论文中文题名: | 荒漠草原典型植物-土壤系统对不同放牧强度的响应 |
姓名: | |
学号: | 22209226079 |
保密级别: | 公开 |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085700 |
学科名称: | 工学 - 资源与环境 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2025 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 草地生态学 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2025-06-12 |
论文答辩日期: | 2025-05-26 |
论文外文题名: | Response of typical plant-soil systems of desert grasslands to different grazing intensities |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Grazing intensity ; Desert grassland ; Soil microbial community ; Microbial diversity |
论文中文摘要: |
本文以宁夏盐池地区典型荒漠草原为研究区域,设置对照、轻度、中度及重度四种放牧强度,系统评估其对植物群落特征、土壤理化性质及土壤微生物群落结构的影响,并探讨三者之间的相互作用机制。研究采用野外调查、理化分析、高通量测序与冗余分析、结构方程模型、Mantel分析方法,旨在揭示放牧干扰下植物群落、土壤环境与微生物组之间互作关系的调控机制,为荒漠草原生态系统的可持续管理与退化草地恢复提供理论支撑。研究结果如下: (1)轻度放牧促进植物地上和地下生物量积累,分别较对照组增加21.55%和15.80%,而重度放牧显著抑制植物生长,地下生物量减少43.00%。重度放牧下植物碳、氮、磷含量下降最为显著,群落丰富度和复杂度显著降低,Shannon指数与Margalef指数分别下降20.33%和34.32%。 (2)放牧强度增加显著降低土壤全碳和有机碳含量(降幅20.58%~34.40%),重度放牧显著提高铵态氮含量,尤其在20-30 cm土层增幅达70.84%,并导致10-20 cm层土壤全磷含量减少26.07%。土壤pH与容重变化不显著,表现出一定短期稳定性。 (3)土壤细菌群落对放牧响应敏感,重度放牧显著提高细菌Simpson指数,增加变形菌门丰度(提高27.55%),减少芽单胞菌门丰度(下降23%~31%);真菌群落对放牧干扰相对稳定,Alpha多样性无显著差异,但特有OTUs数量随放牧强度增加而逐渐减少。PCoA分析显示放牧显著重构细菌群落结构(解释度37.2%),对真菌群落影响较小(解释度21.9%)。 (4)冗余分析与结构方程模型结果表明,土壤有机碳为植物群落变异的关键因子(解释量25.8%),而细菌和真菌群落结构分别主要受土壤铵态氮(26.4%)与硝态氮(31.7%)驱动。放牧通过影响地上生物量、土壤pH与总碳等间接调控微生物多样性,模型可解释细菌和真菌多样性变异的68%和45%。Mantel分析进一步证实土壤有机碳、铵态氮含量及pH值是驱动细菌与真菌群落结构变化的关键环境因子。 综上所述,轻度和中度放牧在一定程度上有利于维持植物多样性与土壤养分平衡,重度放牧则导致植被退化、土壤碳氮磷养分流失。土壤有机碳、铵态氮和pH是驱动植物和微生物群落变化的关键因子。本研究系统揭示了放牧强度对荒漠草原生态系统的综合影响,为区域草地退化治理与科学放牧管理提供了理论支撑。 |
论文外文摘要: |
In this paper, four types of grazing intensities, namely, control, light, medium and heavy, were set up in a typical desert grassland in Yanchi area of Ningxia to systematically evaluate their effects on plant community characteristics, soil physicochemical properties and soil microbial community structure, and to explore the interaction mechanisms among them. Field investigation, physicochemical analysis, high-throughput sequencing and redundancy analysis, structural equation modelling, and Mantel analysis were used to reveal the mechanisms of interactions among plant communities, soil environment and microbiome under grazing disturbance, and to provide theoretical support for sustainable management of desert grassland ecosystems and restoration of degraded grasslands. The results of the study are as follows: Light grazing promoted the accumulation of above- and below-ground biomass of plants, which increased by 21.55% and 15.80%, respectively, compared with the control group, while heavy grazing significantly inhibited plant growth and reduced below-ground biomass by 43.00%. Plant carbon, nitrogen and phosphorus contents decreased most significantly under heavy grazing, and community richness and complexity decreased significantly, with Shannon index and Margalef index decreasing by 20.33% and 34.32%, respectively. The increase in grazing intensity significantly reduced the soil total carbon and organic carbon content (20.58%~34.40%), and heavy grazing significantly increased the ammonium nitrogen content, especially in the 20-30 cm layer by 70.84%, and caused a 26.07% decrease in the total phosphorus content in the 10-20 cm layer. The overall changes in soil pH and bulk weight were not significant, showing some short-term stability. The soil bacterial community was sensitive to grazing, and heavy grazing significantly increased the bacterial Simpson's index, promoted the abundance of Ascomycetes (increased by 27.55%), and decreased the abundance of Bacillariophyta (decreased by 23%-31%); the fungal community was relatively stable to the grazing disturbance, and there was no significant difference in the Alpha diversity but the number of endemic OTUs decreased with the increase of the intensity of grazing. PCoA analysis showed that grazing significantly reconfigured the structure of bacterial community (37.2% explained degree), and had less effect on fungal community (21.9% explained degree). Redundancy analysis and structural equation modeling results indicated that soil organic carbon was a key factor in plant community variation (25.8% explained), while bacterial and fungal community structure was mainly driven by soil ammonium nitrogen (26.4%) and nitrate nitrogen (31.7%), respectively. Grazing indirectly regulated microbial diversity by affecting aboveground biomass and soil pH and total carbon, with the model explaining 68% and 45% of the variation in bacterial and fungal diversity. Mantel analyses further confirmed that soil organic carbon, ammonium nitrogen content and pH were the main environmental factors driving changes in bacterial and fungal community structure. In conclusion, light and medium grazing is beneficial to maintain plant diversity and soil nutrient balance to a certain extent, which is ecologically sustainable, while heavy grazing leads to degradation of vegetation, loss of soil carbon, nitrogen and phosphorus, and microbial community disruption, which disturb the stability of the ecosystem. This study systematically reveals the comprehensive effects of grazing intensity on desert grassland ecosystems, and provides theoretical support for regional grassland degradation management and scientific grazing management. |
参考文献: |
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中图分类号: | Q171.4/S812 |
开放日期: | 2025-06-12 |