Effects of grazing intensity and grazing exclusion on litter decomposition in the temperate steppe of Nei Mongol,China

Aims Grazing intensity and grazing exclusion affect ecosystem carbon cycling by changing the plant community and soil micro-environment in grassland ecosystems. The aims of this study were: 1) to determine the effects of grazing intensity and grazing exclusion on litter decomposition in the temperate grasslands of Nei Mongol; 2) to compare the difference between above-ground and below-ground litter decomposition; 3) to identify the effects of precipitation on litter production and decomposition. Methods We measured litter production, quality, decomposition rates and soil nutrient contents during the growing season in 2011 and 2012 in four plots, i.e. light grazing, heavy grazing, light grazing exclusion and heavy grazing exclusion. Quadrate surveys and litter bags were used to measure litter production and decomposition rates. All data were analyzed with ANOVA and Pearson’s correlation procedures in SPSS. Important findings Litter production and decomposition rates differed greatly among four plots. During the two years of our study, above-ground litter production and decomposition in heavy-grazing plots were faster than those in light-grazing plots. In the dry year, below-ground litter production and decomposition in light-grazing plots were faster than those in heavy-grazing plots, which is opposite to the findings in the wet year. Short-term grazing exclusion could promote litter production, and the exclusion of light-grazing could increase litter decomposition and nutrient cycling. In contrast, heavy-grazing exclusion decreased litter decomposition. Thus, grazing exclusion is beneficial to the restoration of the light-grazing grasslands, and more human management measures are needed during the restoration of heavy-grazing grasslands. Precipitation increased litter production and decomposition, and below-ground litter was more vulnerable to the inter-annual change of precipitation than above-ground litter. Compared to the light-grazing grasslands, heavy-grazing grasslands had higher sensitivity to precipitation. The above-ground litter decomposition was strongly positively correlated with the litter N content (R² = 0.489, p < 0.01) and strongly negatively correlated with the soil total N content (R² = 0.450, p < 0.01), but it was not significantly correlated with C:N and lignin:N. Below-ground litter decomposition was negatively correlated with the litter C (R² = 0.263, p < 0.01), C:N (R² = 0.349, p < 0.01) and cellulose content (R² = 0.460, p < 0.01). Our results will provide a theoretical basis for ecosystem restoration and the research of carbon cycling.     

畜尿排泄特征及其对草地植被和家畜选择采食的作用

综述了畜尿特征及其对草地植被和家畜选择采食的作用.畜尿主要成分为尿素,尿斑N浓度一般为20～80 g N/m2.家畜排尿量和尿斑大小与家畜种类、饮水次数和放牧季节有关.畜尿空间分布表现为数量和浓度的不同,常呈线形函数形式随机分布于家畜采食路线周围,尿斑中心与边缘的尿N浓度差别很大.通常,畜尿对草地植物的影响限于尿斑区域,约为尿斑面积的2倍,作用时间可持续6～12个月;对草地植物生长具长期促进和短期灼烧作用,其效应大小与尿N浓度和施尿时期有关.一般畜尿促进禾草生长,抑制豆科草的生长和固氮作用.尿斑处植物的N成分比非施尿斑块高,植物吸收的N量随家畜年排泄N不同而异,尿排泄对植物生长的正效应发生于≤250 kg N/(hm2·a)情况下.畜尿排泄增加草地植物多度、丰富度和群落多样性,并受放牧、培育措施的影响.不同植物对畜尿的响应不同,放牧家畜对尿斑不同植物的选食性和补偿性生长差异,是引起和维持草地异质性的重要因素之一.放牧家畜具优先选食和反复采食尿斑植物或高营养斑块的特点,亦经常在远离高营养植被斑块的地方采食.具体草地管理与生产实践中,可通过在草地采食不足的地方设置饮水点、补饲料及搭荫棚等措施,提高家畜对整个草地的利用,以降低家畜对尿排泄物密集区高N植被斑块的过度采食.     

