草原是世界上分布最廣的植被類型之一,其面積占陸地生態(tài)系統(tǒng)總面積的46%。草原生態(tài)系統(tǒng)是我國面積最大的陸地生態(tài)系統(tǒng),而內(nèi)蒙古草原的土壤嚴(yán)重退化已成為制約草原牧業(yè)的最主要的生態(tài)問題。目前通過草原圍封、控制放牧強度以及規(guī)劃火燒管理等很多措施已成為改善草原生態(tài)環(huán)境研究的熱點,針對土壤質(zhì)量開展深入系統(tǒng)研究具有重要科學(xué)意義與實踐意義。本研究以中國科學(xué)院植物研究所內(nèi)蒙古草原生態(tài)系統(tǒng)定位研究站設(shè)置的三種管理模式(放牧梯度、圍封育草、火燒管理)長期固定樣地為基地,測定四個土層(0-5 cm、5-10 cm、10-20 cm、20-40 cm)土樣的土壤養(yǎng)分(有機碳、全氮、全磷、全鉀)、理化性質(zhì)(pH值、電導(dǎo)率)、微量元素(鈉、鐵、鎂、鈣、錳、硼、硅)、重金屬元素(砷、鎘、鉻、銅、汞、鎳、鉛、鋅)、球囊霉素相關(guān)土壤蛋白(GRSP)含量。通過逐步回歸分析、主成分分析、RDA分析探討相互之間的相互關(guān)系,并利用掃描電鏡、紅外光譜等儀器,分析GRSP在不同管理措施下結(jié)構(gòu)的變化,探討GRSP在草原土壤中的貢獻作用,同時通過重金屬地積累指數(shù)(Igeo)、重金屬總潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)(RI)、以兩種壤質(zhì)量評價方法對不同管理模式樣地的土壤質(zhì)量進行綜合評價,并通過建立數(shù)學(xué)模型及模擬草原管理場景分析來闡明草原土壤恢復(fù)應(yīng)采用何種管理模式及強度。具體研究結(jié)果如下:(1)土壤養(yǎng)分影響:不同草原管理模式對土壤養(yǎng)分的影響體現(xiàn)在放牧強度增加與土壤有機碳、全氮、全磷、全鉀含量顯著下降(P0.01),電導(dǎo)率與pH值顯著升高(P0.01)。低強度放牧(1.5只羊/公頃)使土壤有機碳、全氮含量增加(P0.05)。火燒處理使表層(0-5 cm)土壤有機碳含量降低,使1040 cm 土壤有機碳含量增加(P0.05),與2年一次火燒相比,4年一次火燒使土壤有機碳含量增加顯著(P0.05);圍封處理使土壤有機碳含量增加顯著(P0.05),但土壤全氮、全鉀含量沒有顯著變化(P0.05)。圍封33a樣地土壤有機碳、全氮含量略低于圍封13a樣(P0.05)。(2)土壤重金屬與微量元素影響:不同草原管理模式對土壤微量元素及重金屬的影響體現(xiàn)在放牧強度增加、圍封年限變化均是導(dǎo)致土壤微量元素含量變化的主要因素,火燒頻率改變對土壤營養(yǎng)元素影響不明顯,但是是引起土壤重金屬含量變化的主要因素。三種管理模式樣地土壤重金屬的地積累指數(shù)Igeo0,無污染,土壤重金屬總潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)RI150為無風(fēng)險等級。(3)GRSP含量及其生態(tài)功能影響:不同草原管理模式對真菌蛋白含量及結(jié)構(gòu)的影響主要體現(xiàn)在低強度放牧(1.5只羊/公頃)可使EE-GRSP、T-GRSP含量增加顯著(P0.05)。4年一次火燒顯著提高了表層土壤(0-5 cm)EE-GRSP產(chǎn)生量和040 cm 土層T-GRSP的積累量。圍封處理顯著增加了 0-40 cm 土壤中的EE-GRSP產(chǎn)生量及0-5 cm T-GRSP的積累量。高強度放牧強度、2年一次火燒、圍封33a樣地的土壤中GRSP表面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度簡化、退化;放牧、火燒、圍封并沒有引起GRSP官能團種類的改變,但官能團含量有所差異。逐步回歸分析表明三種管理模式樣地中土壤氮是影響GRSP產(chǎn)生與積累重要限制因子。在GRSP生態(tài)功能方面,4年一次火燒導(dǎo)致GRSP碳、氮截獲能力提升,而長期圍封造成碳、氮截獲能力下降。(4)綜合評價與管理場景分析:土壤質(zhì)量評價采用顯著性和主成分法這2種方法進行評價,兩種方法評估結(jié)果具有一致性,并達到顯著相關(guān)(R2=0.5674～0.7722),但土壤質(zhì)量主成分評價法排除人為干擾,更易于對土壤質(zhì)量客觀評價。模型管理場景分析結(jié)果顯示:低強度放牧、長時間間隔火燒處理、短期圍封措施有機結(jié)合更能有效的提高土壤養(yǎng)分、微量元素并控制重金屬污染水平,建議采用3～4年一次火燒,圍封低于30a,保持0～3只羊/公頃適度放牧強度下,可使土壤綜合質(zhì)量得到提升2.4倍以上。在錫林郭勒草原管理過程中不應(yīng)采用單一的管理措施,將管理措施有機結(jié)合交替進行,彌補單一管理模式造成土壤養(yǎng)分降低及重金屬污染的風(fēng)險,保證草原土壤養(yǎng)分持續(xù)供應(yīng),從而達到實現(xiàn)提高草原生產(chǎn)力的目的。
【學(xué)位單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S812.2
【部分圖文】：

