水氮添加对内蒙古典型草原放牧生态系统碳交换的影响

【摘要】放牧是内蒙古草原最主要的利用方式。近些年来,由于长期高强度的放牧导致草地土壤养分含量降低、持水能力下降,加速了草地的退化速度,从而使草地生态系统的碳汇潜力降低。水氮成为了内蒙古典型草原生态系统碳循环过程的两大主要限制因子。碳氮元素作为陆地生态系统中最基本的两大生源要素,两者的循环过程相互耦合,互相影响。二者在植物有机体内和土壤中的比例关系在很大程度上控制着生态系统碳循环的平衡,决定着草地生态系统碳源与汇的转化。氮素在生态系统碳交换过程中的效应通常会依赖于水分条件。因此,在影响草地碳交换过程的各因子中,水氮输入的影响不容忽视。本研究在内蒙典型草原长期放牧实验区,设计了水氮添加实验。首先探讨不同放牧强度对我国温带典型草原碳交换的影响。进而研究水氮添加对长期放牧干扰下的草原生态系统碳交换的影响。特别是不同放牧梯度下,典型草原生态系统碳交换对水氮添加的响应。取得如下主要结果：(1)长期的放牧干扰导致生态系统净碳交换(NetEcosystemCO2Exchanges,NEE)、生态系统总初级生产力(GrossEcosystemProductivity,GEP)和生态系统呼吸(EcosystemRespiration,ER)均降低,但各放牧梯度间无显著差异。放牧干扰没有改变生态系统碳源与碳汇的关系。(2)放牧对典型草原群落的两个优势种羊草和大针茅的比例变化有显著影响。随着放牧强度的增加大针茅在群落中的比例显著增加,而羊草的比例显著下降。(3)坡地生态系统净碳交换(NEE)显著高于平地,而地形(平地和坡地)对生态系统初级生产力(GEP)没有显著影响。(4)水氮添加对生态系统碳交换有促进作用,水氮互作效应尤为显著。水氮同时添加使平地系统的NEE,ER和GEP分别增加了28%,9%和18%,坡地分别增加了2%,14%和21%。(5)草地生态系统的净碳吸收在连续两个测定年份均表现为单峰曲线。生长季初期较低,随着牧草的生长逐渐增加,碳吸收的峰值均出现在8月初,之后逐渐降低,在生长季末期甚至转变为碳源。生态系统碳交换的季节动态与降雨量和温度的季节变化模型相吻合。(6)氮素添加与水氮同时添加都显著增加了群落的地上生物量,而对群落优势种羊草和大针茅的在群落中比例变化没有显著影响。(7)生态系统碳交换指标NEE、ER和GEP均与土壤温度呈显著正相关关系,但是与土壤水分关系不显著。分析不同放牧强度干扰下,草地生态系统碳交换对水氮添加的响应,以及在全球C02浓度升高的大背景下,通过水氮添加对退化草原恢复的研究,为阐明水氮添加与放牧干扰对草地碳交换机理的影响具有重要的理论意义,以期对内蒙古典型草原制定合理的放牧制度和退化生态系统功能的恢复提供一定的理论依据。
【作者】乔丽青；
【导师】宝音陶格涛；潘庆民；
【作者基本信息】内蒙古大学，生态学，2014，硕士
【关键词】典型草原；放牧；季节动态；生态系统碳交换；植物群落；水分；氮素；

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