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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 33 卷 第 15 期摇 摇 2013 年 8 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
红树林生态系统遥感监测研究进展 孙永光,赵冬至,郭文永,等 (4523)…………………………………………
基于能值分析方法的城市代谢过程研究———理论与方法 刘耕源,杨志峰,陈摇 彬 (4539)……………………
关于生态文明建设与评价的理论思考 赵景柱 (4552)……………………………………………………………
个体与基础生态
长江口及邻近海域秋冬季小型底栖动物类群组成与分布 于婷婷,徐奎栋 (4556)………………………………
灌河口邻近海域春季浮游植物的生态分布及其营养盐限制 方摇 涛,贺心然,冯志华,等 (4567)………………
春季海南岛近岸海域尿素与浮游生物的脲酶活性 黄凯旋,张云,欧林坚,等 (4575)……………………………
模拟酸雨对蒙古栎幼苗生长和根系伤流量的影响 梁晓琴,刘摇 建,丁文娟,等 (4583)…………………………
有机酸类化感物质对甜瓜的化感效应 张志忠,孙志浩,陈文辉,等 (4591)………………………………………
稻田土壤氧化态有机碳组分变化及其与甲烷排放的关联性 吴家梅,纪雄辉,霍莲杰,等 (4599)………………
双氰胺单次配施和连续配施的土壤氮素形态和蔬菜硝酸盐累积变化 王煌平,张摇 青,翁伯琦,等 (4608)……
不同类型土壤中分枝杆菌噬菌体分离率的比较 徐凤宇,苏胜兵,马红霞,等 (4616)……………………………
模拟酸雨对小麦产量及籽粒蛋白质和淀粉含量及组分的影响 卞雅姣, 黄摇 洁,孙其松,等 (4623)…………
麻花秦艽种子休眠机理及其破除方法 李兵兵,魏小红,徐摇 严 (4631)…………………………………………
4 种金色叶树木对 SO2胁迫的生理响应 种培芳,苏世平 (4639)…………………………………………………
硫丹及其主要代谢产物对紫色土中酶活性的影响 熊佰炼,张进忠,代摇 娟,等 (4649)…………………………
种群、群落和生态系统
群落水平食物网能流季节演替特征 徐摇 军,周摇 琼,温周瑞,等 (4658)…………………………………………
千岛湖岛屿社鼠的种群数量动态特征 张摇 旭,鲍毅新,刘摇 军,等 (4665)………………………………………
黄土丘陵沟壑区不同植被区土壤生态化学计量特征 朱秋莲,邢肖毅,张摇 宏,等 (4674)………………………
青藏高原高寒草甸退化与人工恢复过程中植物群落的繁殖适应对策 李媛媛,董世魁,朱摇 磊,等 (4683)……
杉木人工林土壤质量演变过程中土壤微生物群落结构变化 刘摇 丽,徐明恺,汪思龙,等 (4692)………………
不同玉米品种(系)对玉米蚜生长发育和种群增长的影响 赵摇 曼,郭线茹,李为争,等 (4707)………………
伏牛山自然保护区森林冠层结构对林下植被特征的影响 卢训令,丁圣彦,游摇 莉,等 (4715)…………………
内蒙古武川县农田退耕还草对粪金龟子群落的影响 刘摇 伟,门丽娜,刘新民 (4724)…………………………
铜和营养缺失对海州香薷两个种群生长、耐性及矿质营养吸收的差异影响
柯文山,陈世俭,熊治廷,等 (4737)
……………………………………
……………………………………………………………………………
新疆喀纳斯国家自然保护区植被叶面积指数观测与遥感估算 昝摇 梅,李登秋,居为民,等 (4744)……………
景观、区域和全球生态
基于 LUCC的生态系统服务空间化研究———以张掖市甘州区为例 梁友嘉,徐中民,钟方雷,等 (4758)………
人工管理和自然驱动下盐城海滨湿地互花米草沼泽演变及空间差异 张华兵,刘红玉,侯明行 (4767)………
基于 PCA的滇西北高原纳帕海湿地退化过程分析及其评价 尚摇 文,杨永兴, 韩大勇 (4776)………………
基于遥感和地理信息系统的图们江地区生态安全评价 南摇 颖,吉摇 喆,冯恒栋,等 (4790)……………………
呼中林区森林景观的历史变域模拟及评价 吴志丰,李月辉,布仁仓,等 (4799)…………………………………
降水时间对内蒙古温带草原地上净初级生产力的影响 郭摇 群,胡中民,李轩然,等 (4808)……………………
研究简报
我国中东部不同气候带成熟林凋落物生产和分解及其与环境因子的关系
王健健,王永吉,来利明,等 (4818)
………………………………………
……………………………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*304*zh*P* ￥ 90郾 00*1510*32*
室室室室室室室室室室室室室室
2013鄄08
封面图说: 石质山区的退耕还林———桂西北地区是我国喀斯特集中分布的地区之一,这里的石漠化不仅造成土地退化、土壤资
源逐步消失、干旱缺水和土地生产力下降,而且还导致生态系统退化和植被消亡。 桂西北严重的地质生态环境问
题,威胁着当地居民的基本生存,严重制约了当地社会经济的发展。 增加植被覆盖是防治石漠化的重要举措。 随着
国家退耕还林、生态移民等治理措施的实施,区域植被碳密度显著增加,生态环境有所好转。 图为喀斯特地区农民
见缝插针用来耕种的鸡窝地(指小、碎、分散的土地),已经退耕还林了。
彩图及图说提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 33 卷第 15 期
2013 年 8 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 15
Aug. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金项目(40971027);国家重点基础研究发展计划(973 计划)资助(2010CB950603, 2010CB833501)
收稿日期:2012鄄05鄄03; 摇 摇 修订日期:2012鄄10鄄26
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: lisg@ igsnrr. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201205030636
郭群,胡中民,李轩然,李胜功.降水时间对内蒙古温带草原地上净初级生产力的影响.生态学报,2013,33(15):4808鄄4817.
