论文部分内容阅读
退耕还林（草）工程实施后,黄土高原地区形成大面积的退耕草地,其未来发展去向及其可持续管理成为后退耕时期社会各界关注的重要问题。放牧是草地的主要利用方式之一,适度放牧可以促进草地植物群落演替,改善土壤质量,增强生态系统稳定性及可持续性。基于元素比率来研究生态过程和生态作用的生态化学计量学为研究生态系统稳定性及其可持续发展提供了新视角和新方法。因此,本文以黄土高原退耕草地为研究对象,结合短期定点放牧试验(放牧强度:封禁为S0、2.2羊·ha-1为S1、3.0羊·ha-1为S2、4.2羊·ha-1为S3、6.7羊·ha-1为S4、16.7羊·ha-1为S5)和野外长期自然放牧地调查(放牧强度:封禁为G0、1.2～2.6羊·ha-1为G1,3.3～4.7羊·ha-1为G2,6.9～11.5羊·ha-1为G3),采用室内实验分析和数理统计,研究不同放牧强度下退耕草地植物-枯落物-生物结皮土壤的养分及其生态化学计量特征,揭示放牧对植物-枯落物-生物结皮土壤生态化学计量学特征的影响因素,以期为黄土高原退耕草地的适度利用及可持续发展提供技术支撑。研究取得以下结论:（1）研究区放牧强度高于6.9羊·ha-1时,退耕草地植被、枯落物的盖度及生物量显著降低。短期放牧下,放牧强度高于6.7羊·ha-1时,植被、枯落物和生物结皮的盖度分别较封禁降低32.23%、32.55%、18.00%;各放牧强度下的植被生物量均较封禁降低,枯落物生物量、藻结皮生物量呈先增加后降低趋势,藓结皮生物量无显著变化;长期放牧下,生物结皮盖度较封禁无显著变化;相较于封禁,当放牧强度大于3.3羊·ha-1时,植被盖度降低了37.90%～45.30%;放牧强度高于6.9羊·ha-1时,枯落物盖度、植被生物量、枯落物生物量、藻、藓结皮生物量分别降低了43.40%～61.70%、54.24%～65.38%、16.74%～61.70%、44.79%、69.54%;（2）研究区放牧强度高于6.9羊·ha-1时,植物地上部分全氮含量较封禁显著增加,全碳和全磷含量较封禁无显著影响;放牧对植物地下部分和枯落物全碳、全氮、全磷含量无显著影响。短期放牧下,植物地上部分全碳、全磷含量,枯落物的全碳、全氮、全磷含量较封禁无显著变化;当放牧强度高于4.2羊·ha-1时,植物地上部分全氮含量较封禁显著增加38.58%;长期放牧下,植物地上部分、枯落物的全碳、全磷含量,植物地下部分的全碳、全氮、全磷含量均较封禁无显著差异;当放牧强度高于6.9羊·ha-1时,植物地上部分全氮含量增加29.32%～37.19%。（3）放牧对研究区生物结皮土壤全氮、全磷含量无显著影响;当放牧强度高于6.9羊·ha-1时,生物结皮层及0～2cm土层土壤的有机碳含量较封禁显著降低。短期放牧下,生物结皮层及0～2cm土层全氮、全磷含量较封禁无显著变化;当放牧强度高于6.7羊·ha-1时,生物结皮层有机碳含量较封禁显著降低29.88%;长期放牧下,生物结皮层及0～2cm土层全氮、全磷含量较封禁无显著变化;当放牧强度高于6.9羊·ha-1时,生物结皮层及0～2cm土层全碳含量分别降低98.33%、84.14%。（4）放牧对研究区植物地上部分N:P、C:P,植物地下部分与枯落物C:N、N:P、C:P无显著影响;当放牧强度高于6.9羊·ha-1时,植物地上部分C:N显著降低。短期放牧下,植物地上部分N:P、C:P,枯落物C:N、N:P、C:P较封禁无显著变化;当放牧强度高于6.7羊·ha-1时,植物地上部分C:N较封禁降低28.75%～36.84%;长期放牧下,植物地上部分N:P、C:P,植物地下部分、枯落物C:N、N:P、C:P较封禁无显著变化;当放牧强度高于6.9羊·ha-1时,植物地上部分C:N较封禁降低24.04%～39.14%。（5）放牧对研究区生物结皮土壤C:N无显著影响,而当长期放牧强度高于6.9羊·ha-1时,生物结皮层及0～2cm土层土壤N:P、C:P较封禁显著降低。短期放牧对生物结皮层及0～2cm土层土壤C:N、N:P、C:P无显著影响;长期放牧下,生物结皮层及0～2cm土层土壤的C:N较封禁均未显著降低;当放牧强度高于6.9羊·ha-1时,N:P降低49.6%,C:P降低49.9%。综上,从生态化学计量学特征的角度看,放牧强度高于6.9羊·ha-1时,研究区植物、枯落物C:N显著降低,生物结皮土壤碳含量、N:P、C:P显著降低,在一定程度上可能利于缓解土壤氮、磷限制。然而,综合考虑植被、枯落物、生物结皮地表特征及土壤理化属性,适当的放牧可正常维持研究区退耕草地生态系统养分循环及生态功能。以上结果为退耕草地的适度放牧利用提供了技术支撑。