不同放牧制度对短花针茅荒漠草原植被与土壤影响的研究
【摘要】：
以短花针茅荒漠草原放牧制度为研究对象,通过对2005-2007年3年的野外调查和室内实验及数据分析,研究了植物种群、群落和土壤方面对划区轮牧与自由放牧两种制度的响应。主要研究成果如下:
1放牧导致短花针茅、无芒隐子草高度降低;划区轮牧区无芒隐子草、碱韭盖度、密度和重要值高于自由放牧区。自由放牧区短花针茅高度、盖度、密度和重要值高于划区轮牧区。禁牧与轮牧有利于提高无芒隐子草和碱韭地上现存量和相对现存量,自由放牧有利于提高短花针茅地上现存量和相对现存量。
2禁牧和划区轮牧有利于植物的地上部分生长和有性繁殖;划区轮牧提高了碱韭分蘖节的生物量、短花针茅和碱韭构件能量现存量及总能量现存量。短花针茅、无芒隐子草和碱韭根的生物量、生物量分配比例、能量现存量以及根冠比能量现存量、根的能量分配比例划区轮牧区与自由放牧区高于禁牧对照区;不同构件及植株整体热值划区轮牧区高于自由放牧区。营养枝与生殖枝的生物量和能量分配没有显著的颉抗关系,营养枝与分蘖节生物量和能量分配比例间呈显著的颉抗关系。
3短花针茅、无芒隐子草和碱韭光合速率、蒸腾速率和气孔导度表现为双峰型,具有明显的“午休”现象。胞间CO2浓度表现为双谷型。划区轮牧较自由放牧提高荒漠草原主要植物种群的光合能力、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度。短花针茅、无芒隐子草和碱韭在不同处理下对PAR的响应均为“抛物线”型。同一植物光响应曲线为禁牧区划区轮牧区自由放牧区。在不同处理下光合速率、蒸腾速率和气孔导度与PAR两者呈正相关关系,胞间CO2浓度随PAR的增强呈现出下降的趋势,与PAR的拟合曲线为二次多项式方程。
4不同处理短花针茅密度、盖度呈下降趋势,其中划区轮牧区下降的幅度最小;无芒隐子草和碱韭密度在划区轮牧区和对照区呈上升趋势。碱韭盖度在对照区呈上升趋势;一年生植物栉叶蒿密度、盖度在不同处理呈上升趋势。群落总盖度划区轮牧区是自由放牧区1.83倍。划区轮牧区与对照区多年生植物短花针茅、无芒隐子草、碱韭、糙隐子草、细叶葱和银灰旋花重要值较高。自由放牧区除了短花针茅和无芒隐子草的重要值排序较高,一年生植物在群落中也起着相当重要的作用,自由放牧区冷蒿重要值增加;强旱生植物戈壁天门冬重要值保持稳定;兔唇花重要值急剧增加。从重要值角度分析,自由放牧草地有向退化旱化演替方向发展的趋势。
5 Margalef丰富度指数、Shannon-wiener指数和Simpson指数三年平均值划区轮牧自由放牧区对照区。Pielou指数对照区高于划区轮牧区与自由放牧区。不同处理间四种多样性指数体呈上升趋势,且均在划区轮牧区增加的幅度最大。Simpson指数、Shannon-wiener指数与丰富度的相关性都高于与均匀度的相关性。群落βw多样性指数随取样面积增加而降低;荒漠草原轮牧区β多样性指数最高;轮牧区与对照区的相似性系数最大,为0.884;随着放牧试验进行不同处理间的相似性系数下降。
6禁牧与轮牧较自由放牧提高植物地上现存量,植物地上现存量禁牧和轮牧比自由放牧分别提高了2.87倍和0.57倍。不同处理草地地下生物量随土层深度增加而降低,呈“T”型,并符合指数函数减小规律;放牧使地下根系出现趋向表层化的现象,划区轮牧区根系向上移动的趋势小于自由放牧区。划区轮牧较自由放牧和禁牧有利于提高草地群落种子库的植物种数以及优良牧草的种类;对照区土壤种子库密度高于划区轮牧区与自由放牧区;土壤种子库垂直结构呈递减性,有75.06%~83.19%分布在0~5cm土层内,有14.16%~21.68%分布在5~10cm土层内,有2.65%~4.90%分布在10~15cm土层内。划区轮牧区土壤种子库的丰富度指数和多样性指数高于自由放牧区。划区轮牧区和对照区土壤种子库组成的相似性系数最大。
7划区轮牧和禁牧土壤粘粒和粉粒含量高于自由放牧,土壤砂粒含量低于自由放牧。划区轮牧较自由放牧降低土壤容重,增加土壤孔隙度和土壤含水量。划区轮牧区和禁牧提高了土壤有机质、土壤氮素、土壤全钾和土壤速效钾含量。土壤表层磷含量、土壤pH值划区轮牧区最高。放牧导致碳氮比减少。土壤养分含量与土壤深度的拟合曲线为二次幂函数。