Guo Q, Hu Z M, Li X R, Li S G. Effects of precipitation timing on aboveground net primary productivity in inner mongolia temperate steppe. Acta Ecologica
Sinica,2013,33(15):4808鄄4817.
降水时间对内蒙古温带草原地上净初级生产力的影响
郭摇 群1,2,胡中民1,李轩然1,2,3,李胜功1,*
(1. 中国科学院地理科学与资源研究所 生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京摇 100101;
2. 中国科学院大学, 北京摇 100049; 3. 内蒙古赤峰学院资源与环境科学学院,赤峰摇 024001;)
摘要:全球气候变化下降水时间的改变将深刻影响草原生态系统地上净初级生产力(ANPP),而草原生态系统 ANPP 是区域碳
循环的重要过程。 利用 1998—2007 年的 SPOT鄄VEG NDVI数据并结合 111 个样点的 ANPP 地面样方调查数据,获得了内蒙古
温带草原 1998—2007 年的 ANPP 区域数据,依此分析了中国内蒙古温带草原以及区域内的 3 种植被类型(荒漠草原、典型草
原、草甸草原)降水时间对 ANPP 的影响。 研究结果表明,对于整个内蒙古温带草原来说,一个水分年内(从上一年 9 月份到当
年地上生物量达最大值时的 8 月份)影响 ANPP 较为重要的降水月份为 2—7月份,其中,5—7月份降水尤为重要。 具体到每
个月降水的影响,研究发现,7 月份降水最重要,而仍处于生长季的 8 月份降水相对于其他生长季降水作用最小;影响不同草地
类型最重要的降水时期存在一定差异,对荒漠草原和典型草原地区来说,ANPP 达最大值前 3 个月(5—7月份)的生长季降水
最重要,而 8 月份降水影响较小,而草甸草原地区 8 月份和非生长季的 3、4 月份降水最重要,但各个降水时期降水对 ANPP 的
影响都较荒漠草原和典型草原小,大部分地区降水对 ANPP 的影响不显著。
关键词:地上净初级生产力;降水时间;温带草原
Effects of precipitation timing on aboveground net primary productivity in inner
mongolia temperate steppe
GUO Qun1, 2, HU Zhongmin1, LI Xuanran1, 2, 3, LI Shenggong1,*
1 Key Laboratory of Ecosystem Observation and Modeling, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences,
Beijing 100101, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 College of Resources and Environment Sciences, Chifeng University, Chifeng 024001, China
Abstract: Aboveground net primary productivity (ANPP) of grassland ecosystems is one of critical processes in regional
carbon cycle, and is dramatically impacted by concomitant changes in precipitation timing in the context of global climate
change. In this study, we firstly acquired ANPP data of the entire Inner Mongolia temperate steppe from 1997 to 2008 with
a statistic model, which was derived from linear regression between SPOT鄄VEG NDVI data in August ( from 1997 to 2008)
and field ANPP data obtained at 111 specific sites. Secondly, we addressed effects of precipitation timing on ANPP for the
entire Inner Mongolia temperate steppe and further for its three main component grassland types ( desert steppe, typical
steppe, and meadow steppe) . Our results demonstrated that, for the entire Inner Mongolia temperate steppe, precipitation
periods from February to July was the relatively important periods that affected ANPP during the whole water year (defined
here as the 12鄄month period from September of previous year to August of the current year when the aboveground biomass
reaches its peak), while the period from May to July was the most important. In terms of occurrence of monthly rain, rain
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in July had the greatest effect on ANPP, while rain in August, although still one of the growing months, had the minor
effect. With respect to the grassland types, the desert steppe and typical steppe received the greatest impact from the
precipitation from May to July, which is in accordance with the observation from the entire temperate steppe, while ANPP of
the meadow steppe was relatively little affected by the timing of precipitation, evidenced by not significant (P>0. 05)
correlations between precipitation of different periods in most area of meadow steppe. Spatial pattern of most meaningful
timing (month, different accumulated periods) of rainfall was consistent with the analysis of correlation coefficients, which
showed that precipitation from May to July was the most meaningful accumulated period for ANPP of most of the entire Inner
Mongolia temperate steppe. In terms of monthly rain, rain in July was most important in almost 40% of the area. Also,
spatial pattern was grassland type specific. Most part of the desert steppe and typical steppe was affected by precipitation
during May to July, while the meadow steppe was mostly affected by rain in current month when ANPP reached its peaks
(August) and non鄄growing season rain of March.
