【摘要】：草地生態(tài)系統(tǒng)作為我國陸地生態(tài)安全的重要屏障,不僅在調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)固沙等方面發(fā)揮著舉足輕重的作用,同時(shí),也在維持草地生物多樣性和支持草地畜牧業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用,其不僅是草地畜牧業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵物質(zhì)支撐,也是牧民賴以生存的基本生產(chǎn)資料。放牧作為最基本的草地利用手段,同時(shí),也被認(rèn)為是最主要的人為干擾因素之一,對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能具有普遍而深刻的影響。目前由于過度放牧所導(dǎo)致的草原退化問題已成為破壞草原生態(tài)環(huán)境和制約牧區(qū)牧業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。深入研究和揭示草原生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能對(duì)放牧強(qiáng)度的響應(yīng)機(jī)制,對(duì)于遏制草原退化,保護(hù)草原生態(tài)環(huán)境,支持草地畜牧業(yè)生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)草原永續(xù)發(fā)展具有十分重要的理論和指導(dǎo)意義。本研究依托國家絨毛用羊產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系肅南縣康樂草原固定放牧控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái),以當(dāng)?shù)叵募痉拍聊翀?chǎng)—高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)作為研究對(duì)象,系統(tǒng)分析和研究了不同降雨年份[豐水年份(2015)、干旱年份(2016)、豐水年份(2017)和平水年份(2018)]和不同放牧季節(jié)(6—9月份)條件下放牧強(qiáng)度對(duì)草地植物群落特征、群落多樣性、草地生產(chǎn)力、營養(yǎng)品質(zhì)和甘肅高山細(xì)毛羊生產(chǎn)性能等服務(wù)功能的影響及其機(jī)制,并建立了天然牧草營養(yǎng)品質(zhì)可見/近紅外光譜(Vis/NIR)預(yù)測(cè)模型。該野外試驗(yàn)平臺(tái)始于2008年,試驗(yàn)設(shè)有4個(gè)放牧強(qiáng)度:0、3.7、5.3和7.6 sheep/ha,其中,0 sheep/ha作為圍封對(duì)照、3.7 sheep/ha為輕度放牧處理、5.3sheep/ha為中度放牧處理和7.6 sheep/ha為重度放牧處理。本試驗(yàn)采用單因素(放牧強(qiáng)度)4個(gè)處理水平、3次重復(fù)、共12個(gè)小區(qū)的隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)。主要研究結(jié)果如下:1.植物群落的高度、蓋度和地上生物量對(duì)放牧強(qiáng)度及年際降雨量的響應(yīng)。(1)放牧顯著降低了群落的高度、蓋度和地上生物量,且隨放牧強(qiáng)度的增加,群落高度、蓋度和地上生物量顯著降低;(2)圍欄和放牧樣地群落高度、蓋度和地上生物量表現(xiàn)出隨降雨量的年際變化而出現(xiàn)先下降后上升又下降再上升的趨勢(shì)(2015-2018);(3)放牧強(qiáng)度和年際降雨互作顯著影響了群落高度、蓋度和地上生物量。2.植物群落密度、物種豐富度指數(shù)(R)、Shannon-Wiener指數(shù)(H)、Simpson指數(shù)(D)和Evenness均勻度指數(shù)(E)對(duì)放牧強(qiáng)度及年際降雨量的響應(yīng)。(1)放牧顯著增加了群落密度、物種豐富度指數(shù)(R)、Shannon-Wiener指數(shù)(H)、Simpson指數(shù)(D)和Evenness均勻度指數(shù)(E),且隨放牧強(qiáng)度的增加而顯著增加;(2)放牧樣地群落密度、物種豐富度指數(shù)(R)、Shannon-Wiener指數(shù)(H)、Simpson指數(shù)(D)和Evenness均勻度指數(shù)(E)表現(xiàn)出隨降雨量的年際變化先下降后上升的趨勢(shì),而圍封樣地表現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)(2015-2018);(3)放牧強(qiáng)度和年際降雨互作顯著影響了群落密度、物種豐富度指數(shù)(R)、Shannon-Wiener指數(shù)(H)、Simpson指數(shù)(D)和Evenness均勻度指數(shù)(E)。