载畜率对短花针茅荒漠草原生态系统稳定性的影响
【摘要】：
草原放牧系统是陆地生态系统中消费效率最高的系统。目前针对不同年度、不同载畜率条件下草原放牧系统稳定性的长期、重复性对比研究报道不多。本研究通过对短花针茅荒漠草原草、土、畜变化的连续监测,揭示载畜率对草原放牧生态系统的影响,探讨不同载畜率下草原放牧生态系统的变异性,找出该类草地适宜的载畜率。
试验在内蒙古短花针茅荒漠草原上进行,采用完全随机区组试验设计,设4个不同的处理(载畜率):对照(CK)、轻度载畜率(LG)、中度载畜率(MG)和重度载畜率(HG),其载畜率分别为0、0.91、1.82和2.71羊单位/hm2/半年。各3次重复,连续5年每年于6月初-11月底放牧成年羯绵羊。
2004年到2008年,于6-10月,逐月监测草地植物群落盖度等植被指标及土壤水分和容重,并于每年生长旺季(8月)测定草地植物群落地上净生产力、土壤呼吸及土壤紧实度,同期于每个处理小区随机取3份土壤样品进行室内分析,测定土壤的机械组成及化学性质;每年在放牧开始和放牧结束时分别称量放牧绵羊的活体重,通过家畜体重增量比较不同载畜率下家畜生产性能。主要研究结果如下:
不同载畜率和年度对草地植物群落和优势物种的净生产力、盖度、高度及密度有显著的影响(P0.05)。随着载畜率的增加,草地净生产力、群落盖度、密度及优势植物种的产量、盖度和高度明显降低(P0.05)。随着载畜率的增大,草地上C4植物和多年生丛生禾草比例增加,灌木、半灌木和小半灌木类减少,灌木、半灌木和小半灌木类、多年生丛生禾草、一二年生植物和C4植物功能群之间显著负相关(P0.05),说明不同载畜率下植物功能群间的生态补偿效应明显。植物群落优势种地上净生产力变异系数在对照和放牧区差异显著(P0.05),放牧区之间无显著差异(P0.05),功能群和群落水平上的地上净生产力变异系数在轻度载畜率下最小,说明轻度载畜率有利于草原放牧生态系统稳定性的维持,轻度载畜率下放牧系统最稳定。植物群落的物种多样性在轻度载畜率条件下最高,即适度放牧有利于草地植物群落维持较高的多样性。
重度载畜率引起草地土壤的退化,土壤表层容重和紧实度随着载畜率的增大明显增加(P0.05)。载畜率没有对土壤的养分状况产生显著的影响(P0.05),5年的连续放牧未引起土壤的养分含量改变,土壤化学特性如有机质、全量和速效氮、磷和钾在重度载畜率条件下也没有显著的变化(P0.05)。
随着载畜率的增大,家畜个体增重(r2=0.59,P0.05)和单位面积增重(r2=0.50,P0.05)都和载畜率呈二次曲线关系。轻度和中度载畜率个体增重都显著高于重度载畜率(P0.05)。通过对比两种增重的关系得出,内蒙古短花针茅荒漠草原的的适宜载畜率范围为0.91-1.14羊单位/hm2/半年,平均为1.02羊单位/hm2/半年。
降雨对草地生产力、草地植物群落的多样性和家畜生产性能有显著的影响(P0.05),随着年降水量的增加,草地植被净生产力增大,植物群落物种多样性、家畜的个体增重和单位面积增重均先增加,后降低。
内蒙古短花针茅草原在轻度到中度载畜率(0.91-1.82羊单位/hm2/半年)条件下,即牧草的利用率在32%到41%之间,植被、土壤、家畜指标都处于最优的状况,且系统的抵抗力和恢复力在其阈值范围内起作用,有利于草原放牧生态系统稳定性的维持。
本研究首次采用重复性对比研究,对草原放牧生态系统的稳定性在草-土-畜3个方面的体现进行综合对比,分析年度和载畜率的协同效应,揭示降水量对草地生态系统稳定性维持的影响机制,运用草地植被地上净生产力的变异性和功能群的消长阐明载畜率对放牧系统稳定性和系统内部生态补偿效应的影响,不仅丰富了草原放牧系统的研究,而且对内蒙古荒漠草原草地适应性管理措施的制定和实施具有指导意义。
【关键词】：荒漠草原 绵羊 载畜率 多样性 生态补偿效应 【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】：2009
【分类号】：S812
【目录】：
- 摘要3-5
- Abstract5-13
- 第1章 引言13-25
- 1.1 研究背景13-17
- 1.2 草地载畜率17-21
