本文關(guān)鍵詞：放牧對(duì)草地植被、土壤空間異質(zhì)性及其相互關(guān)系的調(diào)控機(jī)制

  更多相關(guān)文章： 大型草食動(dòng)物 放牧 草地生態(tài)系統(tǒng) 空間異質(zhì)性 空間變異 空間格局 植物多樣性

【摘要】：空間異質(zhì)性(spatial heterogeneity)是草地生態(tài)系統(tǒng)(grassland ecosystem)的核心特征之一,同時(shí)也是草地生態(tài)系統(tǒng)中諸多生態(tài)過(guò)程(ecosystem processes)的重要驅(qū)動(dòng)力。人類活動(dòng)干擾導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)不斷趨于簡(jiǎn)單化,草地異質(zhì)性和生物多樣性不斷降低,為了維持草地生物多樣性和系統(tǒng)的正常生態(tài)過(guò)程,深入理解草地異質(zhì)性形成的原因變得日益重要。大型草食動(dòng)物(large herbivore)放牧是影響和調(diào)控草地植被、土壤空間異質(zhì)性的重要因素之一。深入開展不同草食動(dòng)物放牧對(duì)草地空間異質(zhì)性影響及其調(diào)控機(jī)制的研究,對(duì)于維持和保護(hù)草地生物多樣性、指導(dǎo)草地放牧管理具有十分重要的科學(xué)價(jià)值與實(shí)際指導(dǎo)意義。本研究以我國(guó)北方草甸草原兩種最主要的放牧家畜-綿羊(sheep)和牛(cattle)作為試驗(yàn)對(duì)象,在不同草地植物多樣性背景下,系統(tǒng)地研究不同放牧方式(無(wú)牧,No grazing;羊單牧,Sheep grazing;牛單牧,Cattle grazing;牛羊混牧,Mixed grazing)對(duì)草地植被和土壤空間異質(zhì)性的影響,揭示北方松嫩草甸草原的植被、土壤空間異質(zhì)性特征及其對(duì)不同放牧干擾的響應(yīng),進(jìn)一步分析植物-土壤異質(zhì)性的相互作用關(guān)系及對(duì)放牧的響應(yīng),探討放牧與植物多樣性互作對(duì)草地植被、土壤空間異質(zhì)性的作用機(jī)制。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的大量收集和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的深入分析,獲得如下主要研究成果:(1)松嫩草地生態(tài)系統(tǒng)中土壤特征變量(土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、總無(wú)機(jī)氮、全氮、氮利用率、有機(jī)質(zhì)、全磷、p H值、電導(dǎo)率、含水量)在空間上呈現(xiàn)不同程度的空間異質(zhì)性,且不同的土壤特征變量的空間異質(zhì)性(變異系數(shù),C.V.;空間結(jié)構(gòu)變異,C/C+C0)之間差異顯著。各土壤特征變量變異系數(shù)的大小順序?yàn)?氮利用率電導(dǎo)率硝態(tài)氮銨態(tài)氮總無(wú)機(jī)氮全氮有機(jī)質(zhì)全磷含水量p H。各土壤特征變量的結(jié)構(gòu)異質(zhì)性強(qiáng)度從大到小依次為:有機(jī)質(zhì)含水量總無(wú)機(jī)氮全氮全磷硝態(tài)氮銨態(tài)氮電導(dǎo)率p H氮利用率。就松嫩草地土壤最重要的限制性因素-氮元素而言,不同形式氮元素的變異系數(shù)差異顯著,其中,氮可利用率的變異系數(shù)最大,而土壤總氮的變異系數(shù)最小�？臻g結(jié)構(gòu)變異與變異系數(shù)之間規(guī)律不一致。土壤氮利用率的變異系數(shù)最大,而結(jié)構(gòu)變異反而最小。土壤電導(dǎo)率的變異系數(shù)較大,但結(jié)構(gòu)變異強(qiáng)度較低。但土壤p H的空間異質(zhì)性兩個(gè)組分的變異程度均較低。(2)放牧方式對(duì)植被和土壤空間異質(zhì)性產(chǎn)生了顯著不同的效應(yīng),并且這種效應(yīng)強(qiáng)烈地依賴于草地植物多樣性背景。在高、低不同的植物多樣性草地上,羊單牧均降低了植物群落異質(zhì)性,但在高多樣性草地不顯著;牛單牧提高了植物群落異質(zhì)性,但在低多樣性草地作用結(jié)果不顯著;混合放牧對(duì)高多樣性草地植物群落異質(zhì)性沒(méi)有影響,但顯著降低了低多樣性草地的植物群落異質(zhì)性。放牧對(duì)各土壤變量空間異質(zhì)性的影響不同。但在高多樣性草地,任何一種放牧方式均可以促進(jìn)土壤營(yíng)養(yǎng)元素空間異質(zhì)性。