8地上现存量与土壤含水量之间呈正相关关系。不同放牧制度下荒漠草原土壤含水量与地上植被物种多样性指数拟合曲线为一元二次方程,划区轮牧区土壤含水量与Margalef丰富度指数、Shannon-wiener多样性均呈显著或极显著的正相关关系,相关系数分别为0.8186、0.6496。不同放牧制度对各土壤理化性质指标影响不同,不同放牧制度土壤各指标之间的相关性也不同。轮牧区和对照区机械组成与土壤养分、以及土壤养分相互之间均较自由放牧区有密切的高度相关关系。
【关键词】：放牧制度 荒漠草原 植被特征 土壤理化性质
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：S812
【目录】：
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：S812
【目录】：
- 摘要3-5
- Abstract5-14
- 1 引言14-29
- 1.1 放牧制度的研究14-19
- 1.1.1 放牧制度14-15
- 1.1.2 划区轮牧与自由放牧的比较研究15-19
- 1.1.2.1 国外划区轮牧与自由放牧的比较15-18
- 1.1.2.2 国内划区轮牧与自由放牧的比较18-19
- 1.2 放牧对草地的影响19-28
- 1.2.1 放牧对草地植被的影响19-24
- 1.2.1.1 植被特征19-21
- 1.2.1.2 群落多样性21-22
- 1.2.1.3 植物构件资源分配22
- 1.2.1.4 植物光合特性22-23
- 1.2.1.5 土壤种子库23-24
- 1.2.2 放牧对草地土壤的影响24-28
- 1.2.2.1 土壤物理性质24-25
- 1.2.2.2 土壤化学性质25-28
- 1.3 研究目的和意义28-29
- 2 研究区域自然概况29-32
- 2.1 地理位置29
- 2.2 地貌、土壤和畜牧业生产概况29-30
- 2.3 气候30-31
- 2.4 研究区植被构成31-32
- 3 试验设计和研究方法32-41
- 3.1 试验设计32-33
- 3.2 试验内容和测定方法33-41
- 3.2.1 植物主要种群和群落动态33
- 3.2.2 群落重要值33
- 3.2.3 植物群落多样性33-34
- 3.2.3.1 群落α多样性33-34
- 3.2.3.2 群落β－多样性34
- 3.2.3.3 群落相似性系数34
- 3.2.4 群落及主要植物种群地上现存量34
- 3.2.5 群落地下生物量34
- 3.2.6 主要植物种群生物量及能量分配的影响34-35
- 3.2.7 主要植物种群光合作用35
- 3.2.7.1 光合日进程35
- 3.2.7.2 光响应曲线35
- 3.2.8 土壤种子库35-36
- 3.2.9 土壤理化性质测定方法36-41
- 3.2.9.1 土壤物理性质测定方法36-37
- 3.2.9.2 土壤化学性质测定方法37-41
- 4 主要植物种群对不同放牧制度的响应41-72
- 4.1 主要植物种群特征41-48
- 4.1.1 植物种群高度季节动态41-42
- 4.1.2 植物种群密度季节动态42-43
- 4.1.3 植物种群盖度季节动态43-44
- 4.1.4 重要值44-45
- 4.1.5 地上现存量45-47
- 4.1.6 相对现存量47-48
- 4.2 主要植物种群的资源分配48-54
- 4.2.1 主要植物种群的生物量分配48-51
- 4.2.2 主要植物种群构件热值51-52
- 4.2.3 主要植物种群的能量现存量分配52-54
- 4.3 主要植物种群的光合特性54-67
- 4.3.1 不同放牧制度主要植物种群光合日变化54-60
- 4.3.1.1 光合速率日变化54-56
- 4.3.1.2 蒸腾速率的日变化56-58
- 4.3.1.3 气孔导度的日变化58-59
- 4.3.1.4 胞间CO_2浓度的日变化59-60
