不同放牧和增雨强度耦合下希拉穆仁草原三种优势植物生长与生理特征

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典型草原是内蒙古天然草原的主体,是我国北方重要的生态屏障和畜牧业生产基地。典型草原生态与环境条件脆弱,人为干扰强烈,生态系统结构与功能的正常发挥易受到放牧活动与降水变化的影响。降雨格局显著影响典型草原植物个体、种群以及生态系统的响应机制与适应机理。为探究放牧活动及区域降雨增加趋势对典型草原植物生长与生理特征的影响,本文以内蒙古希拉穆仁草原三种放牧强度(轻度放牧LG、中度放牧MG和重度放牧HG)样地共有优势种—克氏针茅(Stipa Krylovii)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)和银灰旋花(Convolvulus ammannii)为研究对象,依据该地区多年平均降水量测定值285mm,在三种放牧强度样地分别设置五个模拟增雨处理,增雨量为0mm(CK)、60mm(W1)、80mm(W2)、100mm(W3)和120mm(W4),通过测定不同放牧强度与增雨处理下三种优势植物的地上部生长特征、叶片解剖生理特征与叶片光合生理特征,探讨三种优势植物种生长与生理特征对放牧强度与增雨处理的响应及适应,揭示优势植物对未来降水增加的适应策略,以期为典型草原生态系统的健康运行、草地资源的合理利用和科学规划管理提供依据与实践指导。主要研究结果如下:(1)不同放牧强度下三种优势植物的株高和地上生物量均随增雨梯度表现出先增大后减小的趋势。三种植物的地上部生长特征在轻度放牧样地内均在W3(增雨100mm)时达到最大,而在中度和重度放牧强度样地内则均在W2(增雨80mm)时达到最大值。(2)随着增雨梯度的增加,三种植物的净光合速率以及水分利用效率均表现为先增加后减小,模拟增雨量的增加对三种植物的光合午休现象具有一定的改善作用,并且会使第一个峰值延后。三种植物在轻度放牧样地内均于增雨100mm时净光合速率最大;在重度放牧样地内于增雨80mm时最大;在中度放牧样地内,克氏针茅和糙隐子草在增雨100mm时最佳,银灰旋花在增雨80mm时最佳。(3)草原三种植物的叶片解剖结构在不同放牧强度样地的五种增雨处理下变化各异。在不同放牧小区内,叶片、角质层和主脉厚度随增雨梯度增大呈逐渐降低的趋势,维管束面积/叶面积在各放牧样地内均呈现先增大后减小的趋势,且随增雨量增大而下降明显。在三种放牧强度下,重度放牧样地内植物叶片解剖结构特征对水分环境的变化最敏感,变动幅度最大,相比而言,克氏针茅和银灰旋花的叶片结构特征对环境变化反应程度较大。(4)放牧强度与增雨处理对三种植物的各生长与生理特征影响差异明显。增雨量与克氏针茅地上生物量呈负相关,与糙隐子草和银灰旋花地上生物量呈正相关。增雨处理与三种植物叶片厚度均达到显著或极显著负相关,与净光合速率、水分利用效率呈正相关。放牧强度与三种植物地上生物量、净光合速率、水分利用效率均呈极显著负相关。综上,三种植物的生长与生理特征会对不同放牧强度和模拟增雨作出积极的响应,因此,在未来降雨增加的背景下,可根据增雨量的不同适当调整放牧活动,最大程度的发挥降雨格局变化对草原退化的改良作用,以促进植物生长发育,增强碳同化能力,积累更多光合产物,提升草原生态系统的生产力及其利用率。
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