荒漠草原主要植物种群繁殖性状及化学计量特征对载畜率的响应

摘要

2008年和2009年，以内蒙古荒漠草原短花针茅、冷蒿和无芒隐子草主要植物种群为研究对象，采用野外“随机固定样线样方法”和室内分析相结合的方法，分析和探讨了不同载畜率水平下主要植物种群繁殖性状、资源分配、营养分配以及生态化学计量特征的变化及其对放牧干扰的响应与适应，综合比较分析了荒漠草原的适宜载畜率水平，为今后荒漠草原放牧管理提供理论依据。
　　试验样地具有连续7年的放牧历史，采用完全随机区组设计，共设4个载畜率水平，分别为0、0.91、1.82和2.71羊单位/公顷/半年，分别代表对照区（CK）、轻度（LG）、中度（MG）和重度（HG）放牧强度，每个载畜率水平设3次重复，供试羊只为2岁蒙古细毛羯羊。
　　短花针茅种群繁殖性状主要包括绝对高度、株丛密度、株丛面积、营养枝与生殖枝数量及长度、营养枝基径、成熟种子性状（种子长度、直径和千粒重）、芒柱性状（芒柱长度、柔毛长度、膝曲回数以及膝曲点位置）、根系性状（根系数量、平均长度、平均直径、根长密度、比根长以及根面积指数）和根系生物量（主根和侧根生物量）；资源生物量分配主要包括颖果生物量（成熟种子、成熟种子芒柱以及未成熟种子和芒柱生物量）、茎生物量（营养枝茎、生殖枝茎和茎总生物量）、叶总生物量（营养枝叶、生殖枝叶和叶总生物量）、营养枝和生殖枝总生物量、地上总生物量以及根系生物量（主根、侧根和根系总生物量）。
　　冷蒿和无芒隐子草种群繁殖性状主要包括绝对高度、株丛密度、株丛面积、营养枝与生殖枝数量及长度、营养枝基径、根系生物量（主根和侧根生物量）；资源生物量分配则包括地上部分（茎、叶和茎叶总生物量）和地下根系生物量（主根、侧根和根系总生物量）。
　　短花针茅、冷蒿和无芒隐子草营养分配主要包括上述各构件全N和全P的分配。生态化学计量比包括各构件的C∶N、C∶P和N∶P计量特征。
　　主要研究结果如下：
　　（1）生长旺季（7月和8月），随着载畜率的增加，短花针茅、冷蒿和无芒隐子草种群绝对高度和根系总生物量降低，枝条总密度增加。其中，短花针茅营养枝密度和比根长增加，生殖枝密度、根系数量和根表面积指数减少（降低）；冷蒿种群营养枝密度和不定根密度增加。
　　（2）放牧显著降低了短花针茅6月结实的种子长度、直径、粒重（500粒）以及芒柱重（500根）（P<0.05），对9月成熟种子性状无显著影响（P>0.05）。6月和9月成熟种子芒柱性状均在LG达到最大值，且9月成熟种子芒柱长度、芒柱柔毛长度、数量以及密度显著高于6月成熟种子芒柱（P<0.05）。
　　（3）短花针茅成熟种子芒柱膝曲点位置表现为6月成熟种子芒柱二回膝曲>9月成熟种子芒柱一回膝曲>6月成熟种子芒柱一回膝曲，彼此间差异显著（P<0.05）。6月成熟种子芒柱一回和二回膝曲点位置均随载畜率的增加而降低，9月成熟种子芒柱一回膝曲点位置受放牧的影响不明显（P>0.05）。
　　（4）随着载畜率的增加，短花针茅株丛地上部分及营养枝资源分配比例、未成熟种子与芒柱资源分配比例增加；生殖枝生物量分配比例、成熟种子和芒柱资源分配比例降低；株丛整体、营养枝和生殖枝生物量向叶的分配比例增加，向茎的分配比例减少。株丛中营养枝分配比例显著高于生殖枝分配的比例（P<0.05）。
　　（5）放牧增加了冷蒿和无芒隐子草种群茎资源分配比例，而降低了叶资源分配比例，致使茎叶比增加；放牧显著降低了冷蒿种群主根与侧根资源分配比例（P<0.05），而增加了无芒隐子草主根和侧根资源分配比例，且侧根分配比例在LG达到最大值，LG促进了无芒隐子草根系的生长。
　　（6）短花针茅各构件全N含量均在LG达到最大值；6月成熟种子全N和全P含量最高，主根全N含量次之，生殖枝叶全P含量最低；营养枝茎和叶全N（P）含量分别高于生殖枝茎和叶，茎高于叶；种子全 N（P）含量高于芒柱；主根全 N（P）含量高于侧根。冷蒿各构件全N和全P含量变化顺序为叶>茎>主根>侧根；无芒隐子草各构件全N和全P含量变化顺序为叶>茎>侧根>主根。
　　（7）短花针茅种群营养枝茎和叶以及6月与9月成熟种子均受N限制；生殖枝茎在CK和LG下受N限制，在MG和HG下则受P限制；生殖枝叶受P限制。冷蒿茎、主根和侧根均受N限制，叶在CK受P限制，而在LG、MG和HG下受N和P共同限制。无芒隐子草茎和主根均受N限制；叶受N和P共同限制；侧根在CK受P限制，在LG、MG和HG下受N和P共同限制。
　　总之，从种群繁殖资源分配和营养分配角度而言，LG为内蒙古短花针茅荒漠草原适宜的载畜率水平。其中，短花针茅株丛整体资源分配格局为叶>茎>颖果>根；地上部分>地下根系；营养枝>生殖枝；营养枝叶>生殖枝叶；营养枝茎>生殖枝茎；主根>侧根。冷蒿资源分配格局为茎>主根>叶>侧根；地上部分>地下根系。无芒隐子草资源分配格局为茎>主根>叶>侧根；地上部分>地下根系。
　　短花针茅种群地上部分在CK、LG和MG下受N限制，在HG下受P限制；地下根系受P限制；种群整体在CK和LG下受N和P共同限制，在MG和HG下受P限制。冷蒿和无芒隐子草种群整体、地上部分和地下根系均受N限制。

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图表清单说明

1 引言

1.1 植物繁殖生态学

1.2 生态化学计量学

1.3 立题依据与研究目的

1.4 主要研究内容

2 研究区自然概况

2.1 地理位置与地形地貌

2.2 气候特征

2.3 植被与土壤特征

2.4 草地资源利用现状

3 试验设计和研究方法

3.1 试验设计与围栏布置

3.2 野外样品采集与取样方法

3.3 样品室内处理与分析

3.4 植物样品室内分析

3.5 数据统计与分析

4 结果与分析

4.1 种群生长基本特征

4.2 短花针茅营养枝叶比叶面积

4.3 短花针茅生殖枝生长与繁殖性状

4.4 短花针茅根系功能性状

4.5 冷蒿种群不定根性状动态

4.6 短花针茅成熟种子生长特征

4.7 短花针茅成熟种子萌发特征

4.8 种群株丛水平繁殖资源分配

4.9 种群营养元素分配

5 讨论

5.1 载畜率对植物种群繁殖性状的影响

5.2 载畜率对植物种群繁殖资源分配的影响

5.3 载畜率对植物种群营养分配的影响5.3.1 种群营养分配动态

5.4 营养元素化学计量特征

6 结论

7 研究展望

致谢

参考文献

附录

作 者 简 介