對(duì)于草地最重要的限制性因子-氮元素,除上述作用外,單獨(dú)放牧牛在兩個(gè)多樣性草地一致地增加了土壤可利用氮的空間異質(zhì)性。牛、羊單牧對(duì)土壤p H、電導(dǎo)率的作用一致,均提高兩個(gè)多樣性水平上二者的空間異質(zhì)性。混合放牧對(duì)土壤p H、電導(dǎo)率的作用不同�；旌戏拍猎趦蓚�(gè)多樣性水平上,均降低土壤含水量的空間異質(zhì)性。而牛、羊單牧對(duì)二者的作用不同,且在兩個(gè)多樣性水平上,表現(xiàn)出完全相反的作用規(guī)律。(3)放牧方式對(duì)土壤氮通量-氮利用率空間異質(zhì)性的作用結(jié)果顯著不同,但這種不同的作用結(jié)果與對(duì)放牧對(duì)土壤氮庫(kù)的作用不同,并不依賴于放牧前草地植物多樣性水平。牛單牧顯著地增加了氮利用率的空間異質(zhì)性,羊單牧和牛羊混牧并沒(méi)有顯著地改變氮利用率的空間異質(zhì)性。盡管不同放牧方式對(duì)氮利用率的空間異質(zhì)性的影響不同,但任何一種放牧方式都沒(méi)有降低草地氮利用率的空間異質(zhì)性。相反,而是放牧對(duì)其產(chǎn)生了維持或增加的效應(yīng)。結(jié)果表明,在本研究系統(tǒng)中,任何放牧方式都沒(méi)有通過(guò)降低氮利用率空間異質(zhì)性而退化松嫩草地生態(tài)系統(tǒng)。(4)草地土壤氮利用率空間異質(zhì)性與植物多樣性的關(guān)系強(qiáng)烈地依賴于不同放牧方式和空間異質(zhì)性組分(變異系數(shù)C.V.和結(jié)構(gòu)變異C/C+C0)。在未放牧的樣地中,土壤氮利用率變異系數(shù)和結(jié)構(gòu)變異與植物多樣性之間均沒(méi)有表現(xiàn)出任何相關(guān)性。在放牧樣地中,任何一種放牧方式都沒(méi)有改變土壤氮利用率的變異系數(shù)與植物多樣性的相關(guān)性。牛、羊單牧也沒(méi)有改變土壤氮利用率的結(jié)構(gòu)變異與植物多樣性之間的相關(guān)性,而混合放牧促進(jìn)了土壤氮利用率結(jié)構(gòu)變異與植物多樣性之間正相關(guān)關(guān)系的形成。通過(guò)對(duì)如上主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,本研究獲得了關(guān)于放牧對(duì)草地空間異質(zhì)性作用的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和較以往更為深入的理解:由于不同放牧家畜的偏食性以及動(dòng)物之間的相互作用關(guān)系不同,放牧對(duì)草地植被和土壤空間異質(zhì)性及其二者關(guān)系的作用規(guī)律是極其復(fù)雜的;不同的放牧方式會(huì)對(duì)草地植被和土壤空間異質(zhì)性產(chǎn)生不同的作用結(jié)果,且這種作用強(qiáng)烈地依賴于不同的草地植物多樣性背景;而不同放牧方式對(duì)草地土壤氮通量-氮利用率空間異質(zhì)性的影響與植物多樣性背景無(wú)關(guān)。在高植物多樣性草地上,不同大型草食動(dòng)物的適度放牧均能促進(jìn)土壤營(yíng)養(yǎng)元素的空間異質(zhì)性,較高的土壤空間異質(zhì)性能夠?yàn)椴煌参镂锓N提供更多的生態(tài)位,進(jìn)而促進(jìn)植物物種共存并提高草地植物多樣性。因此,在草地放牧系統(tǒng)中,高的植物多樣性能夠促進(jìn)草地產(chǎn)生正的動(dòng)物-植物-土壤反饋環(huán)(feedback loop)。本研究再次強(qiáng)調(diào)了保護(hù)植物多樣性對(duì)于維持草地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的重要性。此外,放牧并沒(méi)有降低土壤氮利用率的空間異質(zhì)性,并且這種效應(yīng)與放牧方式和植物多樣性背景無(wú)關(guān),無(wú)論是何種放牧方式及其草地植物多樣性背景,放牧均可以維持或增加草地氮利用率的空間異質(zhì)性。從維持草地結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)功能的視角來(lái)看,單獨(dú)放牧牛被認(rèn)為是松嫩草甸草原的最優(yōu)放牧機(jī)制。本研究為指導(dǎo)草地放牧管理、制定合理科學(xué)的放牧政策提供重要的科學(xué)依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：大型草食動(dòng)物 放牧 草地生態(tài)系統(tǒng) 空間異質(zhì)性 空間變異 空間格局 植物多樣性
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S812
【目錄】：

• 中文摘要4-7
• Abstract7-13
