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Relationships between climate, productivity and vegetation in southern Mongolian drylands

Abstract

We assessed the relationship between open-source data on net primary production and precipitation for the southern Mongolian Gobi, and related this information to data obtained from a set of 1418 vegetation relevés sampled in the region. Gradients determining plant community diversity and composition were examined, and the relation between α-diversity and key environmental parameters was tested. The correlation between net primary production and precipitation within our working area was fairly high (r2 = 0. 66). The variance of the net primary production was related to the average annual precipitation; at sites with more than ~220 mm/a precipitation the median coefficient of variation in productivity data decreased, indicating a rather gradual shift from a non-equilibrium ecosystem towards an equilibrium ecosystem with increasing moisture. A DCA-ordination showed that the main gradient in plant community composition was closely correlated to environmental variables for altitude, precipitation and net primary production. All three parameters were also significant predictors of the species diversity. The final model, which included an additional quadratic term for longitude, predicted local plant biodiversity at r2=0.57. The results can be directly applied to both resource management and nature conservation within the area. For future studies a closer focus on the characterisation of non-equilibrium rangelands based on modelled productivity layers is suggested.

Kurzfassung

Auf der Grundlage frei verfügbarer Geo-Daten untersuchten wir den Zusammenhang zwischen Produktivität und Niederschlag für die südliche Mongolei; diese Daten wurden mit 1418 Vegetationsaufnahmen, die wir in der Region erfasst haben, in Beziehung gesetzt. Die Gradienten, die Zusammensetzung und Biodiversität der Pflanzengesellschaften determinieren, wurden analysiert; darüber hinaus wurde der Einfluss wichtiger Umweltparameter auf die α-Diversität untersucht. Der Zusammenhang zwischen der Produktivität und dem Niederschlag war innerhalb unseres Untersuchungsgebietes vergleichsweise hoch (r2=0.66). Ein Vergleich der Varianz der Produktivität im Hinblick auf den Niederschlag ergab, dass bei mehr als 220 mm/a Niederschlag der Varianzquotient der Produktivität abnimmt, was einen graduellen Übergang von einem Ungleichgewicht-Ökosystem ("non-equilibrium system") zu einem Ökosystem mit geringeren inter-anuellen Schwankungen anzeigt ("equilibrium system"). Eine DCA-Ordination zeigte, dass der Hauptgradient der Vegetationszusammensetzung stark korreliert mit der Meereshöhe, dem Niederschlag und der Produktivität. Diese drei Umweltparameter waren signifikante Prädiktoren der Pflanzenartenzahl. Ein multiples lineares Regressionsmodell, das zusätzlich einen quadratischen Term für die geografische Länge enthielt, ergab ein r² von 0. 57. Die Ergebnisse sind sowohl im Ressourcenmanagement als auch im Naturschutz direkt anwendbar. In zukünftigen Studien sollten die Eigenschaften von Ungleichgewichts-Ökosystemen basierend auf den modellierten Schwankungen der Produktivität untersucht werden.