分养分利用效率、生态化学计量特征以及地下生态学过程等最新研究成果进行了系统集成与整合。旨在为从事内蒙古草原生态学研究的学者、学生与管理技术人员提供参考和借鉴。
作者简介
韩兴国,男,53岁,中国科学院植物研究所研究员,博士生导师。任《Ecological Processes》、《Plant and Soil》、《Journal of Plant Biology》和《Ecological Research》等10余种国内外刊物的主编或编委。973项目“北方草地与农牧交错带生态系统维持与适应性管理的科学基础”首席科学家,主持国家基金委创新群体项目“北方草地全球变化生态学研究”等研究项目多项。在《Nature》、《Science》、《Ecology Letters》、《Global Change Biology》、《Ecology》等国际著名刊物上发表SCI论文120余篇。
李凌浩,男,48岁,中国科学院植物研究所研究员,博士生导师。研究方向为草地生态学、恢复生态学和草业科学。现任中国生态系统研究网络(CERN)生物分中心首席科学家,植物所多伦生态站站长,中国草地学会副理事长,植物所东乌珠穆沁草地生态系统管理研究站学术委员会主任。主持有973项目课题、国家自然科学基金重点、面上、国际合作项目以及中国科学院重点、重大项目等多项。在《Nature》、《Ecology Letters》、《Global Change Biology》等12种国际刊物上共发表SCI研究论文68篇,主编(副主编)专著5部。
内页插图
目录
第1章 草地生产力及其稳定性维持机制
1.1 中国草地概况
1.2 内蒙古草地净初级生产力
1.3 内蒙古草原植物的光合物质生产
1.4 内蒙古草原植物的营养物质贮存
1.5 环境因素和人类活动对内蒙古草原初级生产力的影响
1.6 内蒙古草原生态系统生产力稳定性维持机制
1.7 结语与展望
参考文献
第2章 草地生物多样性与生态系统功能
2.1 基本概念
2.2 国外研究进展
2.3 国内相关内容的研究进展
2.4 结语与展望
参考文献
第3章 草地生物多样性对全球变化的响应
3.1 全球变化与生物多样性
3.2 生物多样性对全球变化驱动因子的响应
3.3 生物多样性对资源添加梯度的线性/非线性响应
3.4 全球变化背景下的生物多样性与稳定性关系
3.5 结语与展望
参考文献
第4章 草地生态系统能量平衡
4.1 能量平衡及其基本组分
4.2 草原群落能流日变化
4.3 草原群落能量季节 分配及其影响机制
4.4 刈割对草地生态系统能量平衡的影响
4.5 开垦对草地生态系统能量平衡的影响
4.6 放牧对草地生态系统能量平衡的影响
4.7 结语与展望
参考文献
第5章 草地生态系统水循环
5.1 草原生态系统水循环的研究现状
5.2 内蒙古草原生态系统水循环
5.3 结语与展望
参考文献
第6章 草地生态系统碳循环
6.1 草地碳循环的基本原理
6.2 草地碳循环与降雨格局变化
6.3 草地碳循环与大气氮沉降
6.4 草地碳循环与气候变暖
6.5 草地碳循环与CO2浓度倍增
6.6 结语与展望
参考文献
第7章 草地生态系统氮循环
7.1 草地生态系统氮循环研究进展
7.2 草地氮循环研究方法
7.3 内蒙古草原生态系统氮循环过程研究
7.4 影响草地氮循环过程的因素
7.4 结语与展望
参考文献
第8章 草地植物养分利用策略
8.1 养分策略研究历史
8.2 相关概念
8.3 内蒙古草地植物养分策略案例分析
8.4 结语与展望
参考文献
第9章 草地生态系统化学计量学
9.1 草地植物化学计量特征及其养分限制
9.2 草地生态系统的化学计量内稳性
9.3 植物一蝗虫化学计量相互作用与草地养分循环
9.4 草原生态演替的化学计量驱动机制
9.5 结语与展望
参考文献
第10章 草原群落根系动态与气候变化
第11章 稳定性同位素技术在草原生态系统研究中的应用
精彩书摘
2.3.5 优势植物对气候变化的适应与调控机理
