南方草地刈割的补偿生长及其机制——以渝东北部岐山草场为例

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草地占陆地生态系统面积的40%,是一个巨大的碳库,对全球碳循环有着重要的影响。我国有4亿hm2的草地,但由于过度放牧等因素的影响,绝大部分呈现出不同程度的退化,草地生产力及固碳力不断下降。目前草地生产力的调查多是基于一次性生物量调查计算而来,忽视了啃食或刈割后的补偿生长部分,一定程度上低估了草地生产力。特别是在南方地区,植物几乎全年生长,其低估状态会更加严重。补偿生长(compensatory growth)是植物对外界干扰的积极响应,它对于预测草地在经营管理下碳储量的变化及持续利用草地资源具有非常重要的意义。因此,加强我国南方草地补偿生长的研究以探讨合理的管理和利用方式,是提高我国草地碳汇功能,为我国争取更多的碳排放权的有效途径。  本文在重庆云阳岐山草场通过野外刈割梯度试验,在群落、功能群和物种水平上研究刈割对我国南方草地补偿生长及碳分配的影响,结合研究了刈割对群落CO2交换速率影响的动态变化,以期从群落碳交换过程来解释群落碳储量发生变化的原因;并结合盆栽试验研究了草地优势物种黑麦草和白三叶补偿生长相关特性的变化,以理解植物补偿生长的实现机制。研究表明:⑴群落在刈割处理下普遍实现了等补偿,但其地上部分在轻度和重度刈割下实现了超补偿,在中度刈割下实现了等补偿,而其根系却普遍实现了欠补偿。⑵各功能群物种的补偿生长对刈割的响应表现出差异。刈割不利于菊科的补偿生长,其普遍实现了欠补偿,而有利于禾草类、豆科和杂类草的生长,其在刈割处理下实现了超补偿和等补偿。菊科优势物种牛尾蒿对刈割最敏感,普遍实现了欠补偿,而其它物种尤以黑麦草表现出较强的耐牧性。⑶不同功能群物种对群落的补偿生长贡献不同。群落的补偿生长与禾草类和菊科对刈割的响应状况密切相关,而豆科和杂类草的相对贡献较小。⑷刈割对群落、功能群及优势物种光合产物分配比例的影响较大。刈割促进群落地上部分光合产物分配比例的提高,这与禾草类及其优势物种鸭茅和黑麦草光合产物分配格局响应一致,而与菊科及其优势物种牛尾蒿的响应相反。轻度刈割有利于而中度刈割不利于豆科及其优势物种白三叶地上部分光合产物分配比例的提高。杂类草及其优势物种金丝桃在中度和重度刈割下优先将光合产物分配到根系。⑸刈割对优势物种形态学特征的影响显著,且不同物种的响应存在差异。牛尾蒿的比叶面积在刈割处理下有所增加,而其它物种的比叶面积普遍减少或不变。⑹刈割对群落碳循环过程的影响较小,月水平及季节水平,群落碳交换速率在刈割处理下都无显著变化。⑺群落的NEE存在明显的季节变化,其在植物生长盛期的8月达到最大,这主要与GEP的季节变化有关。⑻植物的补偿生长、生物量分配及形态学特征对光质和光照强度的响应存在物种差异性。1)黑麦草的SLA对光质和光照强度的变化不敏感,而白三叶的SLA对光质和光强的改变响应明显,但光质和光强对其SLA的影响效应相反。⑼光照强度是限制白三叶生长的主要因素,而光质是影响黑麦草生长的主要因子。⑽植物生物量及碳分配受光照强度的影响较小,而黑麦草的生物量分配对光质的变化较敏感,其在BT和RT优先将光合产物分配到地上部份。⑾刈割对群落总生物量及碳含量的影响较小,但不同功能群物种对群落补偿生长的贡献差异很大。刈割对群落碳交换过程的影响较小,这在群落碳交换过程水平上支持了刈割在短期内对群落的固碳能力无显著影响。刈割所引起的微环境变化对植物的补偿生长相关指标有影响,有助于解释不同功能群物种补偿生长的差异。植物个体和群落对刈割的响应是个复杂的综合过程,也是草地管理的基础。在一定条件下,刈割引起植物群落的超补偿反应,可能有利于提高草地生产力。从草地畜牧业生产和经营的角度来说,人们更加关注地上生物量的高低,而从草地固碳的角度来说,仅仅关注地上部分固碳量是不够的。因此,必须找到适当的优化管理措施,既能使群落发挥其超补偿潜力以维持草地生产力,又适当保持草地的固碳潜力。从本研究结果来看,刈割对南方草地碳交换过程及固碳潜力的影响较小,这是刈割的直接效应和间接效应共同作用的结果。尽管适度刈割可以提高草地的产量,但由于根系生物量在刈割处理下有所减少,在草地管理利用中,应适当控制利用的频率及强度以实现草地的可持续利用。栽培牧草黑麦草体现出较强的耐牧性,适当补播可以提高草地的固碳能力和产量。
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