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    高寒草甸植被和土壤对氮素添加和藏绵羊轮牧的响应

    肖天昊  
    【摘要】:青藏高原高寒草甸是对放牧和氮添加最敏感的生态系统,本研究以青藏高原藏羊放牧系统为对象,探究3个放牧率(0、24羊·月/ha、48羊·月/ha)和4个氮添加水平(0 kg/ha、50 kg/ha、100 kg/ha、200 kg/ha)对高寒草甸土壤和植被的影响。主要结果如下:(1)氮素添加和藏羊轮牧对高寒草甸土壤的作用。氮素添加第一年提高草地土壤全氮含量(p=0.037),但是第二年和第三年导致土壤全氮含量降低(p=0.079),而且随着年份的延长降幅增大;土壤有机碳有类似的响应趋势。土壤全磷含量对氮素添加的响应无明显规律。土壤全碳和全氮含量与放牧率显著负相关(全氮:p=0.028,全碳:p=0.009),土壤全磷含量与放牧率的关系不显著(p=0.311)。(2)氮素添加和藏羊轮牧对高寒草甸种群的作用。氮素添加提高草地群落禾叶嵩草、垂穗披碱草等主要物种地上生物量,但对草地主要群落株高和密度没有显著影响。2012-2014年,禾叶嵩草密度随氮素添加水平呈现先增加后降低趋势,在24羊·月/ha时最大。垂穗披碱草的密度(2012年,R2=0.7967,P=0.024;2013年,R2=0.812,p=0.048;2014年,R2=0.9643,p=0.032)和株高(2012年,R2=0.6411 p=0.002;2013年,R2=0.5546,p=0.005)与放牧率显著负相关。(3)氮素添加和藏羊轮牧对高寒草甸群落的作用。2012-2014年,高寒草甸地上生物量(Y)随氮素添加水平(X)呈现先上升后降低的趋势,y=-0.0031x~2+0.7954x+94.272(R2=0.7555,p=0.043),施氮量128.3kg/ha时最大。放牧显著降低地上生物量(p=0.042),导致垂穗披碱草、高山紫菀、小花草玉梅等物种消失;氮素添加后,放牧增加草地生物量的年际波动。莎草科和禾本科牧草地上生物量随放牧增强而下降,占总生物量比例则先下降后增高。在生长季降水较少的2014年,放牧提高植物群落的均匀性;在降雨较多的2012年和2013年,高寒草甸均匀度对放牧和氮素添加的敏感性较2014年低;3年中,Shannon-Wiener指数(Y)随放牧率(X)呈凸抛物线变化,y=-0.0002x~2+0.0123x+2.9458(R2=0.874,p=0.041)。冗余分析显示,高寒草甸生产力受放牧、氮素添加、年均气温和降雨量的影响较大,其中年均温和降雨为负作用。结构方程模型表明,氮素添加对土壤全氮全碳和物种丰富度有负作用,对草地地上生物量有正作用;放牧对物种丰富度和土壤全氮有正作用,对土壤全碳和地上生物量有负作用;放牧通过地上生物量间接影响物种丰富度。氮素添加一定程度上可以平衡放牧对高寒草甸的不利影响,两者综合作用有利于高寒草甸土壤理化性质与植被结构的稳定。


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