不同放牧强度下西藏高寒草原植物根系的动态变化

The plant roots is important channel which gains moisture and nutrients, is also the important part of the underground biomass. The roots space distribution and its dynamic change and soil environment have very complicated relationship. With global climate change and carbon cycle research development, as the important soil carbon pool, the research about the roots has gradually become an international study hotspot in the related field. Compared to other regions, the plant roots grow in the alpine environment of the Tibetan plateau is well developed, is an important carbon pool. Due to lack of root research data, the calculation of roots underground biomass from aboveground biomass presumption, and soil carbon pool is mostly through conversion to organic matter content, resulting in calculation errors. Aim at these questions, this research analyze the plant roots growth, distribution, biomass etc. , and the relationship among these characteristics and soil environment, human activities on the Stipa purpurea alpine steppe in Tibet under different grazing intensity, to explore the key factor for root growth changes and its distribution. At the same time, research the plant-soil carbon distribution and storage to explore the contribution of roots on ecosystem carbon storage. These would be for the alpine grassland ecosystem carbon cycle to the lay a foundation, but also for maintenance alpine grassland structure and function of stability and degraded grassland restoration to provide a scientific basis.

根系是植物获取水分、养分的重要通道，也是生态系统地下生物量的核心，其空间分布及其动态变化与土壤环境具有极其复杂的关系。随着全球气候变化及碳循环研究的广泛开展，作为土壤碳库的重要组成部分，根系已渐渐成为国际相关领域的研究热点。与其他区域相比，生长在西藏高寒特殊环境的植物根系极为发育，在生态系统地下碳库中占据重要地位。然而，由于缺乏系统的研究数据，根系生物量往往由地上生物量推算，土壤碳库也大多通过有机质含量转换获取，导致计算结果误差很大。本研究就针对这些问题，以西藏紫花针茅高寒草原为研究对象，研究放牧对草原植物根系的影响，分析根系的生长情况、分布特征、生物量及其与土壤环境、人类活动影响关系，探索影响根系生长变化及其分布的主控因子；同时分析植物-土壤系统碳的分布和贮量，研究根系对生态系统碳贮量的贡献，为研究高寒草原生态系统碳循环奠定基础，也为维护高寒草原结构与功能稳定性及退化草地修复提供科学依据

放牧在青藏高原已有上千年的历史。近几十年来，由于放牧强度增加和几种管理政策的推行使得放牧草原发生改变。在这样的背景下，本研究选择藏北地区半干旱紫花针茅高寒草原为研究对象，通过野外控制实验和实验室分析，探讨高寒草原优势种紫花针茅根系形态特征以及不同放牧条件下生态系统植物群落和土壤的动态变化。主要结论如下：（1）影响紫花针茅根系构型的主要参数为总表面积和分叉数；1.5-2.0mm和0.8-1.0mm这两个直径级别的根主要影响紫花针茅的根系总表面积。根分叉数包括了所有侧根，分叉数越多根系在土壤空间中的分布范围就越大，越有利于根系吸收代谢及固土蓄水能力的发挥。总表面积直接反应了根与土壤的结合面积，结合面积越大则越有利于根系对无机营养物质的吸收，越能扩大其对土体中养分的利用范围，体现了紫花针茅在低温干旱的高寒草原的适应特点。（2）短期禁牧能恢复退化草地的地上植被，表现为地上生物量、植被盖度和植被高度的显著提高；但对退化高寒草地的土壤改良效果不大，表现为绝大部分的土壤性质(包括容重、pH、土壤颗粒组成和团聚体)和营养指标（包括土壤有机碳、土壤有效氮和有效磷）在禁牧区和自由放牧区无差异。（3）短期禁牧目前不改变生态系统总C库，但会造成地上生物量C库显著增加，土壤表层C库的减少，由于生物量C库在总C库中分量不到10%，预计继续禁牧下去，总生态系统C库会减少。研究对于藏北高寒草原优势种紫花针茅根系形态构型有了初步认识，对于揭示放牧对藏北高寒草原植被和土壤的影响，植被-土壤系统碳的分布和贮量具有重要科学意义，同时也为保护高寒草原生态系统的稳定结构，合理进行生态管理以为退化草地修复提供科学依据。