论文摘要
以短花针茅荒漠草原放牧制度为研究对象,通过对2005-2007年3年的野外调查和室内实验及数据分析,研究了植物种群、群落和土壤方面对划区轮牧与自由放牧两种制度的响应。主要研究成果如下:1放牧导致短花针茅、无芒隐子草高度降低;划区轮牧区无芒隐子草、碱韭盖度、密度和重要值高于自由放牧区。自由放牧区短花针茅高度、盖度、密度和重要值高于划区轮牧区。禁牧与轮牧有利于提高无芒隐子草和碱韭地上现存量和相对现存量,自由放牧有利于提高短花针茅地上现存量和相对现存量。2禁牧和划区轮牧有利于植物的地上部分生长和有性繁殖;划区轮牧提高了碱韭分蘖节的生物量、短花针茅和碱韭构件能量现存量及总能量现存量。短花针茅、无芒隐子草和碱韭根的生物量、生物量分配比例、能量现存量以及根冠比能量现存量、根的能量分配比例划区轮牧区与自由放牧区高于禁牧对照区;不同构件及植株整体热值划区轮牧区高于自由放牧区。营养枝与生殖枝的生物量和能量分配没有显著的颉抗关系,营养枝与分蘖节生物量和能量分配比例间呈显著的颉抗关系。3短花针茅、无芒隐子草和碱韭光合速率、蒸腾速率和气孔导度表现为双峰型,具有明显的“午休”现象。胞间CO2浓度表现为双谷型。划区轮牧较自由放牧提高荒漠草原主要植物种群的光合能力、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度。短花针茅、无芒隐子草和碱韭在不同处理下对PAR的响应均为“抛物线”型。同一植物光响应曲线为禁牧区>划区轮牧区>自由放牧区。在不同处理下光合速率、蒸腾速率和气孔导度与PAR两者呈正相关关系,胞间CO2浓度随PAR的增强呈现出下降的趋势,与PAR的拟合曲线为二次多项式方程。4不同处理短花针茅密度、盖度呈下降趋势,其中划区轮牧区下降的幅度最小;无芒隐子草和碱韭密度在划区轮牧区和对照区呈上升趋势。碱韭盖度在对照区呈上升趋势;一年生植物栉叶蒿密度、盖度在不同处理呈上升趋势。群落总盖度划区轮牧区是自由放牧区1.83倍。划区轮牧区与对照区多年生植物短花针茅、无芒隐子草、碱韭、糙隐子草、细叶葱和银灰旋花重要值较高。自由放牧区除了短花针茅和无芒隐子草的重要值排序较高,一年生植物在群落中也起着相当重要的作用,自由放牧区冷蒿重要值增加;强旱生植物戈壁天门冬重要值保持稳定;兔唇花重要值急剧增加。从重要值角度分析,自由放牧草地有向退化旱化演替方向发展的趋势。5 Margalef丰富度指数、Shannon-wiener指数和Simpson指数三年平均值划区轮牧>自由放牧区>对照区。Pielou指数对照区高于划区轮牧区与自由放牧区。不同处理间四种多样性指数体呈上升趋势,且均在划区轮牧区增加的幅度最大。Simpson指数、Shannon-wiener指数与丰富度的相关性都高于与均匀度的相关性。群落βw多样性指数随取样面积增加而降低;荒漠草原轮牧区β多样性指数最高;轮牧区与对照区的相似性系数最大,为0.884;随着放牧试验进行不同处理间的相似性系数下降。6禁牧与轮牧较自由放牧提高植物地上现存量,植物地上现存量禁牧和轮牧比自由放牧分别提高了2.87倍和0.57倍。不同处理草地地下生物量随土层深度增加而降低,呈“T”型,并符合指数函数减小规律;放牧使地下根系出现趋向表层化的现象,划区轮牧区根系向上移动的趋势小于自由放牧区。划区轮牧较自由放牧和禁牧有利于提高草地群落种子库的植物种数以及优良牧草的种类;对照区土壤种子库密度高于划区轮牧区与自由放牧区;土壤种子库垂直结构呈递减性,有75.06%83.19%分布在05cm土层内,有14.16%21.68%分布在510cm土层内,有2.65%4.90%分布在1015cm土层内。划区轮牧区土壤种子库的丰富度指数和多样性指数高于自由放牧区。划区轮牧区和对照区土壤种子库组成的相似性系数最大。7划区轮牧和禁牧土壤粘粒和粉粒含量高于自由放牧,土壤砂粒含量低于自由放牧。划区轮牧较自由放牧降低土壤容重,增加土壤孔隙度和土壤含水量。划区轮牧区和禁牧提高了土壤有机质、土壤氮素、土壤全钾和土壤速效钾含量。土壤表层磷含量、土壤pH值划区轮牧区最高。放牧导致碳氮比减少。土壤养分含量与土壤深度的拟合曲线为二次幂函数。8地上现存量与土壤含水量之间呈正相关关系。不同放牧制度下荒漠草原土壤含水量与地上植被物种多样性指数拟合曲线为一元二次方程,划区轮牧区土壤含水量与Margalef丰富度指数、Shannon-wiener多样性均呈显著或极显著的正相关关系,相关系数分别为0.8186、0.6496。不同放牧制度对各土壤理化性质指标影响不同,不同放牧制度土壤各指标之间的相关性也不同。轮牧区和对照区机械组成与土壤养分、以及土壤养分相互之间均较自由放牧区有密切的高度相关关系。