Responces of plant community construction in semi-arid sandy grassland to precipitation changes

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00067

Journal of Desert Research ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (4): 314-323.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00067

Responces of plant community construction in semi-arid sandy grassland to precipitation changes

Jiaqi Jing¹^,²^,⁴(), Xinping Liu¹^,²^,⁴(), Yuhui He³, Jie Feng⁵, Hongjiao Hu¹^,²^,⁴, Yuanzhi Xu¹^,²^,⁴

^1.State Key Laboratory of Ecological Safety and Sustainable Development in Arid Lands /, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
^2.Naiman Desertification Research Station /, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
^3.Lanzhou Ecological Agriculture Experimental Research Station, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
^4.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China
^5.Tongliao Forestry and Grassland Science Research Institute，Tongliao 028000，Inner Mongolia，China

Received:2024-12-19 Revised:2025-03-27 Online:2025-07-20 Published:2025-08-18
Contact: Xinping Liu

Abstract

Abstract:

Precipitation directly affects the growth and development of vegetation， as well as the maintenance of system stability， in semi-arid sandy grasslands. To undersdand how changes in precipitation iinfluence the construction and productivity of sand-fixing plant communities， this study analyzes long-term monitoring data of precipitation and vegetation in semi-arid sandy grasslands from 2014 to 2023. It explores the impacts of precipitation changes on plant community structure， species diversity， and productivity. The results show that：（1） Within a 40% variation in annual precipitation， the perennial herbs Cleistogenes squarrosa and Potentilla bifurca， the panicum miliaceum Setaria viridis and Chenopodium acuminatum， as well as the subshrub Lespedeza bicolor were all constructive species over the 10-years. Within a 50% variation in annual precipitation， herbs Pennisetum centrasiaticum and Artemisia scoparia became the dominant species in the community for five consecutive years， while the remaining species fluctuated with the precipitation variation. （2） The diversity index of plant communities in sandy grasslands decreased with increasing precipitation. In contrast， community richness， dominance， and evenness were relatively stable. However， functional group evenness was highly dispersed and generally increased. （3） The biomass of Panicum miliaceum and perennial herbs in sandy grasslands was significantly positively correlated with the precipitation in July of that year and the growing season. Their aboveground biomass exhibited a complementary trend of increase and decrease， which seves as a trade-off mechanism to maintain the stability of system productivity， especially in 2018 and 2022. This study demonstrates that changes in precipitation directly determine the plant community construction and functional group diversity in semi-arid sandy grasslands. It provides theoretical support for predicting the succession of sand-fixing vegetation communities under future precipitation change scenarios， as well as for maintaining vegetation stability and utilizing vegetation resources in sandy ecosystems.

Key words: precipitation changes, community construction, biodiversity, above-ground biomass

CLC Number:

Q948

Jiaqi Jing, Xinping Liu, Yuhui He, Jie Feng, Hongjiao Hu, Yuanzhi Xu. Responces of plant community construction in semi-arid sandy grassland to precipitation changes[J]. Journal of Desert Research, 2025, 45(4): 314-323.