3.植物群落營養(yǎng)品質(zhì)對(duì)放牧強(qiáng)度、年際降雨量及季節(jié)變化的響應(yīng)。(1)放牧顯著增加了群落營養(yǎng)品質(zhì)。放牧顯著提高了豐水年份、平水年份和干旱年份群落營養(yǎng)品質(zhì),且隨放牧強(qiáng)度的增加而顯著增加;(2)降雨量的年際變化反映了群落營養(yǎng)品質(zhì)的年際變化。豐水年份群落營養(yǎng)品質(zhì)顯著高于平水年份和干旱年份,平水年份顯著高于干旱年份;對(duì)于放牧樣地,群落營養(yǎng)品質(zhì)隨降雨量的年際變化表現(xiàn)出先下降后上升再下降再上升的趨勢(shì),而圍欄樣地則表現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)(2015-2018);(3)群落營養(yǎng)品質(zhì)存在明顯的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,且在牧草返青期6月份出現(xiàn)最大值、牧草枯黃期9月份出現(xiàn)最低值;放牧強(qiáng)度對(duì)群落生長(zhǎng)季各月份(6-9)營養(yǎng)品質(zhì)的影響各有不同,且均表現(xiàn)出隨放牧強(qiáng)度的增加而顯著升高的趨勢(shì);(4)群落營養(yǎng)品質(zhì)同時(shí)受到放牧強(qiáng)度、年份降雨、季節(jié)變化的相互影響;(5)群落干物質(zhì)消化率預(yù)測(cè)方程的準(zhǔn)確性受到放牧強(qiáng)度、年際降雨和季節(jié)變化的顯著影響。綜合分析可知,在中等放牧強(qiáng)度5.3 sheep/ha時(shí),群落營養(yǎng)品質(zhì)最高。4.植物群落四個(gè)優(yōu)勢(shì)種物種營養(yǎng)品質(zhì)對(duì)放牧強(qiáng)度、年際降雨量及季節(jié)變化的響應(yīng)。(1)放牧顯著提高了豐水、平水和干旱年份四個(gè)優(yōu)勢(shì)種(矮生嵩草、珠芽蓼、金露梅和錦雞兒)的營養(yǎng)品質(zhì),且隨著放牧強(qiáng)度的增加,矮生嵩草、珠芽蓼和錦雞兒的影響品質(zhì)顯著增加,而對(duì)金露梅影響較小;(2)四個(gè)優(yōu)勢(shì)種牧草營養(yǎng)品質(zhì)表現(xiàn)出隨降雨的年際變化而變化的趨勢(shì),豐水年份四個(gè)優(yōu)勢(shì)種的營養(yǎng)品質(zhì)顯著高于平水年份和干旱年份,平水年份顯著高于干旱年份。對(duì)于放牧樣地,四個(gè)優(yōu)勢(shì)種的營養(yǎng)品質(zhì)隨降雨量的年際變化表現(xiàn)出先下降后上升再下降再上升的趨勢(shì),而圍欄樣地表現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)(2015-2018);(3)四個(gè)優(yōu)勢(shì)種的營養(yǎng)品質(zhì)表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化特征,且在牧草返青季6月份出現(xiàn)最高值,在牧草枯黃季9月份出現(xiàn)最低值。放牧對(duì)各優(yōu)勢(shì)種在各放牧月份營養(yǎng)品質(zhì)的影響各有差異,且營養(yǎng)品質(zhì)隨放牧強(qiáng)度的增加顯著增加;(4)群落混合牧草營養(yǎng)品質(zhì)由優(yōu)勢(shì)種所決定,優(yōu)勢(shì)種營養(yǎng)品質(zhì)對(duì)放牧強(qiáng)度表現(xiàn)出明顯的物種特異性響應(yīng),如耐受(即較強(qiáng)的再生能力,如矮生嵩草和珠芽蓼)和避牧(即較低的適口性,如金露梅);(5)優(yōu)勢(shì)種營養(yǎng)指標(biāo)之間的關(guān)系和干物質(zhì)消化率預(yù)測(cè)方程的準(zhǔn)確性均受到放牧處理、年份、月份和牧草種類的影響;(6)放牧強(qiáng)度、采樣年份和采樣季節(jié)互作顯著影響了四個(gè)優(yōu)勢(shì)種的營養(yǎng)品質(zhì),且各優(yōu)勢(shì)種營養(yǎng)品質(zhì)對(duì)放牧強(qiáng)度、年際變化和季節(jié)變化表現(xiàn)出明顯的物種特異性響應(yīng)。綜合分析可知,矮生嵩草和珠芽蓼在放牧強(qiáng)度5.3 sheep/ha時(shí),營養(yǎng)品質(zhì)最高;金露梅和錦雞兒在放牧強(qiáng)度7.6 sheep/ha時(shí),營養(yǎng)品質(zhì)最高。5.草地生產(chǎn)力和放牧綿羊生產(chǎn)性能對(duì)放牧強(qiáng)度及年際降雨量的響應(yīng)。(1)降雨量是決定群落地上凈初級(jí)生產(chǎn)力和牧草營養(yǎng)品質(zhì)的主要因素。