放牧对鄂尔多斯高原油蒿草场生物量及植被-土壤碳密度的影响

以围封保护和自由放牧油蒿草场为研究对象,通过野外调查与室内分析,研究了围封和放牧条件下沙地草场生物量和植被-土壤碳密度。结果表明:(1)自由放牧使油蒿群落中植物种类增加,但降低了植物群落盖度。自由放牧不仅导致油蒿草场地上、地下总生物量降低,也使得油蒿地上、地下生物量占群落地上、地下总生物量的比例减小。生长季自由放牧样地凋落物生物量显著大于围封保护样地(P0.05);(2)围封保护样地植被碳密度大于自由放牧样地,土壤碳密度却小于自由放牧样地,但两个样地间差异不显著(P0.05);(3)油蒿草场90%以上的碳储存于土壤中,围封保护样地和自由放牧样地油蒿草场土壤碳密度占植被-土壤系统碳密度的91%、93%;(4)围封保护油蒿草场碳密度为2.29 kg/m2,自由放牧油蒿草场碳密度为2.68 kg/m2,两个样地间差异不显著,自由放牧对油蒿草场碳密度影响不大。     

草地农业生态系统的碳平衡分析方法

根据草地农业生态系统的结构,它的碳平衡为4个生产层的碳平衡之和,也是3个界面的碳平衡之和,而某一生产层或者某一界面的碳平衡则是其固定、输入、排放和输出的碳之和。草地农业生态系统4个生产层的碳平衡分析方法定量重要生产环节的碳汇与碳源过程,便于草业生产改进碳汇管理;草地农业生态系统3个界面的碳平衡分析方法显示碳源和碳汇的发生机理,及其空间和数量关系,便于调控草业生产组分以增汇减排;但是,这两个方法不易区分碳的来源和去向,难以明确其利用效率。草地农业生态系统碳平衡分析的输入/输出法定量地指示碳的来源和去向,以及碳效率,计算简单,但是较为概括,不利于牧场尺度的草业碳汇管理。以中国祁连山甘肃马鹿牧场和澳大利亚塔斯玛尼亚奶牛牧场为例,用3种方法分析了两个牧场的碳平衡,结果表明,放牧管理的草业系统的主要碳源是休闲旅游、产品加工流通环节产生的温室气体,主要碳汇是草地和土壤中贮存的碳,好的草地管理可以增汇减排。     

祁连山高寒草原主要植物种群格局对冬季放牧的响应

以肃南裕固族自治县鹿场冬季牧场为研究对象,采用偏离系数及t检验方法结合Ripley''s K函数及蒙特卡罗随机模拟对紫花针茅种群与醉马草种群进行格局分析,进一步采用计盒维数与信息维数对紫花针茅种群与醉马草种群进行分形分析,揭示在放牧系统中优势植物的种群变化。格局分析结果表明：牧场植物的种群格局出现5种变化规律。紫花针茅种群的偏离系数在放牧率3.64 AUM/hm²时^#,出现最小值。醉马草种群的偏离系数在放牧率4.16AUM/hm²时,出现最大值。在0-1 m的研究尺度内,紫花针茅种群与醉马草种群的Ripley''s K函数结果均在蒙特卡洛随机模拟区间内,呈随机分布格局。分形分析结果表明：伴随放牧率增大,紫花针茅种群的计盒维数区间为[1.596,1.962],醉马草种群的计盒维数区间为[1.831,1.945];紫花针茅种群的信息维数区间为[1.590,1.899],醉马草种群的信息维数区间为[1.633,1.913]。在放牧率4.34 AUM/hm²时,紫花针茅种群与醉马草种群空间占据差值达到最大,信息维数相对较低,种群分布相对均匀,格局变化相对缓慢,经济效益与生态效益相平衡,最适合管理牧场。     

不同放牧制度下呼伦湖流域草原植被冠层截留

冠层截留是降雨过程中的水量分配和流域水平衡的一个重要组成部分,通过水浸泡法和降雨模拟实验研究呼伦湖流域草原3种放牧制度下(休牧、轮牧、自由放牧(超载放牧))植被冠层截留量的变化规律,并利用遥感解译植被归一化指数(NDVI),确定3种放牧制度下草原面积,估算呼伦湖流域草原降雨截留量。研究表明:在休牧、轮牧、自由放牧3种制度下,水浸泡法测定的截留量分别是0.468、0.320、0.271 mm。降雨模拟实验法测得的结果分别是0.957、0.613、0.431 mm。休牧、轮牧、自由放牧草场叶面积指数、盖度、容重、生物量等指标差异显著(P0.05),且单株植被高度、鲜重对截留量影响显著呈线性正相关关系。呼伦湖流域草原一次降雨量为大于等于30 mm全流域降雨,其植被截留量为6.462×106m3。     

