不同管理模式对内蒙古典型草原土壤质量影响综合评价研究

发布时间：2020-10-12 23:29

　　草原是世界上分布最广的植被类型之一,其面积占陆地生态系统总面积的46%。草原生态系统是我国面积最大的陆地生态系统,而内蒙古草原的土壤严重退化已成为制约草原牧业的最主要的生态问题。目前通过草原围封、控制放牧强度以及规划火烧管理等很多措施已成为改善草原生态环境研究的热点,针对土壤质量开展深入系统研究具有重要科学意义与实践意义。本研究以中国科学院植物研究所内蒙古草原生态系统定位研究站设置的三种管理模式(放牧梯度、围封育草、火烧管理)长期固定样地为基地,测定四个土层(0-5 cm、5-10 cm、10-20 cm、20-40 cm)土样的土壤养分(有机碳、全氮、全磷、全钾)、理化性质(pH值、电导率)、微量元素(钠、铁、镁、钙、锰、硼、硅)、重金属元素(砷、镉、铬、铜、汞、镍、铅、锌)、球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)含量。通过逐步回归分析、主成分分析、RDA分析探讨相互之间的相互关系,并利用扫描电镜、红外光谱等仪器,分析GRSP在不同管理措施下结构的变化,探讨GRSP在草原土壤中的贡献作用,同时通过重金属地积累指数(Igeo)、重金属总潜在生态风险指数(RI)、以两种壤质量评价方法对不同管理模式样地的土壤质量进行综合评价,并通过建立数学模型及模拟草原管理场景分析来阐明草原土壤恢复应采用何种管理模式及强度。具体研究结果如下:(1)土壤养分影响:不同草原管理模式对土壤养分的影响体现在放牧强度增加与土壤有机碳、全氮、全磷、全钾含量显著下降(P0.01),电导率与pH值显著升高(P0.01)。低强度放牧(1.5只羊/公顷)使土壤有机碳、全氮含量增加(P0.05)。火烧处理使表层(0-5 cm)土壤有机碳含量降低,使1040 cm 土壤有机碳含量增加(P0.05),与2年一次火烧相比,4年一次火烧使土壤有机碳含量增加显著(P0.05);围封处理使土壤有机碳含量增加显著(P0.05),但土壤全氮、全钾含量没有显著变化(P0.05)。围封33a样地土壤有机碳、全氮含量略低于围封13a样(P0.05)。(2)土壤重金属与微量元素影响:不同草原管理模式对土壤微量元素及重金属的影响体现在放牧强度增加、围封年限变化均是导致土壤微量元素含量变化的主要因素,火烧频率改变对土壤营养元素影响不明显,但是是引起土壤重金属含量变化的主要因素。三种管理模式样地土壤重金属的地积累指数Igeo0,无污染,土壤重金属总潜在生态风险指数RI150为无风险等级。(3)GRSP含量及其生态功能影响:不同草原管理模式对真菌蛋白含量及结构的影响主要体现在低强度放牧(1.5只羊/公顷)可使EE-GRSP、T-GRSP含量增加显著(P0.05)。4年一次火烧显著提高了表层土壤(0-5 cm)EE-GRSP产生量和040 cm 土层T-GRSP的积累量。围封处理显著增加了 0-40 cm 土壤中的EE-GRSP产生量及0-5 cm T-GRSP的积累量。高强度放牧强度、2年一次火烧、围封33a样地的土壤中GRSP表面结构出现不同程度简化、退化;放牧、火烧、围封并没有引起GRSP官能团种类的改变,但官能团含量有所差异。逐步回归分析表明三种管理模式样地中土壤氮是影响GRSP产生与积累重要限制因子。在GRSP生态功能方面,4年一次火烧导致GRSP碳、氮截获能力提升,而长期围封造成碳、氮截获能力下降。(4)综合评价与管理场景分析:土壤质量评价采用显著性和主成分法这2种方法进行评价,两种方法评估结果具有一致性,并达到显著相关(R2=0.5674～0.7722),但土壤质量主成分评价法排除人为干扰,更易于对土壤质量客观评价。模型管理场景分析结果显示:低强度放牧、长时间间隔火烧处理、短期围封措施有机结合更能有效的提高土壤养分、微量元素并控制重金属污染水平,建议采用3～4年一次火烧,围封低于30a,保持0～3只羊/公顷适度放牧强度下,可使土壤综合质量得到提升2.4倍以上。在锡林郭勒草原管理过程中不应采用单一的管理措施,将管理措施有机结合交替进行,弥补单一管理模式造成土壤养分降低及重金属污染的风险,保证草原土壤养分持续供应,从而达到实现提高草原生产力的目的。
【学位单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S812.2
【部分图文】：

草原退化,内蒙古,百分率,年代

我国退化原面积逐，退（图卜２５］。我国己成为世界上草地退化最为严重的国家之一［２６］，草原退化己是目经济发展面临的最主要的环境问题［２７］。??８０％?＂：?口全国草原■内蒙古草原?７３．５０％??６０％??＾?３９％??１４〇％１?－ＥＨ??＾２０％ｉ?１５％＾?ｎ??．關?ｙ?ｌ?Ｉ??７０年代?８０年代?９０年代??图卜１全国及内蒙古草原退化率统计＾??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｈｅ?ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ｄｅｇｅｎｅｒａｔｅｄ?ｒａｔｅ?ｏｆ?ｎａｔｉｏｎａｌ?ａｎｄ?ｉｎｎｅｒ?ｍｏｎｇｏｌｉａ?ｇｒａｓｓｌａｎｄ１２４１??１００％?－：??

锡林郭勒草原,样地,管理模式,位置图

５－１０?ｃｍ、１０－２０?ｃｍ、２０－４０?ｃｍ深度的土样，重复取３次，取回的土样置混合均匀后，去除细根及杂质，粉碎研磨后分别过０．２５?ｍｍ?土壤筛，用四ｇ?土样封存，带回实验室置于室内风干，进行实验分析。??围封样地设置及土壤采集??封育草试验样地设在中国科学院植物研宄所内蒙古草原生态系统定位研宄蒙古自治区锡林郭勒盟锡林河中游北岸的白音锡勒牧场内（１１７°１２＇Ｅ，?４４°３封育样地外围的自由放牧区、１９９９年围封草场、１９７９年围封草场为实验１２年８月在每块样地上选取地形和植物群落组成基本一致的地段为取样点为准分别将样地命名为围封〇ａ（自由放牧）、围封１３ａ（１９９９年围封草场）７９年围封草场）。??围封样地〇ａ、１３ａ、３３ａ样地中随机选取３个样点，先将地表灰烬及枯落，用土壤钻取０－５?ｃｍ、５－１０?ｃｍ、１０－２０?ｃｍ、２０－４０?ｃｍ深度的土样，重复３６个土壤样品，将取回的土样置于室内风干，混合均匀后，去除细根及杂后分别过０．２５?ｍｍ?土壤筛，用四分法取土?１?ｋｇ?土样封存，带回实验室置进行实验分析。???１?１６°?ＯＨ?１１７－?０．?Ｏ．Ｒ??

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