短花针茅荒漠草原是欧亚大陆半干旱草原的重要组成类型,是草原和荒漠之间的过渡地带,是对环境变化响应十分敏感的极为脆弱的草地生态系统。放牧是该类草原主要的草地资源利用方式,对草地生态系统起着重要的调控作用。研究放牧利用与水热条件对荒漠草原植物群落特征的影响,有助于深入理解草原植物对放牧利用与水热变化的生态响应机制与自我调控机理,对保护荒漠草原草地生态系统以及草地资源的合理利用具有非常重要的意义。本研究以内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原为试验样地,通过对草地植物群落数量特征与气象因子的长期监测,探讨在禁牧与重牧处理下,植物群落数量特征之间、植物群落数量特征与水热因子之间的关系以及草地生态系统不同植物功能群之间的状态格局与转移过程,进而揭示放牧利用与水热变化对荒漠草原生态系统的调控作用与影响机制。基于2005-2015年的长期放牧试验数据分析得到的主要研究结果概括如下:1.水热条件对荒漠草原植物群落数量特征的影响存在时滞效应和累加效应。不同生长阶段的植物群落数量特征对降水的时滞累加响应有所差别。重度放牧减弱产草高峰期的物种丰富度、群落盖度以及群落高度对水热耦合的响应程度,但对产草高峰期地上现存量关于生长季降水的时滞累加(时滞期为1个月,累加期为2个月)响应影响很小。2.重度放牧不改变植物群落数量特征与水热条件之间的相互关系模式。不论在禁牧区还是重牧区,植物群落地上现存量、群落盖度以及群落高度均与累积降水量正相关、与累积温度负相关;物种丰富度与累积降水和温度均呈现正相关。然而,重度放牧减弱累积降水对地上现存量、群落盖度以及群落高度影响的边际效应。3.植物群落数量特征受放牧利用和降水年份类型的影响。不论在禁牧区还是重牧区,植物群落数量特征在湿润年都显著大于干旱年。不论降水年份类型如何,植物群落数量特征在禁牧区都显著大于重牧区。然而,植物群落数量特征之间的相互关系属性却不受放牧和降水年份类型的影响,两两之间始终保持线性正相关关系。4.放牧差异化地影响水热条件对植物群落数量特征的方差解释比例。不论在禁牧区还是重牧区,水分条件对地上现存量、群落盖度以及群落高度的影响始终大于温度条件。但重度放牧显著减小水热条件对物种丰富度的方差解释比例,而且在禁牧区水分条件对物种丰富度的影响大于温度条件,在重牧区温度条件对物种丰富度的影响大于水分条件。5.重度放牧和降水年份类型对植物功能群的年际间状态格局与转移过程产生显著影响。一方面,长期连续重度放牧不影响C3植物和优势种植物的地上现存量在群落中所占的比例,增加禾本科植物在群落中所占的比例,同时减小木本植物在群落中所占的比例。另一方面,由湿润年变为正常年或干旱年时,重度放牧促进C4植物向C3植物转移、非优势种植物向优势种植物转移、非禾本植物向禾本植物转移;然而,在干旱年或正常年变为湿润年时,重度放牧促进C3植物向C4植物转移、优势种植物向非优势种植物转移、禾本科植物向非禾本科植物转移。此外,不论降水年份类型如何,长期重度放牧的累积效应表现出对木本植物向草本植物转移的促进作用。本研究发现水分因子是短花针茅荒漠草原群落特征的主要控制因子,长期重度放牧表现出对草地植物群落数量特征及其与水热条件之间关系的影响较小,但对不同植物功能群之间的状态格局与转移过程的影响显著。植物功能群状态格局的变化会进一步影响短花针茅荒漠草原的生态系统结构与功能。因此,研究放牧利用和水热变化对草地生态系统功能的影响对草地资源的保护和可持续利用具有重要意义。