Figures/Tables 5

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功能群	物种	重要值Importantvalues
功能群	物种	2014年	2015年	2016年	2017年	2018年	2019年	2020年	2021年	2022年	2023年
多年生草本	白草（Pennisetum centrasiaticum）	0.035±0.022^ab	—	0.010±0.009^a	0.078±0.061^abc	0.047±0.032^abc	0.294±0.074^d	0.189±0.047^bcd	0.207±0.059^cd	0.095±0.033^abc	0.179±0.054^bcd
	糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）	0.018±0.011^a	0.056±0.177^a	0.053±0.017^a	0.051±0.017^a	0.070±0.026^a	0.033±0.022^a	0.090±0.033^a	0.029±0.014^a	0.056±0.025^a	0.059±0.013^a
	草地风毛菊（Saussurea amara）	0.003±0.003	—	—	—	—	—	—	—	—	—
	车前（Plantago asiatica）	—	—	—	—	—	—	—	—	0.006±0.006	—
	地梢瓜（Cynanchum thesioides）	0.05±0.005^ab	0.012±0.037^ab	—	0.016±0.010^ab	0.005±0.005^ab	0.004±0.003^a	0.039±0.017^b	0.023±0.011^ab	0.033±0.009^ab	0.031±0.010^ab
	二裂委陵菜（Potentilla bifurca）	0.026±0.015^ab	0.057±0.179^ab	0.048±0.030^ab	0.037±0.032^ab	0.025±0.024^ab	0.042±0.021^ab	0.107±0.051^ab	0.037±0.023^ab	0.045±0.021^ab	0.042±0.029^a
	牻牛儿苗（Erodium stephanianum）	0.047±0.027^a	—	0.096±0.047^a	0.134±0.050^a	0.035±0.017^a	0.064±0.021^a	0.064±0.030^a	0.023±0.022^a	0.102±0.032^a	0.071±0.037^a
	蒙古野韭（Allium mongolicum）	—	—	—	—	0.005±0.005	—	—	—	—	—
	米口袋（Gueldenstaedtia verna）	—	—	—	—	—	0.004±0.004	—	—	—	—
	乳浆大戟（Euphorbia esula）	—	—	—	—	—	0.005±0.005	—	—	—	—
一年生草本	薄翅猪毛菜（Salsola pellucida）	0.104±0.059^a	0.242±0.765^b	0.139±0.050^ab	0.065±0.017^a	0.008±0.008^a	0.031±0.013^a	0.004±0.004^a	—	0.005±0.005^a	0.033±0.017^a
	地锦（Parthenocissus tricuspidata）	—	—	0.008±0.005^a	0.011±0.005^a	—	0.013±0.010^a	0.004±0.004^a	—	0.029±0.009^a	—
	锋芒草（Tragus mongolorum）	0.026±0.019	—	—	—	—	—	—	—	—	—
	狗尾草（Setaria viridis）	0.283±0.063^c	0.081±0.255^ab	0.214±0.043^abc	0.218±0.054^bc	0.461±0.098^d	0.202±0.062^abc	0.087±0.040^ab	0.082±0.026^a	0.192±0.036^abc	0.051±0.020^a
	冠芒草（Enneapogon borealis）	—	—	0.021±0.011^a	0.027±0.011^a	0.048±0.033^a	0.008±0.007^a	0.006±0.006^a	—	—	—
	光梗蒺藜草（Cenchrus incertus）	0.003±0.002^a	—	0.005±0.004^a	0.013±0.006^a	0.037±0.014^b	0.002±0.001^a	0.005±0.005^a	—	0.005±0.005^a	—
	尖头叶藜（Chenopodium acuminatum）	0.094±0.023^ab	0.378±1.194^c	0.382±0.073^c	0.170±0.034^b	0.008±0.007^a	0.111±0.027^ab	0.062±0.015^ab	0.125±0.036^b	0.107±0.019^ab	0.058±0.018^ab
	田旋花（Convolvulus arvensis）	0.003±0.003^a	—	—	—	—	0.002±0.002^a	—	—	0.014±0.007^a	—
	雾冰藜（Bassia dasyphylla）	—	—	—	—	—	—	0.004±0.004	—	—	—
	野糜子（Panicum miliaceum）	—	—	—	0.032±0.016^a	0.061±0.032^a	0.037±0.029^a	0.013±0.008^a	0.037±0.018^a	—	—
	野黍（Eriochloa villosa）	—	—	—	—	—	—	—	—	0.037±0.018	0.007±0.007
	猪毛蒿（Artemisia scoparia）	0.285±0.058^cde	0.136±0.431^abc	—	0.117±0.029^ab	0.168±0.049^abcd	0.077±0.021^a	0.234±0.044^bcd	0.394±0.082^e	0.206±0.037^abcd	0.306±0.066^de
半灌木	兴安胡枝子（Lespedeza bicolor）	0.069±0.023^a	0.039±0.124^a	0.025±0.012^a	0.033±0.014^a	0.022±0.015^a	0.073±0.019^a	0.091±0.018^ab	0.073±0.017^a	0.062±0.026^a	0.143±0.031^b

