【摘要】：目前,降雨變化對(duì)半干旱草原生態(tài)系統(tǒng)的影響機(jī)制還不明確。為了研究降雨變化對(duì)內(nèi)蒙古半干旱草原生態(tài)系統(tǒng)功能及過程的影響,我們在內(nèi)蒙古錫林浩特設(shè)置了兩個(gè)不完全相同的降雨格局及降雨量分配改變的人工控制實(shí)驗(yàn),包括錫林浩特市西烏珠穆沁旗擋雨板控制降雨實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(處理包括5個(gè)降雨梯度：生長季減少降雨60%和30%,對(duì)照,增加降雨30%和60%;以及兩種改變降雨分布處理,在生長季6月-9月內(nèi)每個(gè)月初將上個(gè)月應(yīng)增加的30%和60%降雨量一次性灌溉到相應(yīng)樣地)和中國科學(xué)院內(nèi)蒙古草原生態(tài)定位站防雨棚控雨實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(包括8個(gè)降雨梯度處理：生長季降雨量100mm、150mm、 200mm、300mm、350mm、400mm、450mm、500mm,在生長季前、中、后期分別以30%、50%、20%的比例分配降雨;4個(gè)降雨格局處理：生長季降雨量275mm在生長季前、中期分別以1:1、1：2、1：4和1：8的比例分配降雨；以及4個(gè)極端降雨格局處理：極端干旱(100mm)和極端降雨(500mm)在生長季前、中期分別以1：1和1：8的比例分配降雨),探討了生長季不同降雨量和降雨分布格局對(duì)內(nèi)蒙古半干旱草原生態(tài)系統(tǒng)土壤含水量、草地生產(chǎn)力、土壤活性氮庫以及土壤凈氮礦化速率的影響。兩個(gè)降雨控制實(shí)驗(yàn)得到如下結(jié)論：(1)降雨量控制實(shí)驗(yàn)①土壤含水量隨著降雨量的增加而增加。改變降雨量分布處理對(duì)土壤含水量沒有顯著影響。②地上凈初級(jí)生產(chǎn)力隨著降雨量的增加而增加,地下凈初級(jí)生產(chǎn)力對(duì)降雨量的變化響應(yīng)不明顯;改變降雨量分布處理對(duì)地上、地下凈初級(jí)生產(chǎn)力沒有顯著影響。地上、地下凈初級(jí)生產(chǎn)力與土壤含水量間具有顯著正相關(guān)關(guān)系。③增加降雨量處理降低了土壤無機(jī)氮的濃度,減少降雨量處理雖然顯著增加了銨態(tài)氮濃度,但同時(shí)也顯著降低了硝態(tài)氮和無機(jī)氮庫的濃度：改變降雨分布對(duì)無機(jī)氮濃度沒有顯著影響。在降雨量變化處理下,土壤銨態(tài)氮的濃度與土壤含水量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,硝態(tài)氮和無機(jī)氮庫的濃度與土壤含水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。④降雨量增加和改變降雨分布處理對(duì)土壤微生物生物量碳沒有影響,降雨量減少降低了土壤微生物生物量碳;降雨量增加對(duì)土壤微生物生物量氮沒有影響,但是降雨量減少降低了土壤微生物生物量氮。改變降雨分布處理增加了土壤微生物生物量氮;增加降雨量和改變降雨分布處理對(duì)土壤微生物生物量碳氮比沒有影響,但是減少降雨量顯著提高了土壤微生物生物量碳氮比,并且隨著降雨量的減少而增加。降雨量變化處理下土壤微生物生物量碳與土壤含水量沒有顯著相關(guān)性,土壤微生物生物量氮與土壤含水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系,土壤微生物生物量碳氮比與土壤含水量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。說明改變降雨量改變了土壤微生物群落的組成和結(jié)構(gòu)。(2)降雨格局控制實(shí)驗(yàn)①土壤含水量隨著生長季降雨量的增加而增加;降雨格局和極端降雨格局的改變對(duì)土壤含水量沒有顯著影響。②地上凈初級(jí)生產(chǎn)力隨著生長季降雨量的增加而增加,與土壤含水量具有顯著的正相關(guān)關(guān)系。降雨量和降雨格局的變化對(duì)地下凈初級(jí)生產(chǎn)力沒有影響。極端降雨處理的地上、地下凈初級(jí)生產(chǎn)力都顯著高于極端干旱處理。降雨格局處理下除了地下凈初級(jí)生產(chǎn)力與土壤含水量沒有顯著相關(guān)關(guān)系外,降雨量和降雨格局的變化處理下,地上、地下凈初級(jí)生產(chǎn)力與土壤含水量都呈顯著正相關(guān)關(guān)系。③2014年生長季中后期(7-10月)土壤銨態(tài)氮的濃度隨降雨量的增加而增加,2014年生長季中后期(7-10月)降雨量變化對(duì)土壤硝態(tài)氮和無機(jī)氮庫沒有顯著影響；2015年生長季降雨量變化對(duì)土壤無機(jī)氮的濃度沒有顯著影響。降雨格局和極端降雨格局(極端干旱和極端降雨)處理對(duì)土壤的無機(jī)氮的濃度沒有顯著影響。降雨量和降雨格局變化下土壤總無機(jī)的濃度與土壤含水量都呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。④降雨量變化對(duì)土壤微生物生物量沒有影響,2015年生長季500mm降雨量處理的土壤微生物生物量碳氮比顯著低于其他四個(gè)處理。降雨格局和極端降雨格局變化對(duì)土壤微生物生物量沒有影響。降雨量變化處理下土壤微生物生物量碳、氮,降雨格局變化處理下微生物生物量碳和微生物生物量碳氮比與土壤含水量都顯著呈正相關(guān)關(guān)系。⑤降雨量、降雨格局和極端降雨格局(極端干旱和極端降雨)處理對(duì)土壤的凈氨化速率、凈硝化速率和凈氮礦化速率都沒有影響。降雨量和降雨格局變化處理下凈氨化速率、凈硝化速率和凈氮礦化速率與土壤含水量相關(guān)關(guān)系不顯著。綜上,降雨變化背景下草地土壤活性氮庫及凈氮礦化速率的變化可能是枯落物、植物、土壤環(huán)境及其土壤微生物等多因素相互作用的結(jié)果。對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)中變化緩慢但將會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的過程,在未來降雨變化情況下會(huì)發(fā)生怎么樣的改變還需要長期的實(shí)驗(yàn)研究。
[Abstract]:In order to study the effect of rainfall change on the function and process of semi-arid grassland ecosystem in Inner Mongolia, we set up two different artificial control experiments in Xilinhaote, Inner Mongolia. Rainfall control experiment platform of Xiwu Zhumqin Banner in Haot City (treatment includes five rainfall gradients: reducing rainfall by 60% and 30% in growing season, increasing rainfall by 30% and 60% in contrast; and two kinds of treatment of changing rainfall distribution, irrigating 30% and 60% of rainfall which should be increased in last month to corresponding sample plots in June-September of growing season) Rainfall control experiment platform of Inner Mongolia Grassland Ecological Positioning Station, Chinese Academy of Sciences (including 8 rainfall gradient treatments: rainfall in growing season is 100 mm, 150 mm, 200 mm, 300 mm, 350 mm, 400 mm, 450 mm, 500 mm, and rainfall is allocated by 30%, 50% and 20% before, in middle and late growing season respectively; Rainfall was allocated at the ratio of 