论文部分内容阅读
伊犁是新疆及中国重点草原牧区区内，主要受西风环流的影响。研究伊犁河上游巩乃斯河流域典型草地生态学特征及土壤养分元素的空间异质性对于全面了解和预测我国半干旱地区草地生态系统对气候变化的敏感性具有重要的意义。受天山山体的海拔变化等因素影响，研究区内草地生态系统结构和格局空间异质性明显。本论文通过分析草地土壤各养分元素含量随高程变化的空间分布特征，揭示了研究区草地土壤养分的空间异质性、格局演化机制以及不同形态养分空间格局对高程变化的响应，分析了该区域不同草地类型的土壤有机碳分级，阐述了不同类型草地群落土壤不同形态有机碳（活性有机碳、慢性有机碳、惰性有机碳）的垂直分布格局。同时，对不同草地类型植物群落养分含量及其化学计量学比值的变化及空间分布特征进行了定量的探讨。从土壤养分和草地植物养分等不同角度揭示和阐明草地生态及生物地球化学特征。研究结果不仅有助于揭示新疆草地生态系统的演变规律及其生命物质循环特征，同时，也可为受损生态系统的植被恢复提供理论依据，为进一步保护草原生态系统提供数据支持。 通过对研究区内野外样地考察以及对土壤和植物养分元素采样测定及统计分析，本研究得到如下主要结论: 1、草地各采样点表层土壤pH、碱解氮(AN)、速效磷(AP)、有效钾(AK)和有机质(OM)含量均随土壤深度增加逐渐降低，其它土壤养分元素含量随土壤深度变化波动未呈现明显规律。草地表层土壤的养分含量高，该研究区更适合浅根植物生长，可以人工播撒一些浅根草种，有助于草地生态系统的恢复。空间格局上，沿巩乃斯河流域土壤AN、AP、AK、OM和铁(Fe)含量由西向东逐渐增加。随海拔升高，土壤全钾(TK)含量减少;除此之外，全氮(TN)、全磷(TP)、硒(Se)含量呈先增加后减少的趋势，这表明中海拔土壤AN和AP高，可以看出中山带的土壤可以提供给植物可吸收利用的速效养分。TN、TP含量高表明土壤可以持久的提供养分，可以看出该海拔范围内土壤养分条件利于草地植物生长。 2、不同草地类型活性有机碳、慢性有机碳（或缓性有机碳）、惰性有机碳含量随土壤深度的增加而降低，这也与土壤有机质的变化规律一致。活性有机碳含量范围为0.070～1.553 g.kg-1，平均值为0.557 g.kg-1，其中表层土壤活性有机碳含量，山地草甸＞高寒草甸＞山地草甸草原＞半荒漠草原、荒漠草原。由此得出，山地草甸草原土壤含有更多容易被植物吸收利用的活性有机碳，该类草地利于植物生长。同时，该类草地惰性有机碳含量大于活性有机碳和慢性有机碳含量，土壤有机碳稳定性较好，利于土壤有机碳长期固定储存。 3、不同草地类型群落尺度下R/S的变化范围在0.3～8.6，平均值为2.9。可以根据R/S估算该研究区域草地根生物量及碳的分配比例与固定量。随海拔升高，Shannon-Wiener等植物生物多样性各指数和R/S呈先增加后减少的趋势。不同多样性指标反映了空间格局的一致性，可以看出中海拔地区各指标均最大，生物多样性丰富。可以考虑将低海拔地区的牲畜数量转移到中山带地区，减轻放牧压力，有利于退化草地的恢复。 4、不同草地类型地上部全碳(C)含量略高于地下部，分别为346.1 g.kg-1和341.8 g.kg-1。地上部中氮(N)、磷(P)含量平均值分别为13.6 g.kg-1和1.7g.kg-1。根的N、P含量平均值分别为9.5 g.kg-1和1.4 g.kg-1。研究区地上部中N含量低于全国水平，P含量与全国水平一致，今后可加强对氮素的研究。地上部和根的化学计量学比值N/P平均值分别为7.5和7.1，表明氮元素是该区域植物生长的养分主要限制因子之一。 5、草地植物不同部位养分元素间存在显著相关性。地上部分全碳含量与地上部全氮、全钾含量极显著相关(p＜0.01)。地上全氮和C/N比值呈负的相关性(p＜0.05)，与其它养分指标均呈极显著正相关(p＜0.01)。地上磷含量与地上钾含量、地下部磷含量呈极显著相关(p＜0.01)，与地上C/N比值、根N/P比值呈负的极显著相关(p＜0.01)。根据这些相关关系可以建立方程，定量化元素之间的关系，从而通过一种元素的变化来推测其它元素含量分布特征的变化。