我國退化原面積逐，退（圖卜２５］。我國己成為世界上草地退化最為嚴(yán)重的國家之一［２６］，草原退化己是目經(jīng)濟發(fā)展面臨的最主要的環(huán)境問題［２７］。??８０％?＂：?口全國草原■內(nèi)蒙古草原?７３．５０％??６０％??＾?３９％??１４〇％１?－ＥＨ??＾２０％ｉ?１５％＾?ｎ??．關(guān)?ｙ?ｌ?Ｉ??７０年代?８０年代?９０年代??圖卜１全國及內(nèi)蒙古草原退化率統(tǒng)計＾??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ｄｅｇｅｎｅｒａｔｅｄ?ｒａｔｅ?ｏｆ?ｎａｔｉｏｎａｌ?ａｎｄ?ｉｎｎｅｒ?ｍｏｎｇｏｌｉａ?ｇｒａｓｓｌａｎｄ１２４１??１００％?－：??

５－１０?ｃｍ、１０－２０?ｃｍ、２０－４０?ｃｍ深度的土樣，重復(fù)�。炒危』氐耐翗又没旌暇鶆蚝�，去除細根及雜質(zhì)，粉碎研磨后分別過０．２５?ｍｍ?土壤篩，用四ｇ?土樣封存，帶回實驗室置于室內(nèi)風(fēng)干，進行實驗分析。??圍封樣地設(shè)置及土壤采集??封育草試驗樣地設(shè)在中國科學(xué)院植物研宄所內(nèi)蒙古草原生態(tài)系統(tǒng)定位研宄蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟錫林河中游北岸的白音錫勒牧場內(nèi)（１１７°１２＇Ｅ，?４４°３封育樣地外圍的自由放牧區(qū)、１９９９年圍封草場、１９７９年圍封草場為實驗１２年８月在每塊樣地上選取地形和植物群落組成基本一致的地段為取樣點為準(zhǔn)分別將樣地命名為圍封〇ａ（自由放牧）、圍封１３ａ（１９９９年圍封草場）７９年圍封草場）。??圍封樣地〇ａ、１３ａ、３３ａ樣地中隨機選取３個樣點，先將地表灰燼及枯落，用土壤鉆取０－５?ｃｍ、５－１０?ｃｍ、１０－２０?ｃｍ、２０－４０?ｃｍ深度的土樣，重復(fù)３６個土壤樣品，將取回的土樣置于室內(nèi)風(fēng)干，混合均勻后，去除細根及雜后分別過０．２５?ｍｍ?土壤篩，用四分法取土?１?ｋｇ?土樣封存，帶回實驗室置進行實驗分析。???１?１６°?ＯＨ?１１７－?０．?Ｏ．Ｒ??

１?１６＊?ＯＨ?１１７＂?＇〇＊?０＂？！？??圖２－１錫林郭勒草原三種管理模式樣地位置圖??Ｆｉｇ２－１．?Ｔｈｅ?ｓａｍｐｌｉｎｇ?ｓｉｔｅｓ?ｉｎ?Ｘｉｌｉｎｇｕｏｌｅ?Ｇｒａｓｓｌａｎｄ??－１７－??
【參考文獻】

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本文編號：2838430