白玉婷，衛(wèi)智軍*，代景忠，閆瑞瑞，劉文亭，王天樂(lè)

1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 10008；3. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018

施肥對(duì)羊草割草地植物群落和土壤C∶N∶P生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征的影響

白玉婷1，衛(wèi)智軍1*，代景忠1，閆瑞瑞2，劉文亭1，王天樂(lè)1

1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 10008；3. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018

以呼倫貝爾羊草（Leymus chinensis）草甸天然割草場(chǎng)為研究對(duì)象，通過(guò)設(shè)置不同種類肥料和不同施肥量處理，探討植物群落生產(chǎn)力、植物群落和土壤C∶N∶P生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征，試圖篩選出適合該地區(qū)草地生長(zhǎng)的施肥種類與施肥量的最優(yōu)組合。結(jié)果表明：隨著施肥水平的增加，2014年群落地上生物量呈上升趨勢(shì)，H3（尿素10.5 g·m-2+過(guò)磷酸鈣5.1 g·m-2）的生物量最高（505.8 g·m-2）；2015年群落地上生物量先增加后減少，施肥水平H2（尿素7.0 g·m-2+過(guò)磷酸鈣3.4 g·m-2）生物量最高（264 g·m-2）。2014年和2015年不同施肥處理下植物群落C、N和P含量差異不顯著。2014年不同處理間植物群落C∶N差異顯著，H3施肥水平的C∶N（29.28）顯著高于其他水平（P<0.05），而2015年C∶N隨著施肥水平的增加而增加；與C∶N變化趨勢(shì)完全相反，2014年、2015年群落的C∶P和N∶P均隨施肥水平增加而減少。2014年與2015年不同處理下土壤全C、全N和全P中，除2014年0~10 cm土層H2和H3的全N、H1的全P顯著高于其他處理（P<0.05），其他指標(biāo)在不同處理間差異均不顯著。2014年3層土壤的C∶N、C∶P和N∶P受施肥量的影響相對(duì)較小，變化范圍分別為18.31~19.42、64.06~102.51、3.38~5.19。2015年3層土壤的C∶N、C∶P和N∶P變化范圍為11.33~12.51、25.59~53.49、2.17~4.41。對(duì)比2年比值的變化，2015年C∶P和N∶P較2014分別下降了47.8%~59.7%和15.0%~35.8%。研究結(jié)果表明：從植物群落和土壤的化學(xué)計(jì)量比角度來(lái)看，N可能是本地區(qū)限制植物生長(zhǎng)的一個(gè)主要因素，P處于相對(duì)平衡的狀態(tài)，在未來(lái)的N、P混施管理中，需降低或不添加磷肥，適量添加N素，才能使群落呈現(xiàn)適中的化學(xué)計(jì)量比。關(guān)鍵詞：割草場(chǎng)；施肥；生物量；植物C∶N∶P計(jì)量比；土壤C∶N∶P計(jì)量比

生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)是研究生態(tài)系統(tǒng)能量和多重化學(xué)元素平衡的科學(xué)，是近年來(lái)新興的一個(gè)生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域，為研究植物-土壤相互作用與C、N、P循環(huán)提供了一種新的綜合方法（Sterner et al.，2002；王振興，2011）。植物通過(guò)儲(chǔ)存超過(guò)自身需要的養(yǎng)分量以適應(yīng)其生長(zhǎng)環(huán)境變化，這個(gè)過(guò)程將導(dǎo)致植物組織化學(xué)計(jì)量比值發(fā)生變化。植物群落的臨界比值可以作為植物群落生產(chǎn)力受到哪種元素的限制的判斷依據(jù)，因此植物C∶N∶P生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征研究為探索植物的養(yǎng)分利用狀況提供了一種重要的手段（曾德慧等，2005）。由于植物-土壤系統(tǒng)C、N、P循環(huán)是在植物和土壤之間相互轉(zhuǎn)換的，故將植物和土壤作為一個(gè)系統(tǒng)，探討系統(tǒng)組分間C∶N∶P的相互作用及養(yǎng)分限制類型具有重要意義。

