青藏牧区放牧家畜粪便留增对高寒草甸群落生态功能的影响

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青藏高原高寒草地是我国重要的牧区之一,是发展畜牧业的重要物质基础和天然生产基地。放牧家畜粪便作为当地重要的能源物质而被大量捡拾,严重破坏了高寒草地生态系统的养分循环过程以及草地健康的可持续发展。近年来,随着畜牧业的迅速发展以及能源政策的转变和居民消费水平的提高,传统放牧家畜粪便能源消耗量下降,致使未来将有大量的放牧家畜粪便被保留增加到草地上。因此,探究在人类活动变化背景下牛羊粪留增所带来的生态效益对于青藏高原生态系统的循环利用和可持续发展具有重要的科学意义。本研究以青藏高原高寒草甸为研究对象,设置了不同放牧家畜粪便类型(牦牛粪和藏羊粪)和不同留增量(高留增量和低留增量)处理,系统研究了牛羊粪保留增加后高寒草甸群落结构和土壤性质的变化,分析了牛羊粪留增对高寒草甸物种多样性、地上-地下生产力、群落异质性以及土壤质量的影响,并对其生态功能指标的权衡关系及其总体生态效益进行了综合分析和评价,探究其主要影响因素和作用过程。本研究取得以下主要结论:(1)牛羊粪留增有效提高了高寒草甸土壤的理化性质,改善了高寒草甸的土壤质量。其中羊粪低留增量使得草地土壤中小型团聚体增加了8.5%,而羊粪高留增量增加了11.6%,中小团聚体的增加改良了土壤的孔隙结构,进而改善土壤的通气性和水汽交换,增加了土壤水分含量。而牛粪留增对土壤肥力的提升效果更佳,通过有效地提高土壤中易获取的养分含量(牛粪低留增量和高留增量处理下的有机质含量分别提高18.92%和29.26%,全氮分别提高12.85%和12.94%),改善原本贫瘠浅薄的土壤养分库和生物活性,提高高寒草甸的生物适存性。而综合分析结果表明,牛粪留增处理下的土壤质量较羊粪提升了37.22%,且随着留增量的增加,羊粪保留增加下的土壤质量提升了0.21%,而牛粪保留增加下的土壤质量提升了10.41%。(2)牛羊粪留增提高了高寒草甸群落的物种丰富度,改善了群落结构,提高了群落的异质性。牛羊粪留增在继续维持高寒草甸禾本科和菊科两个优势功能群优势地位的前提下,还提高了群落物种组成和丰富度,促进了唐松草和肉果草等杂类草的返青和发育。和对照相比,羊粪低留增量、羊粪高留增量、牛粪低留增量和牛粪高留增量的群落平均高度分别降低了7.55%、0.66%、34.91%和25.46%,而群落异质性较对照分别提升了76.60%、5.06%、62.64%和92.40%。(3)牛羊粪留增改变了高寒草甸生态功能指标之间的权衡关系,改善了生态系统服务功能。具体而言,由于牛粪留增对土壤的质量的影响效应大于羊粪,而羊粪留增对群落结构的影响大于牛粪留增,致使牛粪留增处理下高寒草甸生态系统更加偏向于对土壤质量的改善,其次为物种多样性;羊粪留增处理下高寒草甸生态系统更加偏向于对物种多样性的提升。而综合分析表明,羊粪高留增量使得高寒草甸生态系统的各生态功能更加均衡稳定。总体而言,牛羊粪留增有效地改善了高寒草甸的立地条件和土壤肥力,提高了物种丰富度,改善了群落立体结构,增加了群落的空间异质性,改变了原有的生态平衡和功能权衡,优化了高寒草甸生态系统的生态服务功能,尤其是羊粪留增量较高时,更有易于高寒草甸生态功能均衡稳定发展。
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