【摘 要】
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草地生态系统是全球范围地表分布最广泛的生态系统类型,同时也是中国总面积最大的陆地生态系统,在我国的生态环境、农牧经济等方面有着极其重要的作用。然而由于人类日趋增长的物质能量需求和工业化的蓬勃发展,各地草地生态系统已遭到了严重的破坏,正面临着开垦、放牧等管理方式,以及氮沉降、降水格局改变等全球变化影响的挑战。草地生态系统中物质的循环与能量的转化离不开土壤的参与,因此土壤质量的高低对草地生态系统的安全
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草地生态系统是全球范围地表分布最广泛的生态系统类型,同时也是中国总面积最大的陆地生态系统,在我国的生态环境、农牧经济等方面有着极其重要的作用。然而由于人类日趋增长的物质能量需求和工业化的蓬勃发展,各地草地生态系统已遭到了严重的破坏,正面临着开垦、放牧等管理方式,以及氮沉降、降水格局改变等全球变化影响的挑战。草地生态系统中物质的循环与能量的转化离不开土壤的参与,因此土壤质量的高低对草地生态系统的安全有着直接的影响,而土壤微生物生物量作为土壤质量评价的生物学指标,能够较早的反映土壤质量发展与退化状态。所以,探究草地管理方式及全球变化对草地土壤微生物量的影响对草地生态系统的保护具有重要意义。本研究依托中国科学院奈曼沙漠化研究站,于中国北方半干旱沙地-科尔沁沙地中南部建立野外控制试验观测场,通过设置管理方式(放牧、封育)、模拟氮沉降(不施氮、氮添加)和降水量变化(CK、减雨60%、增雨60%、极端减雨60天、极端增雨60天)进行控制实验,检测了科尔沁沙地中南部沙质草地近两年间土壤微生物生物量C、N的响应规律,并探讨了这些变化产生的缘由。研究主要结果如下:(1)管理方式、氮添加及降水量变化对科尔沁沙质草地土壤微生物生物量C、N产生了显著的影响,表现为:(a)管理方式(p<0.05)、氮添加(p<0.01)、降水量变化(p<0.05)均显著或较显著的改变了土壤微生物生物量C,管理方式与氮添加(p<0.05)、管理方式与降水量变化(p<0.01)、管理方式与氮添加及降水量变化(p<0.01)对土壤微生物生物量C的影响均存在交互作用;(b)氮添加(p<0.01)、降水量变化(p<0.05)显著或较显著的改变了土壤微生物生物量N,管理方式与氮添加(p<0.05)、管理方式与降水量变化(p<0.05)、氮添加与降水量变化(p<0.001)对土壤微生物生物量C的影响存在交互作用。(2)科尔沁沙质草地土壤微生物量碳、氮在控制实验中均产生了极显著的季节变化(p<0.001),表现为夏季显著大于春季,但无显著年际变化。土壤微生物生物量C对年际变化、管理方式、氮添加三个因子的响应存在显著的交互作用(p<0.01),季节变化、管理方式对土壤微生物生物量C的效力也存在较显著的交互作用(p<0.05)。(3)在对土壤微生物量碳的检测中:放牧处理在夏季较围封平均提高了15.23%,而在春季表现为降低了18.93%;施氮处理较不施氮处理平均降低了25.13%;增减雨处理未能显著提高检测值,平均降幅20.19%;极端干旱60天处理在试验中期表现为最低值,在恢复降水1月后出现爆发式增长,高于其他降水量处理。在对土壤微生物量氮的检测中:封育处理平均增加了11.84%;施氮处理平均增加了28.39%,而降水量变化各类处理均未显著提高检测值,平均下降了17.64%。(4)不施氮×放牧处理、放牧×极端干旱60天处理、不施氮×极端干旱60天处理在干湿交替后的土壤微生物生物量C相对处于最高水平;施氮×封育处理、封育×减雨60%处理、施氮×极端增雨60天处理土壤微生物生物量N相对最高。综上所述,本研究通过野外实测调查发现管理方式、氮添加及降水量变化对科尔沁沙质草地土壤微生物量碳、氮产生了显著的影响,但是对土壤微生物生物量C、N的影响并不一致,土壤微生物生物量C相对更加敏感。研究区所在草地生态系统较为脆弱,对外界因素的改变并不能良好的适应,在短期内就因管理方式、氮添加及降水量变化的影响产生了改变。目前辖区内的季节轮牧政策、氮沉降速率及降水格局相对有利于研究区土壤微生物生物量的提高,未来可以通过减少氮肥施用以及相关单位提供实施灌溉预报的方式对土壤质量进行保护。研究结果可为中国北方干旱半干旱沙质草地生态系统土壤微生物量对草地管理方式及全球变化的响应提供研究基础。
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