放牧干扰下高原鼢鼠栖息地选择因素

以祁连山东段高寒草甸栖息的高原鼢鼠(Myospalax baileyi)为研究对象,探讨放牧干扰下高原鼢鼠适合栖息地选择的影响因素,为合理控制草原鼠害和保护生物多样性提供科学依据。在5个不同放牧强度小区中,连续3年监测高原鼢鼠相对种群密度变化,同时获取植被和土壤的变化数据。分析高原鼢鼠相对种群密度、植被(盖度、高度、频度、植被生物量、植被均匀度、丰富度、多样性和地下根系生物量)和土壤(紧实度、容重、水分)之间的关系。中度放牧干扰下,高原鼢鼠相对种群密度最低,不利于对栖息地的选择,轻度、次轻度放牧区的高原鼢鼠相对种群密度高于重度、次重度放牧区的;轻度放牧干扰的草地有利于高原鼢鼠种群数量的增加。高原鼢鼠相对种群密度与土壤紧实度、容重呈显著负相关(R=﹣0.921、﹣0.883,P0.05);与土壤水分呈显著正相关(R=0.879,P0.05);高原鼢鼠相对种群密度与地下根系生物量呈极显著正相关(R=0.982,P0.01),与植被丰富度呈显著正相关(R=0.921,P0.05),与地上植被总盖度呈显著正相关(R=0.909,P0.05),与地上生物量、均匀度、多样性呈不显著正相关(P0.05)。在草地放牧干扰系统中,非生物因素土壤紧实度、水分可能是高原鼢鼠栖息地选择的首要选择因素,食物资源也许是次要选择因素。     

围栏放牧下土壤-植被碳密度空间分布格局

对围封13年且放牧的冷季高寒矮嵩草草甸,进行了从围栏入口到内部不同距离植被和土壤碳密度状况的调查.结果表明:1)入口到50 m植被现存碳密度平均为1298.0gC·m-2,60～180m有所下降(平均为997.3 g C·m-2),200～300 m反而升高(平均为1285.5 g C·m-2).当年净初级生产碳密度分布趋势与其相同,0～50 m、60 ～180 m和200～300 m平均分别为742.5、571.0和745.7 g C·m-2.这种分布趋势与放牧过程中绵羊觅食频度和强度有关.一般在中央地带放牧强度大,绵羊觅食时间长,边缘地带受围栏效应或围栏外环境因素影响,放牧强度相对较弱,一定程度上对植被生长发育起到了保护作用,使边缘地带植被碳密度得到提高.2)从围栏入口到草场内部土壤碳密度变化趋势表现复杂,入口到100 m增加,100～170 m减小,然后略有升高.土壤碳密度最高值出现在95 m处(15.42 g C·m-2),最低值出现在170 m处(14.12 gC· m-2).目前尚不清楚为何出现这种格局,但至少认为,土壤有机质的动态转化过程受多种因素影响,与植被碳密度相比具有一定的迟滞效应.具体如何影响有机质的动态转化及其迟滞效应,有待进一步研究.     

不同放牧强度下克氏针茅(Stipa krylovii)草原的根系特征

以呼伦贝尔克氏针茅草原不同放牧强度下的演替群落为对象,开展群落及其群落建群种的地下生物量和根系形态特征研究.结果表明:从轻度放牧到重度放牧,群落种类组成和根系功能群类型趋于简单化;群落地下生物量的空间分布形态呈“T”型;不同放牧强度下草原群落的建群种出现了明显替代现象,轻度放牧样地群落建群种为密丛型根系的克氏针茅,中度放牧为疏丛型根系的糙隐子草(Cleistogenes squarrosa,重度放牧为鳞茎型根系的碱韭(Allium polyrhizum);随着放牧强度的增大,群落建群种根冠比逐渐增加,分别为0.47、1.0、4.1,并且群落建群种根系数量、根系体积、根系生物量、比根长及根长密度等各指标均发生了明显变化.另外,3种放牧强度样地群落建群种根冠比、根长密度均与土壤速效氮含量呈现显著正相关(P＜0.05).