论文部分内容阅读
围封作为草地资源管理的方式之一,能够对退化草地的恢复和治理以及维持草地生态系统的可持续发展起到积极作用。青藏高原地区自然环境条件严酷,高寒草甸对环境因子的变化反应敏感,加上人类活动(如对草地的超载放牧等)的影响,高寒草甸生态系统退化趋势日益显著。近年来,已经有很多生态学工作者在青藏高原地区开展了野外试验,研究放牧、休牧、围封等诸多管理方式下高寒草甸生态系统的响应方式。草场退化带来了植物种群生境恶化、群落物种多样性降低和群落结构简单化、草地生物量明显下降等生态问题,因此,研究围封对高寒矮嵩草草甸群落组成和植物养分利用的影响具有十分重要的意义。 本论文基于青藏高原高寒草甸开展的长期野外实验平台,通过对野外收集植物群落调查数据,结合15N同位素标记实验、叶营养元素再回收实验、凋落物分解实验分析围封对植物群落物种组成与多样性、地上生产力、氮(N)、磷(P)元素的再回收利用、凋落物的分解以及植物物种氮素利用偏好的影响。本实验设置了围封(Fencing)与放牧(Grazing)两种处理,实验基地从2005年开始围封,2011年冬季开始进行放牧至2015年围封结束,分别观测了植物的地上生物量、物种丰富度、叶片营养元素含量、氮素形态利用偏好、养分再回收率、凋落物分解速率等指标。论文得出的主要实验结果和结论如下: (1)围封6年后,物种的丰富度总体下降,尤其对杂草类植物(forbs)的影响比禾草类(grasses)、豆科(legumes)和莎草科植物(sedges)显著,物种需要共存的同时加剧了对环境资源的竞争。同时,围封引起禾草类和豆科植物地上生物量的上升,进而使得群落生物量增加。因此,围封更有利于禾草类植物的恢复和生长,提高了地上生产力,增加了牧草资源。 (2)围封下,植物物种对硝态氮(NO3-N)和铵态氮(NH4-N)吸收速率的响应不同。围封显著地提高了发草(Deschampsia caespitosa)和高山唐松草(Thalictrum alpinum)对硝态氮的吸收速率,同时也显著地提高了矮嵩草(Kobresia humilis)和高山唐松草对铵态氮的吸收速率。围封处理下,11个物科的铵态氮和硝态氮吸收速率与地上生物量呈显著或接近显著的负相关,而这种相关关系在冬季放牧群落中消失。围封后,随着选择性取食偏好对保守型养分利用方式的禾草类植物物种干扰的消失,禾草类植物逐渐增多,而奢侈型养分利用方式的杂类草逐渐减少。这是产生高寒植物物种之间氮素吸收速率与地上生物量间负相关关系的作用机制。而随着牧压干扰对禾草类植物选择性取食的影响,这种关系消失。 (3)围封后,叶片N、P再回收率的响应因物种而异。围封显著提高了花苜蓿(Medicago ruthenica)、棘豆(Oxytropis kansuensis)的P再回收率。同时,凋落物分解过程总体加快,显著提高了麻花艽(Gentiana straminea)和美丽风毛菊(Saussurea superba)的分解速率。N、P元素含量、P再回收率均与凋落物分解系数无显著相关性,N再回收率与凋落物分解系数呈开口向上的抛物线关系,而放牧后这种相关会消失。P再回收率与分解系数呈接近显著的正相关关系。 综上所述,围封促使高寒草甸植物在时间上和养分利用方式上采取不同的响应方式。物种丰富度和地上生物量在时间尺度上表现差异;物种在养分利用中采取不同的响应方式以最终实现物种之间的共存。