針對(duì)植物和土壤C∶N∶P化學(xué)計(jì)量學(xué)特征及其在各組分之間的差異和相關(guān)性，目前較豐富的研究報(bào)道（Niklas et al.，2005；Niklas，2006）。國(guó)外從群落水平研究C∶N∶P化學(xué)計(jì)量臨界值存在很大爭(zhēng)議，大部分學(xué)者認(rèn)為N∶P<10受N限制，N∶P>20受P限制，也有部分觀點(diǎn)認(rèn)為N∶P<21與N∶P>23分別受N、P限制（Koerselman et al.，1996；Gusewell，2004；Zhang et al.，2004；Ladanai et al.，2010）。通過(guò)對(duì)中國(guó)草原植被C∶N和N∶P化學(xué)計(jì)量比及其影響因子進(jìn)行了分析，指出中國(guó)草原植物缺N，導(dǎo)致其N∶P比值低于全球水平（He et al.，2006）。內(nèi)蒙古草原的植物群落N∶P比值是相對(duì)穩(wěn)定的，可以作為判斷生境中N或P不足的指標(biāo)，認(rèn)為內(nèi)蒙古草原草本植物的N∶P<21時(shí)，受N限制；當(dāng)N∶P>23時(shí)，則受P限制（Zhang et al.，2003；王紹強(qiáng)等，2008；銀曉瑞等，2010）。目前國(guó)內(nèi)有關(guān)這方面的研究主要集中在不同尺度和區(qū)域植物化學(xué)計(jì)量學(xué)特征的研究上，而有關(guān)植物群落和土壤相結(jié)合的化學(xué)計(jì)量特征及其在外界因素?cái)_動(dòng)下的變化卻鮮有研究。

草地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力、物種組成、生物多樣性和種群動(dòng)態(tài)受養(yǎng)分供應(yīng)量的影響，養(yǎng)分供應(yīng)量是否充足影響有機(jī)體生長(zhǎng)、種群結(jié)構(gòu)、物種相互作用和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。由于養(yǎng)分需求、養(yǎng)分獲取策略及首選養(yǎng)分類型不同，植物群落和土壤對(duì)施肥的響應(yīng)不同。施肥可以快速、有效地消除或緩解草地土壤營(yíng)養(yǎng)匱乏的限制，顯著地提高草地生態(tài)系統(tǒng)的地上生物量（Craw，1997；周興民，2001；戎郁萍等，2002；李志堅(jiān)等，2003；李本銀等，2004；潘慶民等，2005）。同時(shí)，施肥以補(bǔ)充土壤中限制性元素含量的形式影響土壤和植物的化學(xué)計(jì)量學(xué)特征，并且有助于確定植被的最適化學(xué)計(jì)量比值和判定其限制元素類型（黃菊瑩等，2013；賓振鈞等，2014）。

以呼倫貝爾羊草（Leymus chinensis）草甸天然割草場(chǎng)為研究對(duì)象，通過(guò)設(shè)置不同種類肥料和不同濃度施肥量處理，探討植物群落生產(chǎn)力、植物群落和土壤C∶N∶P生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征，試圖篩選出適合該地區(qū)草地生長(zhǎng)的施肥種類與施肥量的最優(yōu)組合，以期為天然草原的管理利用、保護(hù)和恢復(fù)提供一些新的資料。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)自然概況

試驗(yàn)地位于中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站附近，北緯49°23′13″、東經(jīng)120°02′47″，海拔627~635 m。該地區(qū)屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，年均氣溫-2.4 ℃，極端最高、最低氣溫分別為36.17 ℃和-48.5 ℃，年積溫1580~1800 ℃，無(wú)霜期110 d；年平均降水量350 mm，多集中在7—9月且變率較大。2014年和2015年的年降雨量分別為405 mm和230 mm。試驗(yàn)地為長(zhǎng)期割草利用的羊草草甸草原固定草場(chǎng)（利用時(shí)間>20年），刈割頻率為每年1次，刈割時(shí)間為每年8月末。土壤為暗栗鈣土，地帶性植被為草甸草原羊草群落，主要優(yōu)勢(shì)種為羊草，亞優(yōu)勢(shì)種有山野豌豆（Vicia amoena）、展枝唐松草（Thalictrum squarrosum）、細(xì)葉白頭翁（Pulsatilla turczaninovii）、貝加爾針茅（Stipa baicalensis）、糙隱子草（Cleistogenes squarrosa），常見(jiàn)種有寸草苔（Carex duriuscula）、雙齒蔥（Allium bidentatum）、裂葉蒿（Artemisia tanacetifolia）等。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