- 4.3.2 不同放牧制度主要植物种群的光响应曲线60-67
- 4.3.2.1 净光合速率对光合有效辐射（PAR）的响应60-62
- 4.3.2.2 蒸腾速率对光合有效辐射（PAR）的响应62-64
- 4.3.2.3 气孔导度对光合有效辐射（PAR）的响应64-65
- 4.3.2.4 胞间CO_2浓度对光合有效辐射（PAR）的响应65-67
- 4.4 讨论67-71
- 4.5 小结71-72
- 5 植物群落特征对不同放牧制度的响应72-95
- 5.1 植物群落数量特征72-79
- 5.1.1 植物群落高度年度动态72-73
- 5.1.2 植物群落密度年度动态73-74
- 5.1.3 植物群落盖度年度动态74-79
- 5.2 群落植物重要值及多样性79-83
- 5.2.1 群落植物重要值79-80
- 5.2.2 群落多样性80-83
- 5.2.2.1 群落α多样性指数80-82
- 5.2.2.2 群落β多样性指数82-83
- 5.2.2.3 群落相似性系数83
- 5.3 群落现存量动态83-87
- 5.3.1 群落地上现存量83-85
- 5.3.2 群落地下生物量85-87
- 5.4 土壤种子库对不同放牧制度的响应87-91
- 5.4.1 土壤种子库物种数及其垂直分布87-89
- 5.4.2 土壤种子库的物种多样性与相似性89-91
- 5.5 讨论91-94
- 5.6 小结94-95
- 6 土壤系统对不同放牧制度的响应95-122
- 6.1 土壤物理性质95-107
- 6.1.1 土壤机械组成95-96
- 6.1.2 土壤容重96-98
- 6.1.2.1 土壤容重的年度变化96-97
- 6.1.2.2 土壤容重的季节变化97-98
- 6.1.3 土壤空隙度98-99
- 6.1.3.1 土壤空隙度的年度变化98-99
- 6.1.3.2 土壤空隙度的季节变化99
- 6.1.4 土壤含水量99-107
- 6.1.4.1 土壤含水量的年度变化99-100
- 6.1.4.2 土壤含水量的季节变化100-105
- 6.1.4.3 不同放牧制度植物地上现存量与土壤含水量的相互关系105-106
- 6.1.4.4 不同放牧制度地上植被物种多样性指数和土壤含水量的相互关系106-107
- 6.2 土壤化学性质107-115
- 6.2.1 土壤有机质107
- 6.2.2 土壤全氮和速效氮107-109
- 6.2.3 土壤全磷和速效磷109-110
- 6.2.4 土壤全钾和速效钾110-111
- 6.2.5 土壤pH 值111-112
- 6.2.6 土壤C/N 比112
- 6.2.7 土壤养分含量的垂直变化112-115
- 6.3 土壤理化性质之间的相关分析115-120
- 6.4 讨论120-122
- 6.5 小结122
- 7 结论122-125
- 致谢125-126
- 参考文献126-147
- 作者简介147
| 【引证文献】 | ||
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| 【参考文献】 | ||
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| 【共引文献】 | ||
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| 【同被引文献】 | ||
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| 【二级引证文献】 | ||
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| 【二级参考文献】 | ||
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| 【相似文献】 | ||
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