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放牧影响草地生态系统碳转化的机制研究

路文杰  
【摘要】:草地是陆地生态系统的重要组成部分,在全球气候调控、畜产品供应方面发挥重要作用。放牧动物对草地植被的选择性采食、践踏及其排泄物的返还对地上植被组成及生产力、土壤理化性质、土壤微生物的组成都会产生影响。凋落物是土壤碳的重要来源之一,其质量决定了分解者碳与养分的可利用性,同时也调控土壤微生物的组成与活性。放牧对草地的作用所导致的植被和土壤养分的变化,影响着凋落物的分解以及养分和碳的聚集与释放。本研究从放牧压强对地上植被变化、土壤中FF-SOM做起,然后分别以植被、养分变化两条主线设计试验,采用同位素探针、物种剔除等实验技术,室内与野外定位试验相结合,研究了放牧草原凋落物分解对碳及养分转移、转化的影响。主要结论如下:(1)放牧强度对植被生产力及多样性、微生物组成、土壤有机碳及养分均有影响。放牧强度的增加不利于土壤中稳定有机质的积累,而稳定组分中的碳氮磷计量关系不受放牧强度的影响。因此,优化放牧管理,不仅能够提高植被生产力及多样性,而且利于增加微生物的活性及生物量,增加土壤中碳及氮磷等养分的稳定贮存。(2)剔除优势种后植被群落结构和生产力发生的变化,会引起地上碳输入的变化,地下碳的微生态转化、固存机制也会受到影响。表明优势种在群落建成和碳转化中起着关键和独特的作用。在不同演替群落的对比中,剔除优势物种引起的植物-土壤系统的反应表明,优势种的特征及与非优势物种共存可能是群落组成和碳流动转化的原始调节因子。从应用的角度来看,这些发现揭示了退化草原中不同的恢复力和限制因素对精确制定恢复策略的重要性。(3)基于同位素探针技术以及凋落物交互移置分解的设计,对凋落物类型与分解环境的互作、凋落物碳的周转都有了新的认识。凋落物在本地分解时,纤维素呈最高的分解率、凋落物向微生物贡献最多的13C。此外,真菌作为分解的主力,在“主场效应”下整合最多的13C到自身的生物量。可见,植被变化影响凋落物分解及碳的输入。此外,研究结果暗示了草地退化带来的群落多样性的降低不利于群落内凋落物分解以及相关物质的周转,为合理配置植物进行生态修复提供理论依据。(4)模拟粪尿返还与践踏加速了凋落物的质量损失,碳与养分的的损失率并不同步;不同分解状态的凋落物对粪尿返还中的养分的截留效果不同;氮磷元素的添加通过影响凋落物分解体系中微生物的生物量来调控分解进程。放牧强度对植被生产力及多样性、微生物组成、土壤有机碳及养分均有影响。放牧强度的增加不利于土壤中稳定有机质的积累,而稳定组分中的碳氮磷计量关系不受放牧强度的影响。因此,优化放牧管理,不仅能够提高植被生产力及多样性,而且利于增加微生物的活性及生物量,增加土壤中碳及氮磷等养分的贮存。综上可见,放牧能够通过草地植被组成及土壤养分状态的改变,并对凋落物分解过程中碳及养分的周转产生影响,最终调控草地的生态服务水平。


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