Key Words: aboveground net primary productivity; precipitation time; temperate steppe
全球气候变化将导致降水格局发生重大改变,不仅降水总量发生变化,降水时间也将发生显著改变[1鄄2]。
草原生态系统是对降水最为敏感的生态系统之一[3鄄4]。 同时,草原占全球陆地面积约 40% ,对全球碳收支、水
分循环、能量流动以及畜牧业发展有着重要贡献[5]。 地上净初级生产力(ANPP)是草原生态系统(甚至所有
陆地生态系统)最为重要的过程之一,它决定草原生态系统的基本功能,是控制养分循环、能量流动和碳循环
过程的基本环节[6鄄8]。 长期以来,降水对草原生态系统 ANPP 的影响一直是科学家关注的焦点[9鄄15],尤其是在
全球变化的背景下,该领域受到越来越多的关注[16]。 科学家采用了模型、控制实验、长期观测等多种手
段[17鄄19]。 有效预测降水变化对生态系统生产力的影响,而沿气候梯度分析降水时间对 ANPP 的影响是揭示
未来全球变化下降水格局改变对 ANPP 影响非常重要的途径。
降水时间是影响草原 ANPP 的重要因素,国内外就该主题开展了大量研究。 影响 ANPP 的降水时间在不
同地区研究结果存在一定差异。 在北美、南美草原和半荒漠等生态系统的研究发现,ANPP 达到最大值前一
年的降水都有一定影响[9, 20鄄23],而在加拿大草场的研究发现,当年降水(4—7月份)与牧草产量高度相关[24]。
在我国,已有大量研究系统分析了不同时间降水量对植被归一化指数(NDVI)、净初级生产力(NPP)等表征
植被生长状态指标的影响,研究证实,生产力达最大值前的降水对植被生长的确存在一定的影响[25鄄27],这些
研究为认识降水时间对中国草原生态系统植被生长的影响提供了宝贵的资料。 然而,影响植被生长的降水时
间在不同的研究中存在一定差异。 如同样是典型草原生态系统,有些研究发现,当年降水对植被的影响最大
(6—8月份、1 月份上旬至 4 月份上旬) [27鄄29],而同是典型草原之一的羊草草原和针茅草原的研究发现,前一
年 10 月份或 11 月份至当年 8 月份的累积降水量的影响最显著,而与月降水量无显著关系[30鄄31]。 同时,不同
生态系统中影响植被生长的降水时间也存在差异,如与典型草原的研究结果不同,在草甸草原的研究发现,前
一年 8 月份到当年 5 月份期间的降水对 ANPP 影响显著[32]。 这些研究结果的差异可能来源于研究区域和空
间尺度的不同(有些是单站点研究,有些是区域尺度研究)以及研究所侧重的生态系统功能指标不同(NDVI,
NPP,ANPP 等),而 ANPP 是对畜牧业可持续发展最为重要的和直接的参考指标之一,以往降水时间对 ANPP
的影响多为单站点研究,区域尺度上不同植被类型中影响 ANPP 的降水时间主要是哪些时期,影响 ANPP 最
重要的降水时期的空间格局如何等科学问题并没有明确的答案。
内蒙古温带草原是欧亚草原的重要组成部分,从东北到西南具有天然的降水梯度,同时本区域包括了温
带草原的 3 个主要植被类型———草甸草原、典型草原和荒漠草原,这为揭示降水时间对不同植被类型草原
ANPP 影响的差异提供了理想平台。 本文研究了:1)不同时期降水对内蒙古温带草原 ANPP 的相对重要性有
何差异? 2)影响 ANPP 最重要的降水时期在区域尺度上的空间格局如何? 不同植被类型之间有何差异的基
础上,揭示中国内蒙古温带草原降水时间对 ANPP 的影响。
9084摇 15 期 摇 摇 摇 郭群摇 等:降水时间对内蒙古温带草原地上净初级生产力的影响 摇
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1摇 材料与方法
1. 1摇 研究区概况
研究区域位于中国北部的内蒙古自治区,全区面积 118 万 km2,其中 66%的面积是草原[29]。 自东北到西
南降水从 450mm递减到 100mm以下,相应分布的植被类型依次为草甸草原、典型草原和荒漠草原(图 1)。
草甸草原处于研究区的东北部,属于半湿润气候,植物多样性最高,主要由贝加尔针茅(Stipa baicalensis)、羊
草(Leymus chinensis)、线叶菊(Filifolium sibiricum)和大针茅(Stipa. grandis)等组成;典型草原位于研究区的中
部,属于半干旱气候,降水和植物多样性中等,植被主要由大针茅、羊草、克氏针茅(Stipa. krylovii)、糙隐子草
(Cleistogenes squarrosa )、冰草 ( Agropyron cristatum)、冷蒿 ( Artemisia frigida ) 和小叶锦鸡儿 ( Caragana
microphylla)等组成;荒漠草原位于研究区的西南端,属于干旱气候,植物多样性最低,主要由石生针茅(Stipa
klemenzii)、小针茅 ( S. klemenzii)、戈壁针茅 ( S. gobica)、沙生冰草 ( Agropyron desertorum)、无芒隐子草
(Cleistogenes songorica)、冷蒿和猪毛菜(Salsola collina)等组成。 该区年均温度范围-3—9益,地带性土壤类型
从东北到西南依次为黑钙土、栗钙土、棕钙土。
图 1摇 内蒙古 3 种植被类型和地面调查样点分布图
Fig. 1摇 Location map of varied grassland types and sample sites across the Inner Mongolia steppe region of northern China
1. 2摇 数据获取
1. 2. 1摇 地面样方调查 ANPP 和区域 ANPP 估算
为获得内蒙古温带草原区域尺度 1998—2007 年每一年的 ANPP 数据,本研究利用传统的方法估算每个
栅格的 ANPP,以地面样方调查获取的 ANPP 与相应的遥感 NDVI数据建立统计方程,再基于此方程和区域的
NDVI估算得到各年区域的 ANPP [33鄄34]。
地面调查的 ANPP 基于最大生物量法测定得到,该方法是估算草原生态系统 ANPP 被广泛采用的方法之
一[35]。 在 2003、2004 年每年草原地上最大生物量时期(8 月份中上旬),沿拟定的调查路线,每隔 50—100 km
选取一个非固定样地进行取样。 每个样地随机取 3—5个样方,样方面积为 1m伊1 m。 采用收割法获得地上生
物量(包括地上活体量和立枯体量两部分),烘干并称其干重。 对于有灌木植物的群落,由于野外采样时未单
独测定新生枝叶的生物量,其 ANPP 无法估算,因而这些样方数据未用于区域 ANPP 估算中。 最终,获得 111
个样点的 ANPP 数据,采样点分布于内蒙古绝大多数草原分布区,所获取的 ANPP 变异范围为 9. 5—358. 4 g
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m-2 a-1,涵盖了本区所有地带性植被类型,即草甸草原、典型草原和荒漠草原(图 1),采样点详细情况见文献
Ma等[36]、Yang等[37]、Hu等[38]。
地面获取的 ANPP 数据需与相应的遥感 NDVI数据建立统计回归关系,进而估算区域的 ANPP。 选取的
遥感数据为 SPOT鄄VEG 1998—2007 年期间每年 8 月份的 NDVI数据(分辨率 1 km, http: / / westdc. westgis. ac.