全球气候变化最典型的特征是温度增加、降水的量和频率的改变、C02浓度的增加、大气氮沉降的增加以及对流层中臭氧浓度增加。这些环境因子的改变,将对植物的生长产生极其广泛而又深远的影响,并进一步影响了生物多样性与生态系统功能之间的关系。
通常条件下,由于植物自身可塑性的调节作用,植物在一定程度上能够抵御由于水分和养分等环境因子的改变而对其生长产生影响,植物生长的这种弹性或抗性被称为稳定性。由于不同植物生长特性的差异,或者同一种植物在不同的生长阶段,其稳定性也有可能存在明显的中间差异。通过对内蒙古典型草原优势植物盆栽的氮、磷添加实验,发现不同植物稳定调节因子(H)变化在1.93~14.5。另外,H值也因为植物地上和地下生物量分配、植物发育阶段、植物总的养分含量以及N:P而变化。植物根和叶的H值成负相关,并随着植物的发育而增加。植物氮的H值要大于磷的,二者又均低于N:P的H因子。不同物种相比较,具有高的N和P含量以及低N:P的植物具有较低的内稳性,表明越是稳定的植物在养分利用上越趋向于保守(Yu等,2011)。这个结果也表明,与藻类和真菌的H值相比,植物的H值有较大的变化范围,但又小于动物的。该研究也是首次针对植物进行相关的研究。进一步的研究还发现,内蒙古草原两年的氮磷添加实验表明内稳性指数高的物种具有较高的优势度和稳定性,内稳性高的生态系统也具有较高的生产力和稳定性。并且这一规律在27年的长期监测实验和1 200 km的样带实验中得到了验证。因此,通过调节生物对环境因子的响应,化学计量内稳性成为生态系统结构、功能和稳定性的维持重要机理。该文首次研究了植物的化学计量内稳性在生物多样性与生态系统功能关系上的重要性,拓展了生态化学计量学研究的范畴,也为生物多样性与生态系统功能关系的研究提供了重要的理论基础(Yu等,2010)。
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前言/序言
草原的脉动:内蒙古生态系统的生命密码 广袤无垠的内蒙古草原,如同中国北方大地上的一块绿色绸缎,承载着独特的生命韵律与生态智慧。这片土地,不仅仅是风吹草低见牛羊的壮丽画卷,更是一个复杂而精妙的生态系统,其维持和运转的机理,蕴含着自然界深刻的法则。本书并非直接探讨“内蒙古草地生态系统维持机理”这一具体学术议题,而是将目光投向草原这片土地本身,从更宏观、更具象的角度,去理解和感受其生生不息的生命力,以及与之交织的人类文明的印记。 第一章:草原的呼吸——气候、土壤与水文的交响曲 内蒙古草原的生命,首先源于这片土地的地理禀赋。广阔的地形,从东部的森林草原过渡到中部的干旱草原,再到西部的荒漠草原,塑造了多样的生态环境。而这一切的根基,在于那无处不在的气候因素。这里,四季分明,寒暑交替,降水虽然相对稀少,却往往集中在夏季,滋养着万物的生长。本书将细致描绘这些气候特征,例如年平均气温、降水量及其季节性分布,以及风的频率和强度,这些因素如何共同作用,塑造了草原植物的种类、生长周期以及分布格局。 土壤,是草原生命的载体。本书将深入探究内蒙古草原的土壤类型,从肥沃的黑钙土到相对贫瘠的栗钙土,分析其质地、有机质含量、pH值以及保水能力。这些土壤特性,直接影响着草本植物的根系生长、养分吸收和水分利用。我们将考察不同区域土壤的形成过程,以及它们如何受到植被、气候和地质活动的影响。此外,水文循环在草原生态系统中扮演着至关重要的角色。本书将呈现草原地区的水系特征,包括河流、湖泊以及地下水的分布和补给方式。降雨如何被土壤吸收,水分如何在植被和土壤之间流动,蒸发如何影响水分的平衡,这些动态过程将通过生动的描述和具体的案例来呈现,让读者理解水资源在维持草原生态系统中的关键作用。 第二章:生命的脉搏——草原植被的多样性与适应性 草原的灵魂,在于那片生机勃勃的绿色。内蒙古草原孕育了丰富多样的植被类型,从耐旱的草本植物到稀疏的灌木,它们各自以独特的姿态,书写着生命的传奇。本书将详细介绍构成草原生态系统的主要植物类群,例如禾本科、菊科、豆科等植物,以及它们的形态特征、生理习性和繁殖策略。我们将深入剖析这些植物如何适应草原严酷的环境,例如它们发达的根系如何深入土壤,以获取有限的水分和养分;它们如何通过休眠、变态等方式躲避干旱和严寒;它们如何通过高效的光合作用,在有限的生长季节内最大化能量的捕获。 