围栏禁牧与放牧对高寒矮嵩草草甸植被特征和碳循环影响的研究

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放牧是草地利用的主要方式之一,但是不合理和过度的放牧方式导致草地退化严重,影响了草地的经济价值和生态服务功能。围栏禁牧作为草地恢复的主要措施之一,有利于退化草地的恢复。草地的恢复不仅包括植被的恢复,也包括生态服务功能的恢复。由于全球气候变暖,草地的碳汇功能越来越受到人们的关注。围栏禁牧与放牧对不同草地的影响是复杂多样的,本研究以未退化的矮嵩草草甸作为研究对象,研究围栏禁牧与放牧下未退化矮嵩草草甸植被特征的变化,并利用稳定同位素13C和15N标记的方法研究碳氮循环过程的变化,目的是为了探讨围栏禁牧与放牧对矮嵩草草甸植被特征和碳循环过程的影响,并初步探讨植被特征改变对碳循环过程的影响,以及植物-土壤系统氮循环与碳循环之间的关系。研究结果如下:  围栏禁牧下植物地上生物量显著低于放牧下植物地上生物量,围栏禁牧下地上植物凋落物的质量显著高于放牧下地上植物凋落物的质量。植物不同功能群(禾本科、莎草科、豆科和杂类草)地上生物量对围栏禁牧与放牧的响应不同,围栏禁牧下豆科植物的地上生物量显著低于放牧下豆科植物的地上生物量,莎草科和杂类草植物地上生物量与放牧组相比有降低的趋势,但是差异都不显著。围栏禁牧下植物地下生物量低于放牧下植物的地下生物量,但差异不显著,植物地下生物量对围栏禁牧与放牧的响应与地上部分相比有滞后的效应。围栏禁牧下植被的多样性低于放牧下植被的多样性,围栏禁牧下草地植物物种丰富度、Simpson指数和Shannon-Wiener指数都显著低于放牧下草地植物的多样性指数。围栏禁牧下植物群落结构不同于放牧下的植物群落结构,不同功能群物种调查的结果显示,围栏禁牧下豆科植物和杂类草植物的物种数低于放牧下豆科植物和杂类草植物的物种数。不同功能群的重要值结果显示,围栏禁牧下豆科植物的重要值显著低于放牧下豆科植物的重要值。与放牧组相比,围栏禁牧下禾本科植物具有较高的优势度,而豆科植物具有较低的优势度。  围栏禁牧下植物-土壤系统的碳氮贮量不同于放牧下植物-土壤系统的碳氮贮量,主要表现在植物地上部分的碳氮贮量和土壤中碳氮贮量的空间分布上。围栏禁牧下植物地上部分的碳氮贮量显著低于放牧下植物地上部分的碳氮贮量,土壤中的碳氮贮量与放牧下土壤中的碳氮贮量都没有显著性的差异。  利用15N同位素标记的方法研究围栏禁牧与放牧下矮嵩草草甸植物-土壤系统的氮循环的结果显示,在示踪的第18天,围栏禁牧与放牧下植物地上部分和地下部分中的15N的含量高于放牧下这两部分中15N的含量,但是没有显著性的差异,而土壤中的15N含量显著高于放牧下土壤中15N的含量。15N同位素标记的结果显示围栏禁牧下植物-土壤系统的氮循环速率降低了。  13C同位素标记的结果显示,围栏禁牧下植物-土壤系统的碳循环速率低于放牧下植物-土壤系统的碳循环速率,此外,在示踪的第32天,与放牧组相比,围栏禁牧下13C在植物-土壤系统中的分配发生了变化。13C在植物地上部分与土壤部分的分配显著降低;通过土壤呼吸释放到空气中的13C的百分比显著降低;围栏禁牧下13C在根部的分配高于放牧组,但是差异不显著。  围栏禁牧与放牧下植物特点和氮循环的变化对矮嵩草草地的碳循环有影响,与放牧相比,围栏禁牧对矮嵩草草甸的土壤碳的固定有负面的影响。随着围栏禁牧下地上植被特点的降低,将不利于维持矮嵩草草甸的经济价值和生态功能价值。由于围栏禁牧下的土壤碳贮量与放牧相比并没有显著的变化,所以有待对围栏禁牧与放牧对未退化矮嵩草草甸碳循环过程进行长期的更深入的研究。
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