首页分享放牧对短花针茅荒漠草原生物多样性和生态系统功能的影响

放牧对短花针茅荒漠草原生物多样性和生态系统功能的影响

来源：花匠小妙招时间：2024-11-10 22:29

放牧对短花针茅荒漠草原生物多样性和生态系统功能的影响

【摘要】： 生物多样性通过改变生态系统功能从而与人类生产生活密切相关。随着人类活动对自然生态系统的干扰日益频繁,导致部分生态系统生物多样性剧烈下降,从而威胁到人类的生存环境。放牧是天然草地最主要的利用方式之一,对草地生态系统有着至关重要的影响。荒漠草原是欧亚大陆半干旱草原的重要组成类型,是典型草原和荒漠之间的过渡带,属于生态极为脆弱的地区。同时,荒漠草原区也是我国重要的畜牧业生产区域,但由于长期超载过牧而出现草地退化的状况。因此,研究绵羊放牧对荒漠草原生物多样性和生态系统功能的影响及其作用机制,有助于促进荒漠草原生物多样性的保护及草地生态系统的合理利用和可持续发展。本研究自2004年开始在位于内蒙古自治区乌兰察布市四子王旗的短花针茅荒漠草原(Stipa breviflora steppe)设立实验区,采用完全随机区组试验设计布置样地,通过设置4个载畜率梯度(0、0.91、1.82和2.71羊单位/hm2/半年)分别建立对照区(CK)、轻度放牧区(LG)、中度放牧区(MG)和重度放牧区(HG)作为4个不同放牧强度处理,每个处理3次重复。通过长期生长季放牧实验,观测在不同放牧强度下,主要环境指标的变化,草地群落中物种组成、生产力和稳定性的变化,植被和土壤微生物多样性的变化,探讨放牧系统中植物多样性和土壤微生物多样性的关系以及两者与草地生态系统功能的关系,进而揭示荒漠草原生态系统植物多样性和微生物多样性在放牧影响生态系统功能过程中的关键调控作用。主要研究结果如下:1.随着放牧强度增加物种丰富度、Margalef’s指数、Shannon-Wiener指数、Pielou's指数均显著降低。此外,放牧显著降低了非优势种多年生杂类草的相对密度,导致优势种短花针茅(Stipa breviflora 和无芒隐子草(Cleistogenes songorica)相对密度的增加。2.群落地上和地下净初级生产力均随放牧强度增加而显著下降,而地下与地上生物量比(B/Aratio)则在重度放牧下显著增加。此外,群落地上净初级生产力和地下净初级生产力分别与物种多样性有着线性正相关关系。而且结构方程模型(SEM)发现放牧主要通过改变物种多样性和非优势种间接影响群落生产力,因此,在放牧对群落生产力的作用机制中物种多样性是一个关键的间接因子。3.相较于轻度放牧,重度放牧显著降低了群落的时间稳定性、抵抗力稳定性(Resistance)和恢复力稳定性(Resilience)。此外,轻度放牧条件下的群落物种异步性显著增加。而在分析放牧干扰与气候因子对群落稳定性的影响途径中发现,物种多样性是群落恢复力稳定性重要的调控因子,而物种异步性则对群落的时间稳定性有更加显著的正效应。此外,在放牧干扰下优势种生物量对群落时间稳定性起着关键作用。在气候因素的影响下,非优势种生物量是决定群落抵抗力和恢复力稳定性的关键因子。4.土壤理化性质(温度、含水量、容重、pH酸碱度)以及土壤养分(有机质、全量养分、速效养分)对放牧强度的响应不敏感,但土壤养分含量随土层加深而显著降低。此外,土壤表层(0-5cm)微生物多样性随放牧强度的增加而显著下降,并且与土壤养分含量表现出显著的正相关关系,而土壤微生物优势菌群与土壤因子同样具有显著相关性。5.在荒漠草原生态系统中,植物与土壤微生物之间存在着显著的关联性。土壤微生物多样性与植物群落物种多样性、以及群落生产力均呈线性正相关。植物多样性主要通过调节群落中优势植物种及枯落物生物量增加土壤有机质的输入,从而间接对微生物多样性产生正效应。而微生物多样性则通过放线菌和细菌的互作关系影响土壤的可利用养分,进而在群落多年生丛生禾草和杂类草的资源互补效应下对植物多样性产生间接正效应。此外,在量化放牧通过植物多样性与土壤微生物多样性对生态系统功能的影响途径中,植物多样性在调控生态系统功能过程中的作用更为显著。本研究发现长期高强度放牧不利于短花针茅荒漠草原的生物多样性和生态系统功能,而由于短花针茅荒漠草原生物多样性与生态系统功能关系密切,并且在生态系统对放牧的反馈机制中,植物多样性起着至关重要的调控作用。因此,通过降低放牧强度来加强对生物多样性的保护可能是荒漠草原实现可持续利用的有效措施。

【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018

1290318664393818112