高寒草甸是祁連山區(qū)的優(yōu)勢(shì)植被類型,不但是當(dāng)?shù)刂匾男竽翗I(yè)生產(chǎn)基地,而且還發(fā)揮著極其重要的水源涵養(yǎng)、碳儲(chǔ)存和生物多樣性維持等生態(tài)服務(wù)功能。放牧是草地最主要的利用方式�？茖W(xué)的放牧不但能夠有效提高草地的生產(chǎn)力、維持較高的生物多樣性,而且能夠促進(jìn)草地生態(tài)服務(wù)功能的正常發(fā)揮。然而,祁連山區(qū)超載過(guò)度放牧嚴(yán)重,探尋一種科學(xué)、合理的放牧方式,對(duì)維持草地資源的健康發(fā)展及退化草地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)具有重要意義。為此,本研究以祁連山全年連續(xù)放牧、冷季重度放牧、冷季輕度放牧、劃區(qū)輪牧和全年禁牧5種不同放牧方式高寒草甸為研究對(duì)象,系統(tǒng)研究了植被組成和結(jié)構(gòu)、土壤物理化及生物性質(zhì)以及有機(jī)碳氮庫(kù)特征的變化,并采用結(jié)構(gòu)方程模型分析了土壤物理化和生物性質(zhì)對(duì)植被特征的影響路徑,探究放牧影響植被特征的主導(dǎo)因素。旨在揭示不同放牧方式對(duì)高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)和生態(tài)功能的作用,為探尋最佳放牧方式以及高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)管理和利用提供科學(xué)依據(jù)。主要取得以下結(jié)論:(1)植物群落的蓋度、密度、地上、地下生物量、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)和辛普森指數(shù)均在劃區(qū)輪牧樣地最高,而在全年連續(xù)放牧樣地最低。此外,全年禁牧樣地顯著提高了禾本科植物密度,而降低了莎草科、豆科、雜類草植物密度、植物群落物種數(shù)和多樣性。和劃區(qū)輪牧相比,禁牧樣地總物種數(shù)減少了20種。因此,禁牧致使群落結(jié)構(gòu)單一化,不利于植物多樣性的維持。從提高生產(chǎn)力和植物多樣性的角度來(lái)看,劃區(qū)輪牧是高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)的最佳放牧方式。(2)不同放牧方式僅對(duì)0-30 cm各層土壤特征具有顯著影響,而對(duì)30-50 cm土層無(wú)顯著影響。0-10、10-20和20-30 cm土層中,含水量、有機(jī)碳、全氮、全磷、速效養(yǎng)分、微生物量碳、微生物量氮及土壤酶活性均在劃區(qū)輪牧和全年禁牧樣地中最高,而土壤容重和緊實(shí)度在全年禁牧樣地最低,劃區(qū)輪牧次之。不同放牧方式對(duì)高寒草甸土壤全鉀含量無(wú)顯著影響。此外,結(jié)構(gòu)方程模型分析表明,影響高寒草甸植被特征的最主要因素是土壤的物理性質(zhì)。從改良土壤物理結(jié)構(gòu)和提高土壤養(yǎng)分含量的角度來(lái)看,高寒草甸最適宜的放牧方式為全年禁牧或劃區(qū)輪牧。(3)植被、土壤和生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳、氮儲(chǔ)量均在劃區(qū)輪牧樣地最高,其次是全年禁牧樣地,再次是冷季輕度放牧樣地,在全年連續(xù)放牧樣地最低,說(shuō)明劃區(qū)輪牧最有利于高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳、氮庫(kù)的積累。劃區(qū)輪牧較全年連續(xù)放牧樣地生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳儲(chǔ)量提高了8748 g/m~2,氮儲(chǔ)量提高了785 g/m~2。因此,通過(guò)改變放牧方式能夠有效促進(jìn)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳、氮儲(chǔ)量。因此,從提高生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳、氮庫(kù)的角度來(lái)看,高寒草甸最適宜的管理模式為劃區(qū)輪牧。綜上,盡管禁牧和劃區(qū)輪牧均能有效提高高寒草甸生產(chǎn)力、土壤養(yǎng)分和生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)碳、氮庫(kù)存,但禁牧導(dǎo)致了植物群落結(jié)構(gòu)單一化,考慮到高寒草甸的有效放牧利用及牧區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展等,本研究中祁連山東緣高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)的最佳放牧方式為劃區(qū)輪牧。
