青藏高原高寒草地牧草营养品质对气候变化和人类活动的响应研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 秦勇 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 张宪洲 ; 付刚 |
| 关键词 | 青藏高原 气候变化 人类活动 牧草营养品质 时间稳定性 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 青藏高原高寒草地作为对全球变化高度敏感的生态系统，其牧草营养品质的响应研究对于保障区域生态安全与牧业可持续发展具有重要意义。尽管现有研究在草地生产力时空格局与生物多样性维持机制方面取得了重要进展，但普遍存在“重产量、轻品质”的局限性，且对牧草营养品质的多尺度响应规律、功能群互作机制及其稳定性特征等方面仍缺乏系统性的认知。因此，亟需深入探讨气候变化与人类活动对高寒草地牧草营养品质的影响，并揭示其与环境因子的驱动机制。本论文通过整合多源数据（现有文献数据、野外样带观测、机器学习模拟）与多维度分析（群落–光合类型–功能群），结合植物群落结构、土壤理化性质和气候因子的观测，探讨了气候变化和人类活动对牧草营养品质的整体效应、围栏对牧草营养含量及其库的总体影响及其空间格局变化，以及2000–2020 年青藏高原高寒草地牧草营养品质时间稳定性的时空格局，取得了以下主要研究结果： （1）气候变化与人类活动对高寒草地牧草营养品质的整体效应呈现多维度分异. 在群落层面，氮添加显著提升粗蛋白（+21.11%）但降低灰分（-10.28%）和粗脂肪（-3.54%），放牧通过降低纤维含量（-8.52%–-10.37%）并提升粗脂肪、代谢能等（+12.01–+18.89%）优化牧草品质，而CO₂浓度升高加剧碳氮失衡，导致粗蛋白下降（-8.49%）且木质素积累（+50.43%）。在光合类型层面，C3 植物对增温响应强烈，其非纤维性碳水化合物（+5.47%）和钙（+9.47%）显著增加，而C4 植物在降水减少下，酸性洗涤纤维（+13.42%）和纤维素（+4.42%）激增，品质劣化。在功能群层面，禾本科在氮添加下粗蛋白提升33.26%，但水溶性碳水化合物（-2.74%）降低；莎草科对多种因子响应均为正，表现出较强适应性；豆科主要对放牧和氮添加敏感，粗蛋白和矿质营养（尤其钙）显著提升；杂草响应高度敏感但波动大，在放牧与氮添加下营养品质改善，对水分变化反应不稳定。实验处理方式方面，红外增温较开顶箱更能有效提升粗蛋白（6.37 % vs.不显著）；硝酸铵作为氮源时，禾本科（+41.80%）和莎草科粗蛋白（+46.02%）积极响应明显；放牧系统中以羊作为主要牲畜时粗蛋白的响应最佳（+16.80%）。轮牧制度相较于持续放牧更有利于提高牧草粗蛋白（+12.97% vs. +7.16%）。 （2）围栏管理对牧草营养品质的空间异质化调控. 整体上，围栏使群落的粗蛋白含量增加了7.90%，粗灰分和水溶性碳水化合物含量分别降低了6.20%和7.27%，粗蛋白库、粗灰分库、粗脂肪库、酸性洗涤纤维库和中性洗涤纤维库增加了13.15–29.48%。围栏对优质牧草（禾草和莎草）的影响更显著；高寒草甸和高寒荒漠草原的牧草营养品质对围栏的响应高于高寒草原。围栏异质化了群落营养品质的空间格局，均质化了莎草粗蛋白的空间格局。围栏的影响随经度、纬度和海拔的变化而异。不同功能群间营养品质差异明显，禾草是优质的纤维来源（中性洗涤纤维最高），莎草营养均衡（粗蛋白和水溶性碳水化合物最高，酸性洗涤纤维和粗脂肪居中），可食杂草是重要的储备能量来源（粗脂肪最高），不可食杂草可以提供丰富的矿物质（粗灰分最高）。牧草产量的提高普遍伴随着营养品质的降低（如粗蛋白和脂肪含量下降，纤维成分增加），但这一关系因功能群和草地管理方式而异。与空间异质法相比（基于可食牧草比例），传统均值法可能高估或低估营养承载力。 （3）牧草营养品质时间稳定性的时空分异. 2000–2020 年青藏高原高寒草地牧草营养品质时间稳定性呈现出明显的时空格局特征，人类活动改变了气候变化对这些时空格局的影响。在气候变化和人类活动的共同作用下，粗蛋白、粗灰分、粗脂肪、水溶性碳水化合物、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维时间稳定性的空间平均值分别下降了13.54%、7.40%、9.02%、17.78%、9.20%和7.28%，但仍有37.48%–45.43%区域的时间稳定性呈增加趋势。气候变化主导了粗蛋白（46.15%）、灰分（44.46%）、粗脂肪（44.22%）、水溶性碳水化合物（47.32%）、酸性洗涤纤维（28.68%）和中性洗涤纤维（45.31%）时间稳定性的相对变化，但人类活动的影响占比更高，分别达53.82%、55.53%、55.77%、52.55%、71.30%和54.68%。 综上所述，青藏高原高寒草地牧草营养品质对气候变化和人类活动的整体响应呈现显著的多维度分异，尤其在群落、光合类型和功能群层面表现突出。围栏管理在不同草地类型和环境条件下对牧草营养品质的影响差异显著，且能有效调控草地营养结构的空间格局。同时，2000–2020 年间牧草营养品质的时间稳定性呈现出明显的时空格局特征，气候变化与人类活动的交互作用深刻改变了其稳定性。这些研究结论为高寒草地生态系统可持续发展提供了理论依据和数据支持。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 208 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217247]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 秦勇. 青藏高原高寒草地牧草营养品质对气候变化和人类活动的响应研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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