放牧和气候变化对短花针茅草原植物群落和土壤有机碳的影响
放牧和气候变化对短花针茅草原植物群落和土壤有机碳的影响
【摘要】： 短花针茅荒漠草原是一种独特的草地类型,由于具有独特的地理位置和植被类型,使得放牧成为最主要的利用方式。然而,不合理的放牧会导致植被退化和土壤有机碳的损失。近年来,气候变化正在以前所未有的速度影响着荒漠草原,虽然大量的研究报道了放牧和气候变化对荒漠草原的影响,但是放牧和气候变化的交互作用对荒漠草原植物群落地上现存量和土壤有机碳储量的影响目前还尚未明确。因此,本研究采用长期放牧试验平台和数据,结合土壤植物大气连续系统(Soil Plant and Atmosphere Continuum System,SPACSYS)模型,预测不同气候情景和不同载畜率放牧下植物群落地上现存量和土壤有机碳储量的变化,以期为荒漠草原制定合理的放牧措施,同时为草原的可持续性发展和减缓气候变化提供科学依据。长期不同载畜率放牧试验采用完全随机区组设计,设置4个载畜率分别为对照(no grazing,NG)、低载畜率(light grazing,LG)、中载畜率(moderate grazing,MG)和高载畜率high grazing,HG),其载畜率分别为0、0.91、1.82和2.71羊单位/hm~2/半年,每个处理3次重复。本研究主要结论如下:(1)低载畜率、中载畜率和高载畜率处理的植物群落物种丰富度分别显著降低了16.28%、30.91%、44.93%(P<0.05)。植物群落的盖度在低载畜率、中载畜率、高载畜率处理下分别显著降低了16.25%、39.46%、55.16%(P<0.05)。植物群落地上现存量在低载畜率、中载畜率、高载畜率处理下显著降低了15.15%、38.72%和55.80%(P<0.01)。(2)年降水量与植物群落物种丰富度存在显著的正相关关系,其关系式为y=0.12+0.01x(R~2=0.53,P<0.05),而年平均温度与植物群落物种丰富度没有显著的相关关系。年降水量与植物群落地上现存量也存在显著的正相关关系,其关系式为y=8.63+0.44x(R~2=0.62,P<0.05),而年平均温度与植物群落地上现存量没有显著的相关关系。年降水量、年平均温度与土壤有机碳储量均没有显著的相关关系。(3)利用2013年-2019年对照处理的植物群落地上现存量观测数据以及2014年-2017年土壤有机碳储量观测数据对SPACSYS模型进行参数校准,结果表明,植物群落地上现存量以及土壤有机碳储量的模拟值和观测值存在显著的相关关系(R~2=0.70,克林-古普塔效率指数为0.75,百分比偏差为-1.30%;R~2=0.89,克林-古普塔效率指数为-1.48,百分比偏差为-1.20%),然后利用低载畜率、中载畜率和高载畜率处理的植物群落地上现存量观测数据和土壤有机碳储量观测数据对模型进行验证,模拟效果良好。(4)在代表性浓度路径RCP 2.6气候情景、RCP 4.5气候情景、RCP 8.5气候情景下,中载畜率和高载畜率会导致植物群落地上现存量损失的相对较多,而低载畜率放牧植物群落地上现存量损失的相对较少。此外,在RCP 2.6气候情景、RCP 4.5气候情景、RCP 8.5气候情景下,低载畜率放牧增加了土壤有机碳储量,而中载畜率和高载畜率减少了土壤有机碳储量。因此,低载畜率放牧是荒漠草原合理的放牧措施,它可以使荒漠草原维持较高的生产力以及增加碳汇减缓气候变化,充分发挥草原的生产和生态功能。
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2023
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