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人类活动和气候变化作用下的草地退化已成为干旱、半干旱区最为突出的生态环境问题之一。深入认识半干旱风沙区草地生态系统结构和功能对不同土地利用和管理措施的响应，能够为中国沙漠化地区退化草地生态系统的恢复和持续管理提供科学依据。在半干旱风沙区和北方农牧交错带的典型代表区域科尔沁草地，针对区域草地生态系统结构、功能及其相互关系如何响应土地利用和管理方式变化这一科学问题，基于长期放牧和围封下的草甸、针茅草原、疏林草地和沙质草地植被特征与土壤特性的调查测定及结果分析，开展了围封、氮添加、增水和多年生植物种子添加四因素的不同管理措施对一年生植物为主的沙质草地结构和功能影响的控制实验，阐明了不同草地植被结构和功能以及植被-土壤系统碳氮储量对长期放牧响应的异同，明确了沙质草地植被特征和土壤特性对不同管理方式的协同响应，揭示了不同管理措施影响下沙质草地植被结构和功能变化的土壤驱动机制。本文主要结论如下: (1)通过长期围封和放牧下的四种草地植被特征与土壤特性变化的对比分析，草地植被特征与土壤特性对放牧的响应有所差异。围封草地中优势植物为多年生禾本科植物，放牧草地中一年生植物优势明显。与围封相比，长期放牧降低了四种草地的植被盖度、地上/地下生物量、凋落物量，而地上生物量的降低主要是由放牧导致多年生草本植物生物量下降所引起。就不同草地土壤特性而言，长期放牧显著降低了四种草地土壤中极细砂含量，也降低了针茅草原和疏林草地土壤碳氮含量，沙质草地土壤pH和电导率。不同草地植被结构和功能对长期放牧的响应较为敏感，而不同草地土壤特性对放牧响应存在明显的差异性。因此，长期放牧的退化草地需要禁牧或者围封管理，以缓解草地植被组成及其群落功能的退化。 (2)在围封草地中，物种丰富度、多年生植物丰富度与土壤水分、电导率和pH显著正相关，土壤碳氮含量与地上生物量、粘粉粒含量显著正相关，与土壤容重存在负相关关系。在放牧草地中，土壤碳氮含量与地上生物量和凋落物量显著正相关，地上/地下生物量、多年生植物丰富度与土壤水分之间存在显著正相关关系。这些结果表明，科尔沁草地土壤水分变化决定着多年生植物的丰富度，土壤肥力对地上生物量具有重要影响，而长期放牧消除了草地中物种丰富度与土壤特性之间的关联性。 (3)长期放牧对草地植被和土壤碳含量没有显著影响，但增加了四种草地地上植物氮含量以及针茅草原、疏林草地和沙质草地凋落物氮含量，针茅草原根系氮含量。围封的不同草地植被系统碳氮储量均显著高于放牧草地，分别增加了1.55和0.75倍，而不同草地土壤碳储量相对稳定。草地植被-土壤系统碳氮储量分别是5654.07g m-2和601.09g m-2，超过90％的碳氮储存于土壤中，表明了科尔沁草地土壤具有较大的碳氮固存潜力。围封和放牧下土壤碳储量与生物量碳储量之间均存在显著正相关关系，草地植被及其碳储量变化对土壤碳积累具有重要的影响。 (4)通过围封、氮添加、增水和多年生植物种子添加四因素管理措施对沙质草地植被与土壤特性影响的模拟控制实验表明，多年生植物种子添加对沙质草地植被特征和土壤特性没有显著影响。围封增加了沙质草地的生物量;氮添加降低了物种丰富度，增加了其生物量;增水提高了物种丰富度和生物量。氮添加降低了沙质草地一年生和多年生植物的丰富度，增加了一年生植物生物量;围封增加了多年生植物的生物量。氮添加极显著降低表层土壤pH，围封和氮添加显著提高土壤无机氮含量，增水显著降低其含量。一年生植物为主的沙质草地植物群落物种丰富度和生物量及其土壤的可利用氮和pH对水氮变化响应较为敏感。 (5)通过不同管理措施下的植被特征与土壤特性的相关分析表明，土壤pH与物种丰富度、多年生植物生物量、地下生物量显著正相关，与一年生植物生物量极显著负相关。土壤无机氮含量与地上生物量、凋落物量、一年生植物生物量显著正相关，而与物种丰富度、多年生植物丰富度、多年生植物生物量显著负相关。土壤水分含量与物种丰富度、一年生植物丰富度、多年生植物生物量、地下生物量显著正相关。围封、水、氮添加通过影响沙质草地土壤pH、可利用性氮和水分含量来影响着群落的组成及生物量。 (6)围封和氮添加能够极大地影响沙质草地植被-土壤碳氮含量及储量变化。氮添加显著降低了沙质草地地上植物和凋落物碳含量，极显著增加其氮含量;围封显著增加地上植物和凋落物的碳含量。氮添加提高了草地表层土壤碳含量，对土壤氮含量无显著影响;3年后土壤碳含量增加明显。氮添加显著提高地上植被和凋落物碳氮储量，围封显著提高凋落物碳储量和氮储量。短期实验后，表层土壤碳储量显著提高，氮储量无显著变化。这些结果表明，一年生植物为主的沙质草地短期快速的土壤碳积累效应，为退化沙质草地的恢复和碳的管理提供了理论依据。 综上所述，本研究阐明了科尔沁草地植被与土壤系统及其碳氮分配对不同管理措施的响应和适应，明确了沙质草地植被的组成及功能与土壤特性对水氮变化的响应较为敏感，确定了围封、水、氮添加通过影响沙质草地土壤pH、可利用性氮和水分含量来影响群落的组成及功能，阐明了沙质草地具有短期快速的土壤碳积累效应，揭示了沙质草地植物群落组成及功能变化的土壤驱动机制。因此，在科尔沁草地实施围封、水、氮的管理以及建立人工草地是退化沙质草地的恢复和可持续发展的有效途径。