本书还将重点关注草原植被群落的结构和组成。不同区域的草原,其优势植物种类、物种丰富度以及群落的层次结构都存在差异。我们将通过实地考察的视角,描绘不同类型的草原群落,例如纯草甸、疏林草地、半灌木草原等,并分析影响这些群落形成的因素,包括气候、土壤、地形以及人类活动。此外,本书还将探讨草原植被的动态变化,例如季节性变化、年际变化以及长期演替。春季的萌发,夏季的繁茂,秋季的枯黄,冬季的沉寂,这些周而复始的生命节律,共同构成了草原的呼吸。 第三章:草原的居民——野生动物的迁徙与共生 草原不仅是植物的王国,更是多种野生动物的家园。从在地栖息的哺乳动物到季节性迁徙的鸟类,它们与草原植被相互依存,共同维系着生态系统的平衡。本书将呈现内蒙古草原上具有代表性的野生动物群体,例如马鹿、黄羊、狼、狐狸、兔、鼠等哺乳动物,以及鹰、隼、雁、鸭等鸟类。我们将详细介绍这些动物的生活习性、食性、繁殖策略以及它们在草原生态系统中的作用,例如食草动物如何影响植被的组成和结构,捕食者如何控制食草动物的数量。 本书还将着重描绘草原上动物的迁徙行为。许多草原动物,特别是大型有蹄类动物,会根据季节的变化,进行长距离的迁徙,寻找更适宜的食物和生存环境。我们将追溯这些迁徙的路线,分析驱动迁徙的因素,以及迁徙对草原生态系统以及其他物种的影响。同时,本书也将关注动物之间的共生关系,例如捕食关系、竞争关系、寄生关系以及互利共生关系。这些复杂的相互作用,共同构成了草原食物网的精巧结构,维持着生态系统的稳定。 第四章:草原的守望者——游牧文化与人类活动的影响 内蒙古草原,自古以来就是游牧民族的家园。世代相传的游牧文化,与草原生态系统形成了紧密的联系,也深刻地影响着这片土地的演变。本书将深入探讨游牧文化对草原的影响,包括传统的放牧方式、畜牧业的发展以及与自然环境的和谐相处之道。我们将考察游牧民族如何根据草场的季节性变化,合理安排牲畜的迁移和放牧,如何利用自然资源,以及他们在这片土地上形成的独特的生活方式和价值观念。 然而,随着时代的发展,人类活动对草原生态系统的影响也日益复杂。本书将客观分析现代经济发展、人口增长以及资源开发等因素对草原环境带来的挑战,例如过度放牧、土地沙化、湿地退化以及生物多样性丧失等问题。我们将通过具体的案例,展示这些人类活动如何改变草原的植被结构、土壤肥力以及水文状况,并对草原生态系统的功能造成潜在的威胁。同时,本书也将关注近年来兴起的草原生态保护与恢复的努力,例如退耕还草、封育禁牧、科学放牧以及生态移民等措施,探讨这些措施的成效与局限,以及未来草原可持续发展的可能路径。 第五章:草原的未来——生态平衡的挑战与希望 内蒙古草原,正面临着前所未有的挑战,但同时也孕育着希望。本书的最后一章,将汇集前文的论述,从更宏观的视角,审视内蒙古草原生态系统的整体状况,并展望其未来发展。我们将探讨影响草原生态系统健康的关键因素,例如气候变化、土地利用方式以及全球经济格局等。本书将强调生态平衡的重要性,以及维持草原生态系统健康对于区域乃至全球生态安全的重要意义。 我们将聚焦于当前草原生态保护与发展领域的研究热点与前沿,例如草地退化的驱动机制、生物多样性保护的策略、以及生态旅游与可持续牧业的发展模式等。本书将鼓励读者以一种更具批判性的思维,去理解草原生态系统面临的复杂问题,并思考个人在保护草原生态中所能扮演的角色。同时,本书也将传递一种积极乐观的态度,相信通过科学的认识、审慎的管理以及全社会的共同努力,内蒙古草原这片宝贵的生态财富,能够实现可持续发展,继续谱写属于它的生命赞歌。 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角,去理解内蒙古草原的自然之美,生命之奇,以及文化之深。它不是一份枯燥的学术报告,而是一次充满感性的探索,一次对生命力量的致敬,一次对自然智慧的感悟。希望通过本书的阅读,读者能够对这片广袤而神秘的土地,产生更深厚的情感连接,并更加珍视和保护这片孕育了无数生命奇迹的草原。