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放牧对典型草原生态系统服务功能影响的研究

杨婧  
【摘要】:放牧对典型草原生态系统服务功能具有重要影响。目前因过度放牧导致的草地退化已成为牧区经济发展和生态环境保护的主要制约因素。深入研究草原生态系统服务功能对放牧的响应及其维持机制,对于遏制草地退化,恢复草地生态平衡,实现草原利用的可持续发展具有十分重要的理论和实践意义。本研究依托中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站的放牧控制实验平台,以典型草原生态系统为研究对象,系统地分析了不同降水年型(丰水年份和平水年份)和地形(平地和坡地)条件下放牧强度对植物多样性、地上生产力、碳氮储量、水土保持等服务功能的影响及其机制。该放牧实验平台始于2005年,实验设置有7个放牧强度:0、1.5、3.0、4.5、6.0、7.5和9.0sheep hrn-2,其中SR0为对照,SR1.5和SR3.0为轻度放牧处理,SR4.5和SR6.0为中度放牧处理,SR7.5和SR9.0为重度放牧处理。实验采用随机区组设计,共计14个实验小区。本研究的主要结果如下: 1.放牧对典型草原生态系统的结构和植物多样性均具有显著影响。随放牧强度的增加,植物多样性(α多样性、p多样性和γ多样性)均呈逐渐降低的趋势。过度放牧导致群落之间的共有种增多,使物种趋同。在植物功能群水平,优势种、常见种和稀有种对放牧的响应不同,放牧对稀有种的影响最大,常见种次之,优势种最低。放牧导致常见种和稀有物种丧失,进而使得局域尺度上的物种多样性降低。本研究进一步表明,干旱加剧了过度放牧对生物多样性的影响。 2.放牧强度和年际间的气候变化均对典型草原地上净初级生产力具有显著影响。随放牧强度的增加,地上净初级生产力呈先升高后降低的趋势,两年度平均以轻度放牧强度的SR3.0处理为最高。每公顷羊增重与放牧强度之间呈显著正相关关系;但每公顷只羊增重随放牧强度的增加呈先升高后降低的趋势,以SR3.0处理为最高。综合分析草原初级和次级生产力的变化趋势可知,草地在放牧强度30sheep hm-2时达到了最大生产力。 3.草原植物的碳、氮储量在不同放牧强度处理间均存在显著差异,且在不同年份与地形间呈现不同的响应格局。随放牧强度的增加,植物碳、氮储量在平地放牧系统中逐渐降低,在坡地放牧系统中呈先升高后降低的趋势:重度放牧处理的植物碳、氮储量均显著低于对照区和轻度放牧区。放牧对土壤和根系碳、氮密度的影响主要体现在0~10cm土壤表层,对深层土壤的影响较小。不同放牧梯度下的草地总碳储量之间存在显著差异,以重度放牧处理最低;各处理的总氮储量之间无显著差异。 4.降雨强度是引起草地水土流失的主控因子之一,降雨强度越大,径流水量、径流土流失量以及碳素、氮素流失量越高。重度放牧加剧了强降雨下的水土流失。随放牧强度的增加,植被盖度和凋落生物量降低;地上植物现存量在平地放牧系统中逐渐降低,在坡地放牧系统中呈先升高后降低的趋势,均以重度放牧处理为最低。径流水量、径流土流失量以及碳素、氮素流失量均随放牧强度增加而显著升高。本研究表明,降雨强度的大小决定了径流是否能够产生;相同降雨条件下,放牧强度、地形坡度和地表植被则决定了径流水、径流土、碳素和氮素流失量的多少。为了保留适度的地上植被,避免发生严重的水土流失,应控制草地载畜率不超过45sheep hm-2。 综上所述,放牧对典型草原生态系统的植物多样性、生产力、碳氮储量和水土保持等服务功能均有显著影响。本实验条件下,当放牧强度为4.5sheep hm-2时,在平地放牧系统中,两年度的平均物种丰富度为13,地上净初级生产力为239.25g m-2,植物——土壤系统碳、氮储量分别为1863.00g m-2和164.75g m-2,年径流量为1.2kgm-2,每公顷只羊增重为8.23kg sheep-1hm-2;再增加放牧强度,物种丰富度、地上净初级生产力、植物——土壤系统碳、氮储量和每公顷只羊增重显著降低,年径流水、土、碳、氮流失量显著增加,削弱了典型草原生态系统服务功能,不利于草地的可持续利用。


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