不同刈割强度对北方农牧交错带草地地下净初级生产力和根系动态的影响

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草地是全球陆地生态系统重要的组成部分之一,覆盖陆地总面积的近42%。右玉草地位于我国山西省西北部,是我国北方农牧交错带的核心地区,由于近年来人口不断增加,牧民为了追求更高的经济效益,频繁地对草原进行刈割,导致草地退化越来越严重。地下根系作为植物的重要组成部分,是植物吸收水分和养分的重要器官,其生长动态对评价草地生态系统功能极其重要。因此,探究不同刈割强度对北方农牧交错带地下净初级生产力和根系动态的影响,以期找寻到最合适的刈割强度,这样既能缓解草地退化现状,同时也可以保证牧民的收益。但目前从植物整体角度出发探究刈割对植物根系影响的研究还不够全面,特别是有关不同刈割强度对植物根系动态的相关研究尤其薄弱。本研究以右玉天然草地作为对象,采用完全随机区组设计,共设置四种不同刈割强度:分别为不刈割(M0)、轻度刈割(留茬10 cm,M1)、中度刈割(留茬5 cm,M2)和重度刈割(留茬2 cm,M3),每个处理4个重复。采用内生长土芯法测定地下净生产力(BNPP),使用改良根窗法原位监测根系动态变化。根据三年野外实验数据,得到以下主要研究结果:1.三年刈割后所有研究样地优势物种仍为赖草,与刈割强度无关。特别是轻度刈割均提高了16.9%草地群落赖草的相对生物量,这表明轻度刈割既可以保证赖草的相对生物量又可以维持草地资源可持续利用。2.通过内生长土芯法得到的BNPP其数值变化在101.7-521.7 g m-2之间,其中,2018年BNPP为521.7 g m-2,比2017年和2019年显著提高63%和416%;利用改良根窗法测得的根生产力其值变化在121.6-148.5 mm cm-2之间,2018年根生产力为148.5 mm cm-2,显著高于2019年达22.1%。此外,不同刈割强度仅在2017和2019年对根生产力有显著影响,其中轻度刈割最高,两种方法测得的根生产力分别为447.3 g m-2和125.5 mm cm-2,这是由于轻度刈割促使植物产生补偿生长。f BNPP(生产力地下分配比例)对刈割的响应与BNPP相似,受年际间降水变化的强烈影响,其数值变化在28%-66%之间,2018年显著比2019年高132%。只有在2017年轻度刈割显著增加了f BNPP,这说明轻度刈割可以在干旱胁迫下增加BNPP及光合作用产物向地下根系的分配以保证植物对水分和养分的获取。3.根系动态呈现明显季节变化,但不同割草强度对植物根系季节性动态的影响不大。具体而言,根系生产量和根现存量均在每年8月达到高峰,这是因为夏季是生长季节的高峰期,此时水热条件有利,植物需要尽可能多的根系来吸收水和养分。而根系死亡量在9月达到高峰,这是由于一年生植物在9月开始大量死亡。4.不同刈割强度仅在少雨的2019年对根周转有显著影响,表现为随刈割强度的增加先上升后下降,其中,轻度刈割根周转最高为0.35 yr-1。这也说明了轻度刈割可以通过快速出生新根、死亡老根、增加根周转的策略保证植物对水分和养分的吸收以应对干旱胁迫。综上所述,轻度刈割可以保持优势物种的竞争优势和相对生物量,增加输送到地下根系的光合产物的比例,并通过增加根生物量间接地提高根周转。因此轻度刈割强度是最优的刈割强度。本研究结果能为中国北方农牧交错带的草地地下根系如何响应刈割强度提供数据支撑,并为畜牧业在生产实践中合理利用草原资源提供了理论支持。
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