开垦种植对草地生产力及土壤影响的研究

摘要

从上世纪30年代以来，为了满足人们对农作物以及家畜对饲料的不断需求，加拿大大面积的草原被开垦种植一年生或多年生作物和牧草。长期以来，对于开垦天然草地种植牧草是否会提高草地生产力这个问题的研究经常得到不同的结论，而这些矛盾主要是由于实验时间、实验处理和实验设计不同造成的。本研究选取加拿大阿尔伯塔省南部具有代表性的两块从未被任何利用干扰过的天然草地作为实验样地对以上问题做了进一步研究。ADRI样地位于列桥市郊区（49° 07'N，112° 57' W），以针茅—格兰马草—冰草（Stipa—Bouteloua—Agropyron）建群，Onefour靠近阿尔伯塔省和美国的边境（49°03'N， 110° 27' W），以针茅一格兰马草（Stipa—Bouteloua）建群。实验采用完全随机区组设计，7个处理，每个处理4次重复，地上净初级生产力每年测定一次，土壤采样在2006年4月份进行，并分为0-15cm、15—30cm、30—60cm和60—90cm四层。 研究结果表明： 1、各个耕作处理的地上净初级生产力和刈割净初级生产力显著受到样地以及样地、耕作处理和采样时间三者交互作用的影响（P<0.05）。ADRI样地中冰草在样地建立最初1—4年地上净初级生产力显著高于对照（P<0.05），但在接下来的5-13年中与对照趋于相等。但在Onefour样地的1-11年中地上净初级生产力均显著高于对照处理（P<0.05）。该结果说明在降水较少、温度较高的Onefour样地冰草是表现出较强的适应性和生长能力。两样地中小麦始终是最高产的作物，不论净初级生产力和刈割净初级生产力均显著高于对照处理。 2、开垦天然草地种植俄罗斯新麦草和冰草13或12年后，草地土壤碳氮含量、碳氮储量以及土壤轻组有机质性质与对照相比无显著变化（P>0.05），而种植小麦则使以上各个指标显著降低（P<0.05）：所有耕作处理之间的土壤较稳定碳含量均无显著差异（P>0.05），土壤碳氮含量的变化主要来自于土壤易分解有机质库。 3、种植冰草使土壤碳氮矿化量显著增加而俄罗斯新麦草只造成土壤碳矿化的显著增加（P<0.05）。两个小麦处理使土壤矿化碳显著下降（P<0.05）而对矿化氮无影响（P>0.05）。 4、在加拿大普列里草原上，土壤碳氮、轻组有机质和土壤矿化碳之间存在显著或极显著相关关系（P=0.0001或P=0.05），而土壤矿化氮和硝化氮与以上指标无相关关系。地上净初级生产力与土壤碳氮含量呈一元一次线性正相关关系，而与土壤矿化碳、碳矿化速率、矿化氮、氮矿化速率、硝化氮和氮硝化速率呈一元一次线性负相关关系。 5、根系生物量受样地、耕作处理的影响（P<0.05）而不受样地和耕作处理交互作用影响（P>0.05）。俄罗斯新麦草的根系生物量显著高于对照，而两个小麦处理的根系生物量显著低于对照（P<0.05）； ADRI样地所有处理的根系生物量均高于Onefour样地的根系生物量。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

1引言

1.1天然草地生态系统的重要性

1.2加拿大天然草地资源及利用

1.3草地生产力及其影响因素

1.4草地利用对草地土壤的影响

1.4.1草地土壤碳氮及其影响因素

1.4.2土壤轻组有机质及其影响因素

1.4.3草地生态系统中土壤碳氮矿化过程及其影响因素

1.5本研究的目的、意义及研究内容

2材料与方法

2.1研究区域概况

2.2实验样地概况

2.3实验设计与研究方法

2.3.1实验设计

2.3.2样品采集与实验室分析

2.4数据处理与统计分析

2.4.1土壤等效质量计算方法

2.4.2统计分析

3结果与分析

3.1开垦种植牧草对草地地上净初级生产力的影响

3.1.1实验样地的植被种类组成

3.1.2刈割对天然草地植被种类的影响

3.1.3草地地上净初级生产力随种植年份的变化

3.1.4不同耕作处理之间草地地上净初级生产力的对比

3.1.5地上净初级生产力的变化量与开垦种植年限之间的关系

3.1.6温度和降水对地上净初级生产力变化量的影响

3.1.7开垦原始草原种植牧草后收获氮的变化情况

3.2开垦种植对草地土壤质量的影响

3.2.1开垦天然草地种植牧草对草地土壤容重和含水量的影响

3.2.2开垦天然草地种植牧草对草地土壤碳氮含量的影响

3.2.3开垦种植对土壤碳氮储量的影响

3.2.4开垦种植对土壤轻组有机质的影响

3.2.5开垦种植对土壤较稳定碳含量的影响

3.2.6开垦种植对土壤矿化碳和矿化氮的影响

3.2.7加拿大混合普列里草原草地土壤各个养分指标之间的关系

3.2.8加拿大混合普列里草原草地生产力和土壤养分指标之间的关系

3.3开垦种植对草地植被根系的影响

3.3.1开垦天然草地种植牧草对地下根系生物量的影响

3.3.2开垦天然草地种植牧草对根系碳氮含量及根系分布的影响

4讨论

5结论

致谢

参考文献

附 录

作者简介