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近年来由于人为干扰,特别是过度放牧和割草场连年打草,导致了我国半干旱地区草原严重退化,草原生态系统生产力和生态服务功能日益衰减,自然灾害频繁发生。人为干扰对生态系统功能的影响体现在群落生产力、补偿生长、稳定性和多样性等多个方面,同时不同干扰类型和强度下生态系统的响应也不同。本研究利用中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站的中-德合作项目建立的放牧控制实验平台,从传统放牧、传统打草、混合放牧三种草地管理方式和七个放牧率梯度研究人类活动干扰对草原生态系统功能的影响,进而为草原的保护和可持续利用提供科学依据。本研究取得了如下主要研究结果和结论:
1.传统放牧和混合放牧方式下,群落现存生物量均随放牧强度升高逐渐降低,特别是在高放牧率区,现存生物量显著低于对照区和低放牧率区。在平地,传统放牧方式的群落现存生物量显著高于混合放牧方式;但在坡地,传统放牧方式的群落现存生物量普遍低于混合放牧方式。群落的2007年地上净初级生产力在坡地系统中显现出混合放牧＞传统打草＞传统放牧的趋势,混合放牧显著高于传统放牧。高放牧率下(9.0sheep/hm2),群落的2007年地上净初级生产力显现出混合放牧＞传统打草＞传统放牧的趋势,混合放牧显著高于传统放牧。
2.本实验的结果在一定程度上验证了放牧优化假说,但是并不完全支持放牧优化假说。在不同放牧方式、地形因素和群落净生长量表示方法下,随放牧强度的变化等补偿、超补偿、和欠补偿效应都可能出现,在较轻的放牧率群落大多表现出等补偿生长,只在混合坡地放牧系统的1.5sheep/hm2放牧率,群落地上相对净生物量(RDM4)出现了超补偿生长。在高放牧率下,群落大多为欠补偿生长,也有少数等补偿生长的情况。虽然在绝对的固定放牧率下很难观测到显著的超补偿性生长,但是如果使用采食量计算的相对放牧率,大部分系统的补偿生长随放牧率的变化情况,可以用开口朝下的二次函数或者斜率为负的线性函数模拟,模拟效果达到了显著水平。这说明,在一些系统随着放牧率的增加只出现了欠补偿性生长,一些系统随着放牧率的增加出现了超补偿性生长,这可能与系统间本身的差异、环境因子、放牧率和净生长量的计算方法有关。
3.在传统放牧系统中,群落生物量的变异系数随放牧强度增加有上升的趋势,弹性系数随放牧强度的增加有下降趋势,而且在高放牧率下群落的变异系数显著高于对照区与低放牧率区,但弹性系数则低于对照区与低放牧率区。群落的稳定性随放牧强度的升高而降低。放牧梯度对植物群落丰富度和生产力的影响基本上是同步的,当丰富度指数升高时生产力也升高,当丰富度指数下降时生产力也下降。生产力对放牧干扰的响应比多样性的响应更剧烈。