放牧強(qiáng)度越大,牧草營養(yǎng)品質(zhì)越高,地上凈初級(jí)生產(chǎn)力越低;(2)放牧強(qiáng)度最高,短期內(nèi)草地的公頃增重LWG_(ha)最高,但長(zhǎng)期而言會(huì)危及草原放牧生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和盈利能力,適度放牧強(qiáng)度(5.3 sheep/ha)可提供公頃增重LWG_(ha)的78%,滿足可持續(xù)放牧管理的要求。6.高寒草甸牧草營養(yǎng)品質(zhì)可見/近紅外光譜(Vis/NIR)預(yù)測(cè)模型的建立與驗(yàn)證。(1)不同降雨年份(2015—2018年)、放牧月份(6—9月份)和放牧強(qiáng)度(0、3.6、5.3、7.6 sheep/ha)來源的混合牧草和四個(gè)優(yōu)勢(shì)種牧草干物質(zhì)、粗蛋白、粗脂肪、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維、干物質(zhì)消化率和代謝能含量變異較大;(2)除粗脂肪外,其它營養(yǎng)指標(biāo)如干物質(zhì)、粗蛋白、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維、干物質(zhì)消化率和代謝能含量的可見/近紅外光譜(Vis/NIR)預(yù)測(cè)模型決定系數(shù)RSQ為0.992~0.999,外部驗(yàn)證RPD為3.82~5.97,取得了最佳的定標(biāo)效果,且定標(biāo)方程均具較好的預(yù)測(cè)能力,能夠成功應(yīng)用于日常分析;(3)與其它營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)相比,粗脂肪的決定系數(shù)RSQ為0.837,外部驗(yàn)證RPD為2.30,定標(biāo)效果不理想,定標(biāo)模型雖不能用于準(zhǔn)確的定量分析測(cè)定,但仍能應(yīng)用于牧草粗脂肪的粗略測(cè)定中。
【學(xué)位授予單位】：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S812
【圖文】：

3.1.1.1 地理概況研究區(qū)位于甘肅省河西走廊祁連山北麓，黑河中上游地帶的肅南縣康樂鄉(xiāng)賽鼎村村，是甘肅祁連山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)（99°48′E, 38°45′N）（圖3.1-a, b），也是目前祁連山森林植被最豐富、草地生物群落最完整的核心試驗(yàn)區(qū)和唯一的水源涵養(yǎng)林生態(tài)定位研究基地。該區(qū)地處蒙新大陸性氣候區(qū)和青藏高原氣候區(qū)的交接帶上，隸屬祁連山北麓，草原面積占全縣總土地面積的80.3%，占全省草原總面積的10.0%（趙忠等，2010a）。該縣以草原畜牧業(yè)為主體經(jīng)濟(jì)，是甘肅省重點(diǎn)牧業(yè)縣和主要的高山細(xì)毛羊生產(chǎn)基地。區(qū)域地形狹長(zhǎng)，處于北緯37°28′～39°49′、東經(jīng)97°20′～102°13′，西北至東南長(zhǎng)466 km

23肅祁連山國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)近 33 年（1986—2018）年均降雨量、積溫變化。anges in annual average precipitation (mm) (a), annual average temperattemperature (≥0 C) over 33 years (1986—2018) in the Gansu Qilianshan NReserve.基況研究區(qū)生態(tài)環(huán)境長(zhǎng)期形成的地帶性土壤有：（1）山地栗鈣土，溝谷、陰坡上部少量有山地黑鈣土和暗栗鈣土，有機(jī)質(zhì) 3.74%、全鉀 2.82%、速效磷 7.70 ppm、速效鉀 118.00 ppm 和 pH 8.30；

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 2019 屆博士學(xué)位論文量水平。經(jīng)過系統(tǒng)考察試驗(yàn)前期試驗(yàn)樣地植被狀況，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)群落類型為矮生嵩草+珠芽蓼+金露梅草甸。常見植物有 22 種型矮生嵩草為建群種，以根狀莖珠芽蓼為亞優(yōu)勢(shì)種，其次為金木，優(yōu)勢(shì)種和亞優(yōu)勢(shì)種相對(duì)生物量占群落總地上生物量的 80雜類草為主，包括垂穗披堿草（Elymus nutans Griseb.）、異松草（Thalictrum aquilegifolium）、高山火絨草（Leontopodiiqueter L.）、陰山扁蓿豆（Medicago ruthenica var. inschanicnica (Thunb.) DC.）、龍膽（Gentiana scabra Bunge）和秦。本試驗(yàn)為 4 年重復(fù)處理定位實(shí)驗(yàn)。

本文編號(hào)：2787936