cn),NDVI 数据为经过去云处理后的 10 d 平均值。 8 月份的 NDVI 与地面最大生物量(即 ANPP)数据相对
应,最终得到 ANPP 与 NDVI之间的经验关系:ANPP =20. 04e3. 75NDVI(R2 =0. 74,n=111, P<0. 001)。 再用此经
验模型和 1998—2007 年每年 8 月份的 NDVI,获得区域上 1998—2007 年每个像元同期的 ANPP 数据。 另外,
基于上述地面 ANPP 和早期(1992—1999 年)定位监测的 ANPP(包括了灌木当年的新生枝叶),利用 AVHRR
GIMMS(8 km伊8 km)数据同样发现 NDVI 数据和地面 ANPP 呈显著的指数关系(ANPP = 11. 59e5. 47NDVI,R2 =
0. 79,n=152, P<0. 001),考虑到 SPOT鄄VEG 数据具有较高的空间分辨率,因此最终选取 SPOT鄄VEG 数据
(1998—2007 年)以及其与 ANPP 的回归关系尺度上推获得区域上 1998—2007 年的 ANPP 数据。
1. 2. 2摇 降水区域数据
通过在全国 750 余个定位气象观测台站的观测数据,利用 Anusplin软件包基于局部薄盘光滑样条法原理
插补得到区域内的降水数据。 精度检验表明,本区域内插补得到的降水数据误差低于 7% [39]。
1. 3摇 数据分析
考虑到草原生态系统 8 月份以后的降水对当年的 ANPP 无影响,本研究将前一年 9 月份至当年 8 月份的
12 个月份视为一个水分年。 为便于统计分析,根据 3 种植被类型的面积权重,分别在荒漠草原、典型草原和
草甸草原随机选取 500、700 和 500 个样点,进而基于这些样点的 ANPP 和降水数据开展降水时间对 ANPP 影
响的分析。 非草原栅格根据中国科学院中国土地利用和覆盖数据(1 km)剔除 (http: / / www. geodata. cn)。
本文对每种植被类型中所有样点每一年的年降水总量和 ANPP 数据取平均值,依此大致观测降水和
ANPP 的年际变化以及降水和 ANPP 在 3 种植被类型中的大小。
为探讨某一月份降水对 ANPP 的影响,对每一个样点 10a(1998—2007 年)内该月份的降水量和 ANPP 做
相关分析,统计得到决定系数,在此基础上对每个植被类型的所有样点的决定系数求平均,以此比较该月降水
对不同植被类型 ANPP 影响的差异。
为了揭示对 ANPP 产生影响的累积降水时期以及不同时期的相对作用强度,按两个不同的时间方向设计
降水累积时期并分析其与 ANPP 的相关关系。 方向 1 从前一年 9 月份往后逐月推移,每个降水累积时期比前
一个多一个月份的降水,直到生长季结束的 8 月份。 方向 2 从 8 月份向前逐月推移到前一年 9 月份,每个降
水累积时期比前一个多一个月份的降水。 方向 1 和方向 2 共计 24 个降水累积时期,不同降水累积时期降水
量对 ANPP 的影响用相关系数来衡量。
同时,对每一个栅格比较了 12 个月份的降水与 ANPP 相关系数大小,并认为相关系数最大的月份对
ANPP 的影响最大,由此获得了区域上对 ANPP 影响最重要月份的空间分布格局。 同样的方法获得了方向 1
和方向 2 两个处理中对 ANPP 影响最大的降水累积时期空间分布格局。 用 t 检验对决定系数进行显著性检
验,并去除不具有显著性的栅格。 对通过显著性检验的栅格,统计影响 ANPP 最大的月份或降水累积时期的
面积,并计算其占通过显著性检验的总面积的比例,依此衡量对不同植被类型 ANPP 最重要的降水时间。
2摇 结果与讨论
2. 1摇 1998—2007 年的降水总量和 ANPP
年降水总量和 ANPP 表现出相似的年际波动(表 1)。 1998 年的年降水总量最大,其他年份降水量在年
与年之间差异减小。 荒漠草原和典型草原 ANPP 的年际波动与年降水总量类似,草甸草原 ANPP 在一些降水
较多的年份可能存在一定的时滞效应,如 1999 年的 ANPP 比年降水总量较多的 1998 年 ANPP 要高,这可能
是由于 1998 年较高的年降水总量为 1999 年植被生长季开始时植被的生长提供了有利的土壤水分条件。
从年降水总量和 ANPP 的相对大小来看,草甸草原年降水总量>典型草原>荒漠草原,同样,ANPP 也表现
1184摇 15 期 摇 摇 摇 郭群摇 等:降水时间对内蒙古温带草原地上净初级生产力的影响 摇
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出相同的大小顺序。 但年降水总量在 3 种植被类型之间的差异要明显小于 ANPP 在 3 种植被类型之间的差
异,之前的研究发现草甸草原对降水总量的敏感性>典型草原>荒漠草原,这种敏感性的差异可能是导致
ANPP 在 3 种植被类型之间差异较大的原因。
表 1摇 内蒙古温带草原 1998—2007 年的降水总量和 ANPP
Table 1摇 Annual precipitation amount and ANPP in Inner Mongolia steppe region during 1998—2007
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
荒漠草原 降水 / mm 224. 83 147. 61 150. 08 119. 63 190. 01 205. 54 186. 97 114. 45 149. 19 172. 71
Desert steppe ANPP / (g / m2) 54. 59 41. 48 38. 31 34. 20 43. 71 48. 73 42. 55 35. 95 44. 05 50. 98
典型草原 降水 / mm 460. 73 265. 22 264. 83 233. 42 286. 92 309. 62 310. 95 255. 52 231. 73 249. 44
Typical steppe ANPP / (g / m2) 136. 78 116. 04 80. 74 92. 13 102. 27 130. 51 119. 87 115. 33 112. 36 86. 52
草甸草原 降水 / mm 535. 00 345. 48 329. 28 298. 96 343. 31 338. 35 303. 19 381. 49 297. 57 295. 18
Meadow steppe ANPP / (g / m2) 204. 15 267. 07 205. 85 222. 44 221. 96 283. 11 252. 16 285. 45 247. 61 157. 38
2. 2摇 不同降水累积时期降水量与 ANPP 的相关关系
如图 2 所示,对整个内蒙古温带草原来说,从前一年 9 月份开始(方向 1),降水累积月份由少到多,降水
与 ANPP 的相关系数开始很低,2 月份以后快速增长,7 月份时达到最大值。 分不同的植被类型来看,荒漠草
原和典型草原相关系数变化趋势与整个内蒙古温带草原一致,而草甸草原各时期降水与 ANPP 相关性不高,
相关性检验显示,大部分样点都达不到显著水平(P>0. 05)。 图 2 显示的是降水从当年 8 月份开始,降水逐月
向前累积(方向 2),不同的降水累积时期降水量与 ANPP 的相关系数大小。 结果显示,整个内蒙古温带草原、
荒漠草原和典型草原 8 月份降水与 ANPP 相关性很低,而加入 6、7 月份降水后相关系数上升很快,并在 5—8