• 第1章 引言13-28
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 研究現(xiàn)狀與分析14-24
• 1.2.1 空間異質(zhì)性的相關(guān)概念14-17
• 1.2.2 空間異質(zhì)性的研究方法17
• 1.2.3 空間異質(zhì)性的尺度依賴性特征17-19
• 1.2.4 放牧對(duì)草地植被空間異質(zhì)性的影響19-21
• 1.2.5 放牧對(duì)草地土壤空間異質(zhì)性的影響21-22
• 1.2.6 放牧對(duì)草地植被、土壤空間異質(zhì)性影響的尺度效應(yīng)22-23
• 1.2.7 草地土壤異質(zhì)性與植物多樣性關(guān)系及其對(duì)放牧的響應(yīng)23-24
• 1.3 研究中存在的問(wèn)題24-25
• 1.4 本研究的目的與意義25
• 1.5 技術(shù)路線25-27
• 1.6 主要研究?jī)?nèi)容與研究工作進(jìn)展27-28
• 第2章 研究區(qū)域與研究方法28-34
• 2.1 研究區(qū)域28-29
• 2.2 研究方法29-34
• 2.2.1 樣地設(shè)置29-30
• 2.2.2 取樣方法與指標(biāo)測(cè)定30-34
• 第3章 松嫩草甸草原土壤空間異質(zhì)性特征34-42
• 3.1 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析35-36
• 3.2 結(jié)果與分析36-38
• 3.2.1 土壤特征變量的散點(diǎn)分布圖36
• 3.2.2 土壤特征變量的變異系數(shù)36
• 3.2.3 土壤特征變量的結(jié)構(gòu)異質(zhì)性36-38
• 3.3 討論及結(jié)論38-42
• 第4章 不同植物多樣性背景下放牧對(duì)草地植被和土壤空間異質(zhì)性的影響42-71
• 4.1 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析44-45
• 4.2 結(jié)果與分析45-66
• 4.2.1 植物物種豐富度和香農(nóng)維納指數(shù)45
• 4.2.2 植物群落異質(zhì)性45-48
• 4.2.3 各土壤變量的變異48-66
• 4.2.3.1 土壤可利用氮48-51
• 4.2.3.2 土壤全氮51-54
• 4.2.3.3 土壤有機(jī)質(zhì)54-57
• 4.2.3.4 土壤pH57-60
• 4.2.3.5 土壤電導(dǎo)率60-63
• 4.2.3.6 土壤含水量63-66
• 4.3 討論及結(jié)論66-71
• 4.3.1 放牧方式對(duì)植物群落異質(zhì)性的影響66
• 4.3.2 放牧方式對(duì)各土壤變量含量的影響66-67
• 4.3.3 放牧方式對(duì)各土壤變量的空間異質(zhì)性的影響67-71
• 第5章 不同植物多樣性背景下放牧對(duì)草地氮利用率空間異質(zhì)性的影響71-81
• 5.1 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析72-73
• 5.2 結(jié)果與分析73-78
• 5.2.1 氮利用率的空間異質(zhì)性73
• 5.2.2 植物群落空間異質(zhì)性73-74
• 5.2.3 氮利用率的空間異質(zhì)性在各處理內(nèi)的變異74-75
• 5.2.4 糞便效應(yīng)75-78
• 5.3 討論及結(jié)論78-81
• 第6章 土壤空間異質(zhì)性與植物多樣性關(guān)系對(duì)放牧的響應(yīng)81-91
• 6.1 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析82
• 6.2 結(jié)果與分析82-87
• 6.2.1 土壤氮利用率的空間變異與植物多樣性的關(guān)系82-85
• 6.2.2 土壤氮利用率的空間格局與植物多樣性的關(guān)系85-87
• 6.3 討論及結(jié)論87-91
• 第7章 結(jié)論與展望91-96
• 7.1 本研究的主要結(jié)論91-93
• 7.2 本研究的主要建議93-94
• 7.3 本研究的創(chuàng)新點(diǎn)94-96
• 7.3.1 研究思路的創(chuàng)新94
• 7.3.2 研究成果的創(chuàng)新94-96
• 參考文獻(xiàn)96-107
• 后記107-109
• 在學(xué)期間公開發(fā)表論文的情況109-111
• 攻讀博士學(xué)位期間開展的相關(guān)科研課題111-113
• 攻讀博士學(xué)位期間參加的學(xué)術(shù)會(huì)議113

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