- 1.2.1 载畜率对植被组成和土壤状况的影响18-19
- 1.2.2 载畜率和家畜生产19-20
- 1.2.3 载畜率和经济效益20-21
- 1.3 生态系统的特征21-23
- 1.3.1 生态系统的稳定性21-22
- 1.3.2 生态系统的多样性22-23
- 1.4 立题依据、研究目的和意义23-25
- 1.4.1 内蒙古荒漠草原的独特地位23-24
- 1.4.2 研究目的及意义24-25
- 第2章 研究区域自然概况25-30
- 2.1 地理位置及地形特征25-26
- 2.2 气候特征26-28
- 2.3 草地植被28-29
- 2.4 放牧历史29-30
- 第3章 试验设计和测定方法30-34
- 3.1 试验设计30-32
- 3.2 试验方法32-34
- 3.2.1 气象数据记录32
- 3.2.2 植被取样方法32-33
- 3.2.3 土壤取样和测定33-34
- 3.3 数据处理和分析34
- 第4章 载畜率对草地植被的影响34-70
- 4.1 草地地上净生产力37-43
- 4.1.1 载畜率对地上净生产力的影响37-41
- 4.1.2 地上净生产力和降水量的关系41-43
- 4.2 草地凋落物量43
- 4.3 植物群落指标变化43-48
- 4.3.1 植物群落盖度变化43-46
- 4.3.2 植物群落高度变化46-47
- 4.3.3 植物群落总密度变化47-48
- 4.4 草地植物群落特征48-50
- 4.4.1 草地植物物种数48-49
- 4.4.2 植物功能群变化49-50
- 4.4.3 植物功能群之间的关系50
- 4.5 草地植物群落的物种多样性50-57
- 4.5.1 载畜率对物种多样性的影响50
- 4.5.2 年降水量和物种多样性50-51
- 4.5.3 草地生产力和物种多样性51-57
- 4.6 地上净生产力的变异性57-61
- 4.6.1 物种水平上的生产力变异性57
- 4.6.2 植物功能群水平上的生产力变异性57-61
- 4.6.3 植物群落水平上的生产力变异性61
- 4.7 讨论61-69
- 4.7.1 草地植被特征61-64
- 4.7.2 植物群落多样性64-65
- 4.7.3 群落的稳定性和生态补偿效应65-69
- 4.8 小结69-70
- 第5章 载畜率对草地土壤的影响70-86
- 5.1 土壤物理性质72-74
- 5.1.1 土壤含水量72-73
- 5.1.2 土壤容重和紧实度73
- 5.1.3 土壤机械组成73-74
- 5.2 土壤化学性质74-80
- 5.2.1 土壤有机质74
- 5.2.2 土壤全量养分74-80
- 5.2.3 土壤速效养分80
- 5.3 土壤呼吸速率80-81
- 5.4 讨论81-86
- 5.4.1 土壤物理性质81-83
- 5.4.2 土壤化学性质83-85
- 5.4.3 土壤呼吸85-86
- 5.5 小结86
- 第6章 载畜率对家畜生产性能的影响86-92
- 6.1 放牧绵羊个体增重87
- 6.2 放牧绵羊公顷增重87
- 6.3 草地最适载畜率的确定87-88
- 6.4 家畜体重和降雨量的关系88-90
- 6.4.1 降雨量对家畜个体增重的影响88
- 6.4.2 降雨量对家畜公顷增重的影响88-90
- 6.5 讨论90-92
- 6.5.1 家畜个体增重对载畜率的响应90
- 6.5.2 公顷增重对载畜率的响应90
- 6.5.3 最适载畜率90-91
- 6.5.4 降雨对家畜个体增重的影响91
- 6.5.5 降雨对公顷增重的影响91-92
- 6.6 小结92
- 第7章 讨论92-98
- 7.1 植被因子变化与草地生态系统的稳定性93-96
- 7.2 土壤因子与草地生态系统的稳定性96-97
- 7.3 放牧家畜和生态系统的稳定性97-98
- 第8章 主要结论98-100
- 致谢100-102
- 参考文献102-121
- 作者简介121-122
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