月份降水累积时期达到最大值。 而草甸草原各时期的相关系数都较低,大部分样点达不到显著性水平(P>
0郾 05)。 从不同植被类型的相关系数大小上来看,荒漠草原>典型草原>草甸草原。 综上所述,除草甸草原外,
2—7月份降水对 ANPP 的影响较大,其中 5—7月份降水的作用尤为重要,而草甸草原各个降水累积时期的
降水量与 ANPP 相关性较小。
图 2摇 内蒙古温带草原不同降水累积时期降水量与 ANPP的相关性
Fig. 2 摇 The association ( correlation) between annual ANPP and cumulative precipitation for varying periods prior to peak ANPP
measurements:Periods of cumulative precipitation is computed in both progressive (forward) time series
该研究结果与 Bai等[40]在内蒙古典型草原的两个站点的研究结果(1—7月份降水都有影响)较为一致,
而与 Guo等[32]对中国温带草原 3 个草原站点的研究有一定的出入,该研究认为对草甸草原、典型草原和荒漠
2184 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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草原 ANPP 影响最大的降水时间分别为前年 8 月份到当年 5 月份、7 月份和 4—6月份,这可能反应了研究尺
度不同对结果的影响。 对于不同植被类型来说,荒漠草原降水与 ANPP 相关系数>典型草原>草甸草原,而草
甸草原大部分样点降水与 ANPP 之间的相关性达不到显著水平,这与之前研究认为去冬和今春降水对草甸草
原生长具有重要作用的结果有一定差异[25]。 不同植被类型年降水量多少可能是相关系数存在差异的原因,
从荒漠草原到典型草原到草甸草原,随着降水量的增加,降水对 ANPP 的影响也逐渐减小[3],因此,草甸草原
降水与 ANPP 的相关性较小。
同时,该研究结果与北美的一些研究相比存在较大的差异,如在美国堪萨斯州的研究发现,对 NDVI 值影
响最大的降水可推迟到生产力达最大值前 15 个月的降水累积[21];其他地区的一些研究结果也显示,前一年
降水对生产力都有较大影响[9, 22]。 而在中国内蒙古温带草原的研究结果显示,当年降水尤其是生长季降水
对草原生产力最重要,前一年降水作用较小。 这些研究结果的差异可能与气候条件的不同有关,北美地区多
属于地中海气候,冬季降水较多,水分能渗透到更深层土壤贮藏起来[41],生长季一开始植物就可以利用这部
分水分,所以影响 ANPP 的月份可以推迟到更早以前。 内蒙温带草原属于雨热同期的季风气候,非生长季降
水量较少,至生长季开始时已大部分蒸发而对 ANPP 的影响很小,非生长季降水不足以维持到生长季开始是
部分地区非生长季降水作用较小的重要原因[13]。
2. 3摇 不同月份降水量与 ANPP 的相关关系
摇 图 3摇 内蒙古温带草原不同植被类型各月份降水与 ANPP 的相关
关系
Fig. 3 摇 The association between annual ANPP and monthly
precipitation for different grassland types in terms of the
coefficient of determination in Inner Mongolia steppe region
不同月份降水量与 ANPP 的相关分析发现,荒漠草
原和典型草原 7 月份降水与 ANPP 的决定系数最高,而
草甸草原各个月份降水与 ANPP 的决定系数都较低,但
可以看出 3 月份、7 月份和 8 月份降水与 ANPP 的相关
性较其他月份高(图 3),但 8 月份降水与 ANPP 是负相
关关系(图 2)。 荒漠草原和典型草原各个月份降水与
ANPP 决定系数差异不显著,但二者生长季月份降水与
ANPP 的决定系数都显著大于草甸草原(P<0郾 001)。
该结果与在南美阿根廷的研究结果相近,都是生产力达
最大值前一个月(12 月份)的降水最重要[22],而与内蒙
古羊草草原的研究认为生产力与月降水无关的结果存
在一定差异[31]。 在内蒙古温带草原,7 月份是植物生
长的旺季,雨热同期的气候使得此时蒸发强烈[42],是内
蒙古温带草原最需水的时期。 而 8 月份降水与 ANPP
在草甸草原呈现负相关,这可能与草甸草原 8 月份降水
后温度有一定程度的降低,不利于植物生长或促使植物
提前结束生长有关,这与北美草原的研究结果相近。
2. 4摇 最重要降水时期的空间分布
从对 ANPP 影响最大的降水月份的空间分布来看(图 4),7 月份降水在荒漠草原和典型草原大部分地区
对 ANPP 的影响最大,分别占通过显著性检验面积的 40. 9%和 68. 5% ,3—6月份降水对 ANPP 也有一定影
响。 而草甸草原大部分地区主要受非生长季 3、4 月份和生长季 7、8 月份降水的影响,受这 4 个月份降水影响
的面积占通过显著性检验面积的 69. 9% (表 2)。 时间方向 1 中的累积时期降水量(从前一年 9 月份逐月累加
至当年 8 月份)与 ANPP 的相关性在 3 种植被类型结果较为一致,都是包含了生长季降水的全年降水量(9—
8)和 9—7月份降水对 ANPP 影响最大,这两个降水时期最重要的地区占草甸草原面积的 59% ,而在荒漠草
原和典型草原达到了 80%以上(表 3)。 对荒漠草原和典型草原来说,对 ANPP 影响最重要的降水累积时期
(时间方向2,从8月份逐月累加至前一年9月份)为ANPP达最大值前3个月(5—7月份) ,8月份降水的作
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图 4摇 影响内蒙古温带草原 ANPP的最重要降水时期空间分布图
Fig. 4摇 Spatial pattern of most meaningful timing of rainfall in Inner Mongolia steppe region
图中显示的区域的相关关系均通过显著性检验(P<0. 05)
表 2摇 对内蒙古温带草原 ANPP影响最大的各月份降水所占的面积比例 / %
Table 2摇 The fraction in the total area for each month that mostly affected ANPP in Inner Mongolia steppe region
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
荒漠草原
Desert steppe 0. 11 4. 45 9. 86 8. 70 8. 27 10. 50 40. 93 6. 47 0. 74 0. 64 9. 01 0. 32
典型草原
Typical steppe 11. 34 6. 54 12. 17 14. 40 14. 24 12. 33 68. 54 6. 54 1. 41 1. 24 6. 79 2. 48
草甸草原
Meadow steppe 5. 88 5. 23 28. 10 14. 71 4. 25 3. 59 9. 15 17. 97 1. 63 1. 96 2. 29 5. 23
