高寒草甸是祁連山區(qū)的優(yōu)勢植被類型,不但是當地重要的畜牧業(yè)生產基地,而且還發(fā)揮著極其重要的水源涵養(yǎng)、碳儲存和生物多樣性維持等生態(tài)服務功能。放牧是草地最主要的利用方式�？茖W的放牧不但能夠有效提高草地的生產力、維持較高的生物多樣性,而且能夠促進草地生態(tài)服務功能的正常發(fā)揮。然而,祁連山區(qū)超載過度放牧嚴重,探尋一種科學、合理的放牧方式,對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象,系統(tǒng)研究了植被組成和結構、土壤物理化及生物性質以及有機碳氮庫特征的變化,并采用結構方程模型分析了土壤物理化和生物性質對植被特征的影響路徑,探究放牧影響植被特征的主導因素。旨在揭示不同放牧方式對高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)生產和生態(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依據。主要取得以下結論:(1)植物群落的蓋度、密度、地上、地下生物量、Shannon-Wiener多樣性指數、Pielou均勻度指數、豐富度指數和辛普森指數均在劃區(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、植物群落物種數和多樣性。和劃區(qū)輪牧相比,禁牧樣地總物種數減少了20種。因此,禁牧致使群落結構單一化,不利于植物多樣性的維持。從提高生產力和植物多樣性的角度來看,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0-30 cm各層土壤特征具有顯著影響,而對30-50 cm土層無顯著影響。0-10、10-20和20-30 cm土層中,含水量、有機碳、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,而土壤容重和緊實度在全年禁牧樣地最低,劃區(qū)輪牧次之。不同放牧方式對高寒草甸土壤全鉀含量無顯著影響。此外,結構方程模型分析表明,影響高寒草甸植被特征的最主要因素是土壤的物理性質。從改良土壤物理結構和提高土壤養(yǎng)分含量的角度來看,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)有機碳、氮儲量均在劃區(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,說明劃區(qū)輪牧最有利于高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)有機碳、氮庫的積累。劃區(qū)輪牧較全年連續(xù)放牧樣地生態(tài)系統(tǒng)有機碳儲量提高了8748 g/m~2,氮儲量提高了785 g/m~2。因此,通過改變放牧方式能夠有效促進高寒草地生態(tài)系統(tǒng)有機碳、氮儲量。因此,從提高生態(tài)系統(tǒng)有機碳、氮庫的角度來看,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力、土壤養(yǎng)分和生態(tài)系統(tǒng)有機碳、氮庫存,但禁牧導致了植物群落結構單一化,考慮到高寒草甸的有效放牧利用及牧區(qū)的經濟發(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。
【學位單位】：甘肅農業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：S812
【部分圖文】：

祁連山高寒草甸植被、土壤特征和碳氮庫對不同放牧方式的響應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-土壤緊實度,SM-土壤含水量,SOC-土壤有機碳,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.

甘肅農業(yè)大學2020屆碩士學位論文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,J-植被Pielou均勻度指數,S-植被豐富度指數,λ-植被辛普森指數,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果（圖4-15,4-16），以土壤物理性質、化學性質和生物性質為自變量，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構方程模型（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高寒草甸植被的影響路徑（GFI=0.87,χ2=9.8,P=0.12）。結構方程模型結果表明，土壤物理、化學和生物特性均對高寒草甸植被具有顯著影響，但土壤物理性質對植被具有負向作用，而化學性質和生物特性對植被具有正向作用，土壤物理、化學和生物特性的路徑系數分別為0.79，0.54和0.37（圖4-17）。土壤物理、化學和生物性質的權重系數（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，其次是土壤化學性質，最后是土壤生物特性。
【參考文獻】

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本文編號：2871332