不同放牧强度下高山草甸生态系统碳氮分布格局和循环过程研究

摘要

本研究针对川西北高山草甸缺乏科学管理，过度放牧导致草场退化，并由此引发的一系列生态环境问题，选取红原县瓦切乡1996年草地承包后形成的四个放牧强度草场，即不放牧、轻度(1.2头牦牛hm-1)、中度(2.0头牦牛hm-1)和重度放牧(2.9头牦牛hm-1)，作为研究对象，研究了不同放牧强度对草地植物-土壤系统中碳、氮这两个最基本物质的分布格局和循环过程的影响，并探讨了放牧干扰下高山草甸生态系统的管理。
　　 1.放牧对草地植物群落物种组成，尤其是优势种，产生了明显的影响。不放牧、轻度、中度和重度放牧草地群落物种数分别为22，23，26，20种，群落盖度分别是不放牧96.2％＞中度93.6％＞轻度89.7％＞重度73.6％。随放牧强度的增加，原植物群落中的优势种垂穗鹅冠草(Roegneria nutans)、发草(Deschampsia caespitosa)和垂穗披碱草(Elymus nutans)等禾草逐渐被莎草科的川嵩草(Kobresia setchwanensis)和高山嵩草(Kobresiapygmaea)所取代成为优势种。同时，随放牧强度的增加，高原毛莨(Ranunculus brotherusii)、狼毒(Stellera chamaejasme)、鹅绒委陵菜(Potentilla anserina)和车前(Plantagodepressa)等杂类草的数量也随之增加。
　　 2.生长季6～9月份，草地植物地上和地下生物量(0～30cm)都是从6月份开始增长，8月份达到最高值，9月份开始下降。每个月份，通常地上生物量以不放牧为最高，重度放牧总是显著小于不放牧；地下生物量随放牧强度的增加表现为增加的趋势，通常重度和中度放牧显著高于不放牧和轻度放牧草地。不放牧、轻度、中度和重度放牧草地6～9月份4个月的植物总生物量平均值分别是1543、1622、2295和2449 g m-2，但随放牧强度的增加越来越来多的生物量被分配到了地下部分，地下生物量占总生物量比例的大小顺序分别是重度88％＞中度82％＞轻度76％＞不放牧69％。生物量这种变化主要是由于放牧使得群落优势种发生改变而引起的，其分配比例的变化体现了草地植物对放牧干扰的适应策略。
　　 3.植物碳氮贮量的季节变化类似与生物量的变化。每个月份，不同放牧强度间植物地上碳氮的贮量有所不同，一般重度放牧会显著减少植物地上碳氮贮量。植物根系(0～30cm)碳氮贮量随放牧强度的增加表现为增加的趋势，通常重度和中度放牧显著高于不放牧和轻度放牧草地。不放牧、轻度、中度和重度放牧草地6～9月份4个月的植物总碳平均值分别是547、586、847和909 g m-2，根系碳贮量占植物总碳的比例大小顺序分别是重度88％＞中度82％＞轻度76％＞不放牧69％；放牧、轻度、中度和重度放牧草地6～9月份4个月的植物总氮平均值分别是17、17、23和26 g m-2，根系氮贮量占植物总氮的比例大小顺序分别是重度79％＞轻度71％＞中度70％＞不放牧65％。
　　 4.土壤有机碳贮量(0～30cm)的季节变化表现为7月份略有下降，8月开始增加，9月份达到的最大值。土壤氮贮量的季节变化表现为随季节的推移逐渐增加的趋势。增加的放牧强度不同程度的增加土壤有机碳氮的贮量。不放牧、轻度、中度和重度放牧6～9月份4个月的土壤有机碳贮量的平均值分别是9.72、10.36、10.62和11.74 kg m-2，土壤氮贮量分别为1.45、1.56、1.66和1.83kgm-2。土壤中有机碳(氮)的贮量都占到了植物-土壤系统有机碳(氮)的90％以上，但不同放牧强度之间的差异不明显。
　　 5.土壤氮的总硝化和反硝化，温室气体N2O和CO2的释放率的季节变化表现为从6月份开始增加，7月份达到最大值，8月份开始下降，9月份降为最小值。增加的放牧强度趋向于增加土壤氮的总硝化和反硝化作用，温室气体N2O和CO2的释放率，通常情况下，中度放牧和重度放牧显著地加强了这些过程。
　　 6.垂穗鹅冠草(Roegneria nutans)和川嵩草(Kobresia setchwanensis)凋落物在不同放牧强度下经过1年的分解，两种凋落物的失重率及其碳氮的损失率都随放牧增加表现为增加的趋势。在同一放牧强度下，川嵩草凋落物的失重率和碳氮的损失率都高于垂穗鹅冠草凋落物。
　　 7.尽管重度放牧显著增加了土壤碳氮的贮量，但同时也显著降低了植被群落盖度，降低了植物地上生物量，因此，久而久之会减少植物向土壤中的碳氮归还率；与不放牧和轻度放牧相比，重度放牧又显著增加了土壤CO2和NO2的排放量，这是草地生态系统碳氮损失的重要途径。由此可见，对于这些地处青藏高原的非常脆弱的高山草甸生态系统，长期重度放牧不仅导致植物生产力降低，而且将导致草地生态系统退化，甚至造成土壤中碳氮含量减少。

目录

文摘

英文文摘

声明

前言

第1章 文献综述

1.1草地生态中碳、氮分布和贮量

1.1.1碳的分布和贮量

1.1.2氮的分布和贮量

1.2草地生态系统中碳、氮的输入与损失

1.2.1碳的输入与损失

1.2.2氮的输入与损失

1.3草地生态系统土壤碳氮的转化及其影响因素

1.3.1碳的转化及其影响因素

1.3.2氮的转化及其影响因素

1.4草地凋落物的分解及影响因素

1.4.1凋落物的分解

1.4.2凋落物分解影响因素

第2章 材料与方法

2.1研究区概况

2.1.1地质地貌

2.1.2植被和土壤

2.1.3气候条件

2.1.4家畜及放牧方式

2.2研究内容

2.3研究方法

2.3.1样地选择

2.3.2样品采集与分析

2.3.4结果计算与统计分析

第3章 结果与分析

3.1不同放牧强度下高山草甸植物群落特征及生物量变化

3.1.1物种组成及其数量特征

3.1.2生物量季节动态

3.2不同放牧强度下高山草甸植物-土壤系统碳氮的分布和贮量

3.2.1植物系统碳氮的季节动态

3.2.2土壤系统碳氮的季节动态

3.2.3植物-土壤系统碳氮的分布和贮量

3.3不同放牧强度下高山草甸土壤碳氮循环过程变化

3.3.1土壤氮素转化过程

3.3.2土壤中温室气体释放特征

3.4不同放牧强度下凋落物分解及其碳氮损失

3.4.1凋落物的分解

3.4.2凋落物碳氮的损失

第4章 讨论

4.1放牧强度对高山草甸植物群落特征和生物量的影响

4.2放牧强度对高山草甸生态系统碳氮贮量的影响

4.3放牧强度对高山草甸生态系统碳氮循环过程的影响

4.4放牧与草地生态系统管理

第5章 结论

参考文献

致谢