1:1,1:2,1:4 and 1:8 respectively in the pre-season and middle-season, and four extreme rainfall patterns, extreme drought (100mm) and extreme rainfall (500mm), were allocated at the ratio of 1:1 and 1:8 respectively in the pre-season and middle-season of the growing season. The effects of ecosystem soil water content, grassland productivity, soil active nitrogen pool and soil net nitrogen mineralization rate were studied. Two rainfall control experiments were carried out and the results were as follows: (1) Rainfall control experiment (1) Soil water content increased with the increase of rainfall. The change of rainfall distribution had no significant effect on soil water content. The net primary productivity (NPP) increased with the increase of rainfall, but the response of NPP to the change of rainfall was not obvious. The change of rainfall distribution had no significant effect on the above ground NPP. The concentration of inorganic nitrogen in soil was significantly increased, but the concentration of nitrate nitrogen and inorganic nitrogen pool was also significantly decreased by reducing rainfall. The concentration of inorganic nitrogen was not significantly affected by changing rainfall distribution. The concentrations of nitrate and inorganic nitrogen pools were positively correlated with soil water content. The soil microbial biomass C/N ratio was not affected by increasing rainfall and changing rainfall distribution, but the soil microbial biomass C/N ratio was significantly increased by reducing rainfall, and the rainfall increased with decreasing rainfall. There was no significant correlation between soil microbial biomass carbon and soil water content under different rainfall treatments, and there was a significant positive correlation between soil microbial biomass nitrogen and soil water content. (2) Rainfall pattern control experiment: (1) Soil water content increased with the increase of rainfall in growing season; the change of rainfall pattern and extreme rainfall pattern had no significant effect on soil water content. The net primary productivity (NPP) under extreme rainfall treatment was significantly higher than that under extreme drought treatment. There was no significant correlation between NPP and soil water content under rainfall pattern treatment except that there was no significant correlation between NPP and soil water content. (3) The concentration of soil ammonium nitrogen increased with the increase of rainfall in the middle and late growing season of 2014 (July-October), and the change of rainfall in the middle and late growing season of 2014 (July-October) had no significant effect on soil nitrate nitrogen and inorganic nitrogen pool; Rainfall pattern and extreme rainfall pattern (extreme drought and extreme rainfall) had no significant effect on soil inorganic nitrogen concentration. There was a significant positive correlation between soil total inorganic concentration and soil water content under rainfall and rainfall pattern changes. The C/N ratio of soil microbial biomass under 500 mm rainfall treatment in the growing season of 2015 was significantly lower than that under the other four treatments. _Rainfall, rainfall pattern and extreme rainfall pattern (extreme drought and extreme rainfall) had no effect on soil net ammonification rate, nitrification rate and net nitrogen mineralization rate. In summary, the changes of soil active nitrogen pool and net nitrogen mineralization rate under the background of rainfall change may be the result of interaction of litter, plant, soil environment and soil microorganisms. The processes that will have a far-reaching impact, and what changes will happen in future rainfall changes, will require long-term experimental studies.
【學(xué)位授予單位】：山西農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S812

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本文編號(hào)：2202478