功能群	物种	重要值Importantvalues
功能群	物种	2014年	2015年	2016年	2017年	2018年	2019年	2020年	2021年	2022年	2023年
多年生草本	白草（Pennisetum centrasiaticum）	0.035±0.022^ab	—	0.010±0.009^a	0.078±0.061^abc	0.047±0.032^abc	0.294±0.074^d	0.189±0.047^bcd	0.207±0.059^cd	0.095±0.033^abc	0.179±0.054^bcd
	糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）	0.018±0.011^a	0.056±0.177^a	0.053±0.017^a	0.051±0.017^a	0.070±0.026^a	0.033±0.022^a	0.090±0.033^a	0.029±0.014^a	0.056±0.025^a	0.059±0.013^a
	草地风毛菊（Saussurea amara）	0.003±0.003	—	—	—	—	—	—	—	—	—
	车前（Plantago asiatica）	—	—	—	—	—	—	—	—	0.006±0.006	—
	地梢瓜（Cynanchum thesioides）	0.05±0.005^ab	0.012±0.037^ab	—	0.016±0.010^ab	0.005±0.005^ab	0.004±0.003^a	0.039±0.017^b	0.023±0.011^ab	0.033±0.009^ab	0.031±0.010^ab
	二裂委陵菜（Potentilla bifurca）	0.026±0.015^ab	0.057±0.179^ab	0.048±0.030^ab	0.037±0.032^ab	0.025±0.024^ab	0.042±0.021^ab	0.107±0.051^ab	0.037±0.023^ab	0.045±0.021^ab	0.042±0.029^a
	牻牛儿苗（Erodium stephanianum）	0.047±0.027^a	—	0.096±0.047^a	0.134±0.050^a	0.035±0.017^a	0.064±0.021^a	0.064±0.030^a	0.023±0.022^a	0.102±0.032^a	0.071±0.037^a
	蒙古野韭（Allium mongolicum）	—	—	—	—	0.005±0.005	—	—	—	—	—
	米口袋（Gueldenstaedtia verna）	—	—	—	—	—	0.004±0.004	—	—	—	—
	乳浆大戟（Euphorbia esula）	—	—	—	—	—	0.005±0.005	—	—	—	—
一年生草本	薄翅猪毛菜（Salsola pellucida）	0.104±0.059^a	0.242±0.765^b	0.139±0.050^ab	0.065±0.017^a	0.008±0.008^a	0.031±0.013^a	0.004±0.004^a	—	0.005±0.005^a	0.033±0.017^a
	地锦（Parthenocissus tricuspidata）	—	—	0.008±0.005^a	0.011±0.005^a	—	0.013±0.010^a	0.004±0.004^a	—	0.029±0.009^a	—
	锋芒草（Tragus mongolorum）	0.026±0.019	—	—	—	—	—	—	—	—	—
	狗尾草（Setaria viridis）	0.283±0.063^c	0.081±0.255^ab	0.214±0.043^abc	0.218±0.054^bc	0.461±0.098^d	0.202±0.062^abc	0.087±0.040^ab	0.082±0.026^a	0.192±0.036^abc	0.051±0.020^a
	冠芒草（Enneapogon borealis）	—	—	0.021±0.011^a	0.027±0.011^a	0.048±0.033^a	0.008±0.007^a	0.006±0.006^a	—	—	—
	光梗蒺藜草（Cenchrus incertus）	0.003±0.002^a	—	0.005±0.004^a	0.013±0.006^a	0.037±0.014^b	0.002±0.001^a	0.005±0.005^a	—	0.005±0.005^a	—
	尖头叶藜（Chenopodium acuminatum）	0.094±0.023^ab	0.378±1.194^c	0.382±0.073^c	0.170±0.034^b	0.008±0.007^a	0.111±0.027^ab	0.062±0.015^ab	0.125±0.036^b	0.107±0.019^ab	0.058±0.018^ab
	田旋花（Convolvulus arvensis）	0.003±0.003^a	—	—	—	—	0.002±0.002^a	—	—	0.014±0.007^a	—
	雾冰藜（Bassia dasyphylla）	—	—	—	—	—	—	0.004±0.004	—	—	—
	野糜子（Panicum miliaceum）	—	—	—	0.032±0.016^a	0.061±0.032^a	0.037±0.029^a	0.013±0.008^a	0.037±0.018^a	—	—
	野黍（Eriochloa villosa）	—	—	—	—	—	—	—	—	0.037±0.018	0.007±0.007
	猪毛蒿（Artemisia scoparia）	0.285±0.058^cde	0.136±0.431^abc	—	0.117±0.029^ab	0.168±0.049^abcd	0.077±0.021^a	0.234±0.044^bcd	0.394±0.082^e	0.206±0.037^abcd	0.306±0.066^de
半灌木	兴安胡枝子（Lespedeza bicolor）	0.069±0.023^a	0.039±0.124^a	0.025±0.012^a	0.033±0.014^a	0.022±0.015^a	0.073±0.019^a	0.091±0.018^ab	0.073±0.017^a	0.062±0.026^a	0.143±0.031^b

Responces of plant community construction in semi-arid sandy grassland to precipitation changes

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