总体
Meadow steppe 4. 94 4. 34 10. 32 9. 53 8. 33 8. 20 39. 33 6. 17 0. 92 0. 85 5. 51 1. 55
表 3摇 对内蒙古温带草原 ANPP影响最大的各降水累积时期(时间方向 1)所占的面积比例 / %
Table 3摇 The fraction in the total area for each period of cumulative precipitation that mostly affected ANPP in Inner Mongolia steppe region;
Periods ( in month) of cumulative precipitation is computed in progressive ( forward) time series: i. e. 9 denotes one month, September of
previous year, 9—10 two months from September to October of previous year, etc
9 9—10 9—11 9—12 9—1 9—2 9—3 9—4 9—5 9—6 9—7 9—8
荒漠草原 0. 55 0. 00 0. 55 0. 14 0. 14 0. 28 0. 41 0. 00 4. 13 13. 22 23. 55 57. 02
典型草原 0. 75 0. 41 0. 33 0. 25 0. 99 0. 33 1. 16 1. 99 4. 55 3. 15 45. 78 40. 31
草甸草原 2. 41 1. 20 0. 00 3. 61 0. 00 1. 20 0. 00 8. 43 12. 05 12. 05 30. 12 28. 92
总体 0. 74 0. 30 0. 40 0. 35 0. 64 0. 35 0. 84 1. 54 4. 71 7. 14 37. 13 45. 86
用较小,而对草甸草原来说,绝大部分地区(通过显著性检验面积的 55% )主要受 ANPP 达最大值时的 8 月份
降水的影响,前一个月降水仅对 10. 6%的地区作用最大(表 4)。 时间方向 1 和 2 不同降水累积时期降水和
4184 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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ANPP 的相关分析共同表明,在内蒙古温带草原,生长季降水最为重要,与上述相关系数的分析结论一致。 由
最重要降水时期空间分布图可以得出,以往研究中,尤其是单站点研究得出不同的最重要降水时间很可能是
由于样点选取的位置不同引起的。 例如,从时间方向 1 的 12 个处理来看,在荒漠草原和典型草原有超过
40%的面积,草甸草原超过 20%的面积其最重要的降水时期包括了一些非生长季月份;而且即使是选取相关
系数最大的降水时期,在草甸草原依然仅有 20%左右的面积通过了显著性检验,荒漠草原和典型草原也有一
定面积的地区降水与 ANPP 相关不显著,因此,研究区域不同,研究结果可能会存在一定差异。
表 4摇 对内蒙古温带草原 ANPP影响最大的各降水累积时期(时间方向 2)所占的面积比例 / %
Table 4摇 The fraction in the total area for each period of cumulative precipitation that mostly affected ANPP in Inner Mongolia steppe region;
Periods (in month) of cumulative precipitation is computed in retrospective (backward) time series, i. e. 8 signifies one month, i. e. August of
current year, 7—8 two months from August to July of current year, etc.
8 7—8 6—8 5—8 4—8 3—8 2—8 1—8 12—8 11—8 10—8 9—8
荒漠草原 5. 44 18. 58 14. 32 13. 96 1. 18 3. 91 4. 62 1. 30 5. 21 13. 25 6. 27 11. 95
典型草原 5. 35 19. 72 23. 17 10. 02 4. 43 1. 45 7. 34 0. 46 4. 51 6. 96 4. 43 12. 16
草甸草原 55. 77 10. 58 5. 77 6. 73 1. 92 0. 96 0. 96 0. 00 0. 00 2. 88 2. 88 11. 54
总体摇 摇 7. 71 18. 87 19. 05 11. 34 3. 10 2. 35 6. 03 0. 75 4. 56 9. 13 5. 05 12. 05
3摇 结论
内蒙古温带草原 ANPP 和降水量在 3 种植被类型中的大小顺序均是草甸草原>典型草原>荒漠草原。
对内蒙古温带草原来说,2—7月份降水对 ANPP 影响相对较大,其中 5—7月份降水尤为重要,而前一年
非生长季降水对 ANPP 影响较小。 具体到每个月份,7 月份降水对 ANPP 最重要。
影响不同植被类型最重要的降水时期不同,对荒漠草原和典型草原地区来说,ANPP 达最大值前 3 个月
(5—7月份)的生长季降水最重要,而 8 月份降水影响较小,草甸草原地区 8 月份和非生长季的 3、4 月份降水
最重要,但各个降水时期对 ANPP 的影响都较荒漠草原和典型草原小,大部分地区降水对 ANPP 的影响不
显著。
从影响内蒙古温带草原 ANPP 最大降水时期的空间分布来看,大部分地区影响 ANPP 最大的降水时期与
相关分析的结论一致,但仍有一部分地区降水与 ANPP 相关性最大的时期包括了非生长季降水甚至有相当一
部分地区降水与 ANPP 的相关性不显著。
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7184摇 15 期 摇 摇 摇 郭群摇 等:降水时间对内蒙古温带草原地上净初级生产力的影响 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 33,No. 15 Aug. ,2013(Semimonthly)
CONTENTS
Frontiers and Comprehensive Review
A review on the application of remote sensing in mangrove ecosystem monitoring
SUN Yongguang, ZHAO Dongzhi, GUO Wenyong, et al (4523)
………………………………………………………
……………………………………………………………………
Urban metabolism process based on emergy synthesis: Theory and method LIU Gengyuan, YANG Zhifeng, CHEN Bin (4539)……
Theoretical considerations on ecological civilization development and assessment ZHAO Jingzhu (4552)………………………………