【學(xué)位單位】：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：S812
【部分圖文】：

祁連山高寒草甸植被、土壤特征和碳氮庫(kù)對(duì)不同放牧方式的響應(yīng)29圖4-1520-30cm層土壤特征主成分分析Fig.4-15Principalcomponentanalysisofsoilcharacteristicsin20-30cmsoillayer注：BD-土壤容重,SC-土壤緊實(shí)度,SM-土壤含水量,SOC-土壤有機(jī)碳,TN-土壤全氮,AN-土壤速效氮,TP-土壤全磷,AP-土壤速效磷,TK-土壤全鉀,AK-土壤速效鉀,SMBC-土壤微生物量碳,SMBN-土壤微生物量氮,Ur-脲酶活性,Ca-過(guò)氧化氫酶活性,Al-堿性磷酸酶活性,Su-蔗糖酶活性,Ce-纖維素酶活性.Note:BD-bulkdensity,SC-soilcompaction,SM-masssoilmoisture,SOC-soilorganiccarbon,TN-soiltotalnitrogen,AN-soilavailablenitrogen,TP-soiltotalphosphorus,AP-soilavailablephosphorus,TK-soiltotalpotassium,AK-soilavailablepotassium,SMBC-soilmicrobialbiomasscarbon,SMBN-soilmicrobialbiomassnitrogen,Ure–ureaseactivity,Cat–catalaseactivity,Alk–alkalineactivity,Suc-su-croseactivity,Cel-cellulaseactivity.

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)2020屆碩士學(xué)位論文30圖4-16植被特征主成分分析Fig.4-16Principalcomponentanalysisofvegetationcharacteristics注：H-植被Shannon-Wiener多樣性指數(shù),J-植被Pielou均勻度指數(shù),S-植被豐富度指數(shù),λ-植被辛普森指數(shù),Hig-草層高度,Cov-植被總蓋度,Den-植物總密度,AGB-植物地上生物量,BGB-植物地下生物量,LB-凋落物生物量.Note:H-Shannon–Wienerdiversityindex,J-evennessindex,S-richnessindex,λ-Simpsonindex,Hei-vegetationheight,Cov-vegetationcoverage,Den-plantsdensity;AGB-abovegroundbiomass,BGB-belowgroundbiomass,LB-litterbiomass.基于上述主成分分析結(jié)果（圖4-15,4-16），以土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和生物性質(zhì)為自變量，以植被特征為因變量建立高寒草甸植被和土壤特征間的結(jié)構(gòu)方程模型（圖4-17），模型的擬合度良好，能較好的解釋土壤的物理特性對(duì)高寒草甸植被的影響路徑（GFI=0.87,χ2=9.8,P=0.12）。結(jié)構(gòu)方程模型結(jié)果表明，土壤物理、化學(xué)和生物特性均對(duì)高寒草甸植被具有顯著影響，但土壤物理性質(zhì)對(duì)植被具有負(fù)向作用，而化學(xué)性質(zhì)和生物特性對(duì)植被具有正向作用，土壤物理、化學(xué)和生物特性的路徑系數(shù)分別為0.79，0.54和0.37（圖4-17）。土壤物理、化學(xué)和生物性質(zhì)的權(quán)重系數(shù)（分別記為：Wphy、Wche和Wbio）分別為：Wphy=0.79/(0.79+0.54+0.37)=46.5%Wche=0.54/(0.79+0.54+0.37)=31.8%Wbio=0.37/(0.79+0.54+0.37)=21.7%土壤物理、化學(xué)和生物特性分別解釋了高寒草甸植被的46.5%、31.8%和21.7%變異。因此，在高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)中，影響植被的主要因素是土壤的物理性質(zhì)，其次是土壤化學(xué)性質(zhì)，最后是土壤生物特性。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2871332