Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| DOI | 10.27229/d.cnki.gnmnu.2021.000039 |
| 放牧和干旱对荒漠草原植被和土壤特征及温室气体通量的影响 | |
| 朱国栋 | |
| 出版年 | 2021 |
| 学位类型 | 博士 |
| 学位授予单位 | 内蒙古农业大学 |
| 中文摘要 | 荒漠草原分布范围广且面积较大,是草原向荒漠过渡的旱生性最强的草地生态系统,因此该生态系统对各种干扰活动具有较高的敏感性。近年来,由于受到全球气候格局的变化以及人类长期不合理利用的共同影响,使得该生态系统面临着严重的威胁,尤其是极端干旱和长期过度放牧利用的影响更为突出。在气候变化背景下,该生态系统的动态变化将深刻地影响着我国的畜牧业生产、区域甚至全球碳平衡以及生态系统服务功能。然而,当前关于荒漠草地生态系统各组分对极端干旱和自由放牧干扰的响应及其调控机制依然缺乏全面系统的认识。因此,本研究以内蒙古希拉穆仁荒漠草原为研究对象,于2014年和2016年分别建立放牧(自由放牧:FG,对照:CK)和极端干旱试验(生长季5-8月减雨66%:W1、6-7月减雨100%:W2、对照:CK)平台,结合野外调查取样和室内测量分析的方法,深入研究了极端干旱和长期自由放牧对该生态系统植被特征、土壤理化性质及温室气体通量的影响,并综合分析了温室气体通量的主要驱动因子。主要研究结果如下:(1)自由放牧显著降低了土壤含水量、全碳含量、有机碳含量和土壤碳氮比(C/N),但显著增加了土壤的δ~(13)C值、δ~(15)N值、土壤容重和全氮含量。土壤δ~(13)C值与有机碳含量存在显著的线性负相关关系,而土壤δ~(15)N值与全氮含量存在显著的线性正相关关系。由于受采样时间的影响,只有W1极端干旱处理显著降低了土壤含水量;而土壤容重、有机碳含量、全氮含量、土壤碳氮比(C/N)、土壤的δ~(13)C值和δ~(15)N值对极端干旱的响应均不敏感。土壤δ~(15)N值与其全氮含量存在显著的线性正相关关系,而土壤的δ~(13)C值与有机碳含量不存在显著的线性相关关系。2015-2018年,植物群落地上现存量在整体上呈明显的季节和年动态变化规律,且自由放牧显著降低了植物群落地上现存量。(2)2015-2018年植物生长季高峰期,自由放牧显著降低了植物群落的盖度和高度,但对植物群落的密度和物种丰富度没有显著影响。放牧、年份及其交互作用对植物群落的Simpson优势度指数、Shannon-Wienner多样性指数和Margalef丰富度指数的影响均不显著,仅植物群落的Pielou均匀度指数在年际效应间表现出显著差异(P<0.05)。而在2018年生长季高峰期,两种极端干旱处理显著降低了植物群落的高度、盖度、密度和植物丰富度。同时,极端干旱明显改变了荒漠草原植物群落的物种组成,促使多年生根茎型及一二年生草本植物逐步成为主要优势种。W1和W2两种极端干旱条件显著降低了Margalef丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数;但对Pielou均匀度指数影响较小。(3)2017-2018年植物生长季,放牧和年份对土壤温度和土壤含水量均无显著影响,而土壤温度和含水量仅在年际间表现出极显著差异(P<0.01);W1和W2极端干旱处理下土壤含水量较CK显著降低了27.65%和40.01%(P<0.05),而极端干旱处理对土壤温度无显著影响,土壤温度只在年际间存在极显著差异(P0.05)。同时,极端干旱、年份及其交互作用均会对土壤CO_2排放通量和CH_4的吸收通量产生显著影响,并且两种极端干旱在两年中均显著降低了CO_2的排放通量;而2017年两种极端干旱年显著降低了CH_4的吸收通量,在2018年对CH_4的吸收通量影响不显著。(5)2017和2018年植物生长季期间,放牧和极端干旱处理下土壤CO_2和CH_4通量与土壤含水量之间均存在显著的二次非线性回归规律(P<0.05);除2017年CK处理下CO_2和CH_4通量及2018年FG处理下CH_4通量与土壤温度的均无显著相关性外,其余两年中不同放牧处理下土壤CO_2和CH_4通量与土壤温度均存在显著的二次非线性回归规律(P<0.05)。不同极端干旱处理下土壤CO_2通量与土壤温度之间均呈显著的指数相关关系,但不同极端干旱处理下土壤CH_4通量与土壤温度之间无显著性关系。(6)放牧干扰通过降低土壤含水量和增加土壤全氮含量对CO_2温室气体通量产生间接的抑制作用,同时主要通过降低土壤含水量间接抑制了土壤对于CH_4的吸收。而由极端干旱引起的土壤含水量变化不仅对土壤CO_2通量产生直接的抑制作用,还会通过降低物种丰富度对土壤CO_2通量产生间接的抑制作用;而土壤含水量主要通过降低物种丰富度对土壤CH_4通量产生间接的抑制作用。因此,在放牧和极端干旱对土壤温室气体的影响中,土壤含水量是一个关键的间接影响因子。综上所述,本研究以内蒙古希拉穆仁荒漠草原为研究对象,全面系统的阐明了自由放牧和极端干旱对植被、土壤特征和温室气体通量的影响,并进一步分析了含碳温室气体的调控机制。发现极端干旱和自由放牧在降低荒漠草原地上生物量、植物多样性和土壤养分的同时,会通过降低大气与土壤层面含碳温室气体的扩散减缓生态系统的碳损失,从而降低荒漠草原进一步退化的风险。 |
| 中文关键词 | 荒漠草原 ; 自由放牧 ; 极端干旱 ; 植被特征 ; 土壤理化性质 ; 温室气体通量 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 中图法分类号 | S812 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/373304 |
| 作者单位 | 内蒙古农业大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 朱国栋. 放牧和干旱对荒漠草原植被和土壤特征及温室气体通量的影响[D]. 内蒙古农业大学,2021. |
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