高寒草甸植物群落和家畜对放牧压力的响应机制研究

发布时间：2020-08-10 10:03

【摘要】：草地生态系统作为我国陆地生态安全的重要屏障,不仅在调节气候、涵养水源、保持水土、防风固沙等方面发挥着举足轻重的作用,同时,也在维持草地生物多样性和支持草地畜牧业生产中发挥着重要作用,其不仅是草地畜牧业发展的关键物质支撑,也是牧民赖以生存的基本生产资料。放牧作为最基本的草地利用手段,同时,也被认为是最主要的人为干扰因素之一,对草原生态系统服务功能具有普遍而深刻的影响。目前由于过度放牧所导致的草原退化问题已成为破坏草原生态环境和制约牧区牧业经济发展的主要因素。深入研究和揭示草原生态系统服务功能对放牧强度的响应机制,对于遏制草原退化,保护草原生态环境,支持草地畜牧业生产,实现草原永续发展具有十分重要的理论和指导意义。本研究依托国家绒毛用羊产业技术体系肃南县康乐草原固定放牧控制实验平台,以当地夏季放牧牧场—高寒草甸生态系统作为研究对象,系统分析和研究了不同降雨年份[丰水年份(2015)、干旱年份(2016)、丰水年份(2017)和平水年份(2018)]和不同放牧季节(6—9月份)条件下放牧强度对草地植物群落特征、群落多样性、草地生产力、营养品质和甘肃高山细毛羊生产性能等服务功能的影响及其机制,并建立了天然牧草营养品质可见/近红外光谱(Vis/NIR)预测模型。该野外试验平台始于2008年,试验设有4个放牧强度:0、3.7、5.3和7.6 sheep/ha,其中,0 sheep/ha作为围封对照、3.7 sheep/ha为轻度放牧处理、5.3sheep/ha为中度放牧处理和7.6 sheep/ha为重度放牧处理。本试验采用单因素(放牧强度)4个处理水平、3次重复、共12个小区的随机区组试验设计。主要研究结果如下:1.植物群落的高度、盖度和地上生物量对放牧强度及年际降雨量的响应。(1)放牧显著降低了群落的高度、盖度和地上生物量,且随放牧强度的增加,群落高度、盖度和地上生物量显著降低;(2)围栏和放牧样地群落高度、盖度和地上生物量表现出随降雨量的年际变化而出现先下降后上升又下降再上升的趋势(2015-2018);(3)放牧强度和年际降雨互作显著影响了群落高度、盖度和地上生物量。2.植物群落密度、物种丰富度指数(R)、Shannon-Wiener指数(H)、Simpson指数(D)和Evenness均匀度指数(E)对放牧强度及年际降雨量的响应。(1)放牧显著增加了群落密度、物种丰富度指数(R)、Shannon-Wiener指数(H)、Simpson指数(D)和Evenness均匀度指数(E),且随放牧强度的增加而显著增加;(2)放牧样地群落密度、物种丰富度指数(R)、Shannon-Wiener指数(H)、Simpson指数(D)和Evenness均匀度指数(E)表现出随降雨量的年际变化先下降后上升的趋势,而围封样地表现出逐渐下降的趋势(2015-2018);(3)放牧强度和年际降雨互作显著影响了群落密度、物种丰富度指数(R)、Shannon-Wiener指数(H)、Simpson指数(D)和Evenness均匀度指数(E)。3.植物群落营养品质对放牧强度、年际降雨量及季节变化的响应。(1)放牧显著增加了群落营养品质。放牧显著提高了丰水年份、平水年份和干旱年份群落营养品质,且随放牧强度的增加而显著增加;(2)降雨量的年际变化反映了群落营养品质的年际变化。丰水年份群落营养品质显著高于平水年份和干旱年份,平水年份显著高于干旱年份;对于放牧样地,群落营养品质随降雨量的年际变化表现出先下降后上升再下降再上升的趋势,而围栏样地则表现出逐渐下降的趋势(2015-2018);(3)群落营养品质存在明显的季节动态变化规律,且在牧草返青期6月份出现最大值、牧草枯黄期9月份出现最低值;放牧强度对群落生长季各月份(6-9)营养品质的影响各有不同,且均表现出随放牧强度的增加而显著升高的趋势;(4)群落营养品质同时受到放牧强度、年份降雨、季节变化的相互影响;(5)群落干物质消化率预测方程的准确性受到放牧强度、年际降雨和季节变化的显著影响。综合分析可知,在中等放牧强度5.3 sheep/ha时,群落营养品质最高。4.植物群落四个优势种物种营养品质对放牧强度、年际降雨量及季节变化的响应。(1)放牧显著提高了丰水、平水和干旱年份四个优势种(矮生嵩草、珠芽蓼、金露梅和锦鸡儿)的营养品质,且随着放牧强度的增加,矮生嵩草、珠芽蓼和锦鸡儿的影响品质显著增加,而对金露梅影响较小;(2)四个优势种牧草营养品质表现出随降雨的年际变化而变化的趋势,丰水年份四个优势种的营养品质显著高于平水年份和干旱年份,平水年份显著高于干旱年份。对于放牧样地,四个优势种的营养品质随降雨量的年际变化表现出先下降后上升再下降再上升的趋势,而围栏样地表现出逐渐下降的趋势(2015-2018);(3)四个优势种的营养品质表现出明显的季节性变化特征,且在牧草返青季6月份出现最高值,在牧草枯黄季9月份出现最低值。放牧对各优势种在各放牧月份营养品质的影响各有差异,且营养品质随放牧强度的增加显著增加;(4)群落混合牧草营养品质由优势种所决定,优势种营养品质对放牧强度表现出明显的物种特异性响应,如耐受(即较强的再生能力,如矮生嵩草和珠芽蓼)和避牧(即较低的适口性,如金露梅);(5)优势种营养指标之间的关系和干物质消化率预测方程的准确性均受到放牧处理、年份、月份和牧草种类的影响;(6)放牧强度、采样年份和采样季节互作显著影响了四个优势种的营养品质,且各优势种营养品质对放牧强度、年际变化和季节变化表现出明显的物种特异性响应。综合分析可知,矮生嵩草和珠芽蓼在放牧强度5.3 sheep/ha时,营养品质最高;金露梅和锦鸡儿在放牧强度7.6 sheep/ha时,营养品质最高。5.草地生产力和放牧绵羊生产性能对放牧强度及年际降雨量的响应。(1)降雨量是决定群落地上净初级生产力和牧草营养品质的主要因素。放牧强度越大,牧草营养品质越高,地上净初级生产力越低;(2)放牧强度最高,短期内草地的公顷增重LWG_(ha)最高,但长期而言会危及草原放牧生态系统的生产力和盈利能力,适度放牧强度(5.3 sheep/ha)可提供公顷增重LWG_(ha)的78%,满足可持续放牧管理的要求。6.高寒草甸牧草营养品质可见/近红外光谱(Vis/NIR)预测模型的建立与验证。(1)不同降雨年份(2015—2018年)、放牧月份(6—9月份)和放牧强度(0、3.6、5.3、7.6 sheep/ha)来源的混合牧草和四个优势种牧草干物质、粗蛋白、粗脂肪、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、干物质消化率和代谢能含量变异较大;(2)除粗脂肪外,其它营养指标如干物质、粗蛋白、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、干物质消化率和代谢能含量的可见/近红外光谱(Vis/NIR)预测模型决定系数RSQ为0.992~0.999,外部验证RPD为3.82~5.97,取得了最佳的定标效果,且定标方程均具较好的预测能力,能够成功应用于日常分析;(3)与其它营养品质指标相比,粗脂肪的决定系数RSQ为0.837,外部验证RPD为2.30,定标效果不理想,定标模型虽不能用于准确的定量分析测定,但仍能应用于牧草粗脂肪的粗略测定中。
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S812
【图文】：

