放牧和刈割对典型草原植物秋季养分回收和根系养分积累的影响

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秋季植物养分回收和根系养分积累是植物提高养分利用效率、适应养分贫乏环境的重要机制。内蒙古典型草原是温带半干旱草原的典型代表,放牧和刈割是其主要的土地利用方式,是草原利用导致草原生态系统退化的重要机制,并且影响草原植物养分回收和根系养分积累,但其如何影响植物的养分回收和根系养分吸收和积累缺乏系统的研究。本研究在内蒙古典型草原建立小区实验,在草原优势植物羊草(Leymus chinensis)、大针茅(Stipa grandis)和糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)种群水平、以及这些植物为优势的群落斑块水平和群落总体水平,探究适度放牧和秋季刈割对植物养分回收和根系养分积累的影响,量化秋季植物根系养分积累过程中,植物地上部养分回收和根系养分吸收对根系养分积累的贡献率,以及认识草原利用影响生态系统养分循环的机制。主要结果如下:1.相对于不利用草地,适度放牧有提高三种优势植物叶片氮、磷浓度的趋势,并在群落水平显著提高植物叶片氮、磷浓度;刈割对三种优势植物叶片养分浓度的影响随不同生长时期而异,在生长季高峰期,羊草和糙隐子草种群的地上氮浓度显著降低,而羊草种群的地上磷浓度显著提高,群落水平植物地上养分浓度无显著变化;在衰老期,羊草种群的地上养分浓度显著提高,大针茅和糙隐子草种群无显著变化,群落水平植物地上氮浓度显著提高,地上磷浓度无显著变化。2.相对于不利用草地,适度放牧处理下草地三种优势植物氮、磷回收效率均有提高趋势,仅糙隐子草的氮回收效率提高不显著;群落的氮回收效率显著提高,而磷回收效率无显著变化。刈割处理下,羊草的氮回收效率显著提高,大针茅和糙隐子草变化不显著,羊草的磷回收效率显著降低,大针茅的磷回收效率显著提高,而糙隐子草变化不显著;群落水平植物的养分回收效率变化不显著。3.秋季植物养分回收过程中,放牧草地的羊草和糙隐子草地下生物量显著增加,而不利用草地和刈割草地优势植物地下生物量变化不显著;三种优势植物地下根系养分库显著增加,但存在种间差异。放牧处理的群落植物地下生物量显著增加,不利用和刈割草地地下生物量无显著变化;植物群落根系养分库显著增加。4.相对于不利用草地,适度放牧处理下,羊草地下生物量和氮、磷库显著降低;糙隐子草地下生物量及氮库显著降低,而磷库无显著变化;大针茅地下生物量及氮、磷库无显著变化;植物群落地下生物量显著降低,但氮、磷库无显著变化。刈割处理没有显著影响三种优势植物及群落地下生物量和养分库。5.当植物受到放牧或刈割干扰时,根系养分积累将更加依赖于根系吸收。相对于不利用草地,适度放牧处理下,植物群落氮、磷回收对植物氮、磷积累的贡献率分别降低23%和20%;刈割处理下,植物群落氮、磷回收对氮、磷积累的贡献率分别降低8%和15%;植物养分吸收的贡献率相应提高。本研究加深了草原利用影响草原植物和生态系统养分循环机制的认识。
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