Autecology & Fundamentals
Assemblage composition and distribution of meiobenthos in the Yangtze Estuary and its adjacent waters in autumn鄄winter season
Yu Tingting, XU Kuidong (4556)
……
……………………………………………………………………………………………………
Ecological distribution and nutrient limitation of phytoplankton in adjacent sea of Guanhe Estuary in spring
FANG Tao, HE Xinran, FENG Zhihua, et al (4567)
…………………………
………………………………………………………………………………
The distribution of urea concentrations and urease activities in the coastal waters of Hainan Island during the spring
HUANG Kaixuan, ZHANG Yun, OU Linjian, et al (4575)
…………………
………………………………………………………………………
Effects of simulated acid rain on growth and bleeding sap amount of root in Quercus mongolica
LIANG Xiaoqin,LIU Jian,DING Wenjuan,et al (4583)
………………………………………
……………………………………………………………………………
Allelopathic effects of organic acid allelochemicals on melon ZHANG Zhizhong, SUN Zhihao, CHEN Wenhui, et al (4591)………
Fraction changes of oxidation organic carbon in paddy soil and its correlation with CH4 emission fluxes
WU Jiamei, JI Xionghui, HUO Lianjie,et al (4599)
………………………………
………………………………………………………………………………
Changes of soil nitrogen types and nitrate accumulation in vegetables with single or multiple application of dicyandiamide
WANG Huangping, ZHANG Qing, WENG Boqi, et al (4608)
……………
……………………………………………………………………
Comparison of isolation rate of mycobacteriophage in the different type soils
XU Fengyu,SU Shengbing, MA Hongxia, et al (4616)
……………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of different acidity acid rain on yield, protein and starch content and components in two wheat cultivars
BIAN Yajiao, HUANG Jie, SUN Qisong, et al (4623)
………………………
……………………………………………………………………………
The causes of Gentiana straminea Maxim. seeds dormancy and the methods for its breaking
LI Bingbing, WEI Xiaohong, XU Yan (4631)
…………………………………………
………………………………………………………………………………………
Physiological responses of four golden鄄leaf trees to SO2 stress CHONG Peifang, SU Shiping (4639)…………………………………
Influence of endosulfan and its metabolites on enzyme activities in purple soil
XIONG Bailian, ZHANG Jinzhong, DAI Juan, et al (4649)
…………………………………………………………
………………………………………………………………………
Population, Community and Ecosystem
Seasonal dynamics of food web energy pathways at the community鄄level XU Jun, ZHOU Qiong, WEN Zhourui, et al (4658)………
Population dynamics of Niviventer confucianus in Thousand Island Lake ZHANG Xu, BAO Yixin, LIU Jun, et al (4665)……………
Soil ecological stoichiometry under different vegetation area on loess hilly鄄gully region
ZHU Qiulian, XING Xiaoyi, ZHANG Hong, et al (4674)
…………………………………………………
…………………………………………………………………………
Adaptation strategies of reproduction of plant community in response to grassland degradation and artificial restoration
LI Yuanyuan, DONG Shikui, ZHU Lei,et al (4683)
………………
………………………………………………………………………………
Effect of different Cunninghamia lanceolata plantation soil qualities on soil microbial community structure
LIU Li,XU Mingkai,WANG Silong,et al (4692)
……………………………
……………………………………………………………………………………
Effects of different maize hybrids (inbreds) on the growth, development and population dynamics of Rhopalosiphum maidis Fitch