3.1.1.1 地理概况研究区位于甘肃省河西走廊祁连山北麓，黑河中上游地带的肃南县康乐乡赛鼎村村，是甘肃祁连山国家级自然保护区的核心区（99°48′E, 38°45′N）（图3.1-a, b），也是目前祁连山森林植被最丰富、草地生物群落最完整的核心试验区和唯一的水源涵养林生态定位研究基地。该区地处蒙新大陆性气候区和青藏高原气候区的交接带上，隶属祁连山北麓，草原面积占全县总土地面积的80.3%，占全省草原总面积的10.0%（赵忠等，2010a）。该县以草原畜牧业为主体经济，是甘肃省重点牧业县和主要的高山细毛羊生产基地。区域地形狭长，处于北纬37°28′～39°49′、东经97°20′～102°13′，西北至东南长466 km

23肃祁连山国家级自然保护区核心区近 33 年（1986—2018）年均降雨量、积温变化。anges in annual average precipitation (mm) (a), annual average temperattemperature (≥0 C) over 33 years (1986—2018) in the Gansu Qilianshan NReserve.基况研究区生态环境长期形成的地带性土壤有：（1）山地栗钙土，沟谷、阴坡上部少量有山地黑钙土和暗栗钙土，有机质 3.74%、全钾 2.82%、速效磷 7.70 ppm、速效钾 118.00 ppm 和 pH 8.30；

甘肃农业大学 2019 届博士学位论文量水平。经过系统考察试验前期试验样地植被状况，发现试验群落类型为矮生嵩草+珠芽蓼+金露梅草甸。常见植物有 22 种型矮生嵩草为建群种，以根状茎珠芽蓼为亚优势种，其次为金木，优势种和亚优势种相对生物量占群落总地上生物量的 80杂类草为主，包括垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）、异松草（Thalictrum aquilegifolium）、高山火绒草（Leontopodiiqueter L.）、阴山扁蓿豆（Medicago ruthenica var. inschanicnica (Thunb.) DC.）、龙胆（Gentiana scabra Bunge）和秦。本试验为 4 年重复处理定位实验。

本文编号：2787936