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《东北师范大学》 2017年
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大型草食动物采食与粪便对大针茅草原植被特征及氮矿化的作用

王镜植  
【摘要】:草地是世界上分布最为广泛的植被类型之一,其最基本,也是最为主要的利用方式就是放牧。在放牧过程中,草食动物通过采食、践踏和粪便等途径直接或间接的改变草地植物群落结构、土壤理化性质和营养循环过程,最终影响草地生态系统的结构和功能。虽然已经有大量实验研究关注大型草食动物对草地生态系统植被、土壤及营养循环等方面的影响,而且已经得到了一些被科学界广泛认同的研究结果,但是在草食动物采食行为和排泄粪便会分别对草地生态系统产生何种影响上,还缺乏更多系统、深入的研究。除此以外,大多数针对陆地生态系统营养循环的研究都聚焦于枯落物的分解过程,而忽略了粪便的分解过程。然而,在那些受到放牧强烈影响的系统中,约有30~50%的地上生物量会被草食动物所消耗,所以粪便分解过程实际上应该是一个与枯落物分解同等重要的营养循环途径。因此,为了解决以上问题,本研究设计了三个实验,用于探讨草食动物的采食行为和粪便各自对草地生态系统的影响,以及二者之间可能存在的联系。研究地点位于我国内蒙古自治区锡林浩特市国家气象台野外观测站。本研究采用野外控制实验探讨以下研究内容:不同放牧方式(无牧、羊单牧、牛单牧和牛羊混牧)引起的草地植被特征和土壤氮矿化的改变;施加不同草食动物粪便对草地植物群落结构、地上生物量和土壤理化性质的影响;草食动物食性选择与其粪便分解和所含营养物质的释放之间的关系。主要研究结果如下:(1)不同放牧方式能够引起草地植物物种多样性的变化。通过对优势禾本科植物大针茅的大量采食,牛羊混牧能够缓解植物生长的光限制作用以及来自禾本科植物的竞争压力,具有促进植物种多样性增加的趋势,但是要引起多样性的显著改变需要较长的时间。绵羊对食物的选择性较高,会优先采食具有较高营养物质含量的杂类草。因此,羊单牧会对草地植物多样性产生负面影响。当其它不利因素共同出现时,羊单牧会导致植物物种多样性的显著下降。(2)放牧和降水量变化均会对草地植物地上现存量产生显著的影响。尽管草食动物采食行为引起的去叶作用,能够刺激植物进行补偿性生长,可能会部分地、甚至完全地弥补损失的地上生物量。但是补偿性生长所起到的作用要受到时间和资源的严格限制。在适度放牧强度的条件下,占据整个生长季的连续放牧处理,会使实验小区内的植物缺乏足够的时间和资源来通过补偿性生长弥补缺失的生物量,最终使得植物地上现存量显著性下降。另外,在资源有限的情况下,适度的放牧强度限制了牛、羊的选择性采食,使得它们对各种植物的最终采食量趋于一致。因此,在不同放牧方式之间,地上生物量并无显著的差异。(3)不同的草食动物对土壤氮矿化的影响不同。研究发现,草食动物种类与草地土壤净氮矿化速率之间存在着密切的联系。牛单牧能够提升土壤净氮矿化速率;与此相反的是,羊单牧则会抑制氮的矿化。然而,实验结果表明无论放牧哪种动物,土壤无机氮含量都会增加。这说明草食动物排放的粪便会弥补因氮矿化速率下降减少的土壤无机氮,抵消单独放牧绵羊对草地土壤氮矿化的负面影响。(4)草食动物粪便的分解和所含营养物质的释放不仅直接决定于粪便本身的化学组成,还受到草食动物自身食性选择的间接控制。不同体尺的草食动物,受自身生理特征和新陈代谢的影响,会对食物质量有着不同的需求。一般认为,草食动物体尺与食物质量之间负相关。因此,体型较大的牛所采食的植物质量要低于羊。这种食物质量上的差异,直接决定了前者的粪便含有更多易分解的碳,使得它在更快分解的同时,即使本身氮含量略低,却比羊粪释放了更多的氮。本研究通过放牧实验、粪便添加实验和粪便分解实验,明晰了大型草食动物的采食行为和粪便对草地生态系统植被和土壤特征的不同影响,同时也揭示了这两者之间存在的内在联系。放牧对草地生态系统的作用途径多种多样,背后的机制极其复杂。研究结果加深了人们对“动物-植物-土壤”三者之间相互作用的认识,同时也为保护草地植物多样性、维持生态系统功能提供了理论依据。对于丰富采食理论与放牧管理理论具有重要的意义。
【学位授予单位】:东北师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S812

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相关机构
>东北师范大学
>南京农业大学
相关作者
>邢海 >王镜植
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