ZHAO Man, GUO Xianru, LI Weizheng, et al (4707)
…
……………………………………………………………………………
Effects of forest canopy structure on understory vegetation characteristics of Funiu Mountain Nature Reserve
LU Xunling,DING Shengyan,YOU Li,et al (4715)
…………………………
…………………………………………………………………………………
Influence of restoring cropland to grassland on dung beetle assemblages in Wuchuan County, Inner Mongolia, China
LIU Wei, MEN Lina, LIU Xinmin (4724)
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Cu and nutrient deficiency on different effects of growth, tolerance and mineral elements accumulation between two Elsholtzia
haichouensis populations KE Wenshan, CHEN Shijian, XIONG Zhiting, et al (4737)……………………………………………
Measurement and retrieval of leaf area index using remote sensing data in Kanas National Nature Reserve, Xinjiang
ZAN Mei, LI Dengqiu, JU Weimin, et al (4744)
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Landscape, Regional and Global Ecology
An spatial ecosystem services approach based on LUCC: a case study of Ganzhou district of Zhangye City
LIANG Youjia,XU Zhongmin,ZHONG Fanglei,et al (4758)
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Spatiotemporal characteristics of Spartina alterniflora marsh change in the coastal wetlands of Yancheng caused by natural
processes and human activities ZHANG Huabing, LIU Hongyu, Hou Minghang (4767)…………………………………………
Process analysis and evaluation of wetlands degradation based on PCA in the lakeside of Napahai, Northwest Yunnan Plateau
SHANG Wen, YANG Yongxing, HAN Dayong (4776)
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On eco鄄security evaluation in the Tumen River region based on RS&GIS NAN Ying, JI Zhe,FENG Hengdong, et al (4790)………
Evaluation and simulation of historical range of variability of forest landscape pattern in Huzhong area
WU Zhifeng, LI Yuehui, BU Rencang, et al (4799)
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Effects of precipitation timing on aboveground net primary productivity in inner mongolia temperate steppe
GUO Qun, HU Zhongmin, LI Xuanran, et al (4808)
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Research Notes
Litter production and decomposition of different forest ecosystems and their relations to environmental factors in different climatic
zones of mid and eastern China WANG Jianjian, WANG Yongji, LAI Liming, et al (4818)……………………………………
2315 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是由中国科学技术协会主管,中国生态学学会、中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊,创刊于 1981 年,报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果。 坚持“百花齐放,百家
争鸣冶的方针,依靠和团结广大生态学科研工作者,探索生态学奥秘,为生态学基础理论研究搭建交流平台,
促进生态学研究深入发展,为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务、为国民经济建设和发展服务。
《生态学报》主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果。 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方法、新技术介绍;新书评价和
学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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标准刊号:ISSN 1000鄄0933摇 摇 CN 11鄄2031 / Q
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 33 卷摇 第 15 期摇 (2013 年 8 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 33摇 No郾 15 (August, 2013)
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