樣地選取長(zhǎng)期割草利用的羊草草甸草原固定草場(chǎng)，于2014年5月初建立試驗(yàn)區(qū)。為減少土壤肥力等非處理因素的影響，采取單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，5種處理，3個(gè)區(qū)組，共計(jì)15個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)面積為6 m×10 m，中間設(shè)置2 m的緩沖帶。隨后用9QP-830型草地破土切根機(jī)進(jìn)行切根處理，切根深度為15 cm，切根長(zhǎng)寬度為30 cm×30 cm，呈網(wǎng)格狀。根據(jù)2013年土壤養(yǎng)分本底調(diào)查結(jié)果（0~30 cm土壤全N含量為2.86 g·kg-1、全P為0.49 g·kg-1、全C為31.67 g·kg-1），選取CK（切根）和切根基礎(chǔ)上的4個(gè)施肥濃度的小區(qū)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，分別為：H0（N 0 g·m-2+P 0 g·m-2）、H1（N 3.5 g·m-2+P 1.7 g·m-2）、H2（N 7.0 g·m-2+P 3.4 g·m-2）和H3（N 10.5 g·m-2+P 5.1 g·m-2），共計(jì)5個(gè)處理，15個(gè)小區(qū)。于2014年和2015年6月初進(jìn)行施肥，施肥方式為氮磷加水混勻后人工噴施。N選擇有機(jī)態(tài)尿素（CON2H4，總氮含量≥46.4%），P選擇有機(jī)態(tài)過(guò)磷酸鈣（P2O5含量≥16%）。

1.3 取樣方法及樣品測(cè)定方法

分別于2014年8月中旬和2015年8月中旬進(jìn)行樣品采集。在每個(gè)小區(qū)內(nèi)設(shè)定3個(gè)1 m×1 m的隨機(jī)樣方，齊地面刈割，帶回實(shí)驗(yàn)室后在65 ℃的烘箱內(nèi)烘48 h備用；將烘干后的植物樣品用剪刀絞碎后充分混合，采用“四分法”抽取足量混合樣品用“植物樣品粉碎機(jī)”研磨，最后通過(guò)相應(yīng)的方法測(cè)定其主要養(yǎng)分含量。主要測(cè)定指標(biāo)為：群落地上生物量（CAB）、群落全碳（CTC）、群落全氮（CTN）、群落全磷（CTP）。

在刈割后的樣方內(nèi)采集土壤樣品，每個(gè)樣方設(shè)置3個(gè)隨機(jī)取樣點(diǎn)，用直徑為7 cm的土鉆分3層（0~10 cm，10~20 cm，20~30 cm）采集地下土壤，將3點(diǎn)同層的土壤混勻后帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干備用。然后將3點(diǎn)土壤混勻后用“四分法”取足量土帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干，先過(guò)2 mm土壤篩，去除石子、葉片殘枝等雜物，然后用研缽研磨土壤后分別過(guò)1 mm和0.149 mm的土壤篩，最后測(cè)定土壤的養(yǎng)分含量。主要測(cè)定指標(biāo)分別為：全碳（STC）、全氮（STN）、全磷（STP）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用統(tǒng)計(jì)軟件（SPSS 21）對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析，以施肥量作固定因子，分別以群落生物量、植物群落和土壤C、N、P含量及其化學(xué)計(jì)量比作因變量，采用Duncan法進(jìn)行多重比較，同時(shí)對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行直線和曲線回歸分析，用F值檢驗(yàn)其顯著性，采用Office Excel 2013進(jìn)行作表和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物群落生物量對(duì)施肥的響應(yīng)

2014年和2015年植物群落生物量（CAB）對(duì)不同施肥水平的響應(yīng)不同。2014年CAB的變化趨勢(shì)明顯（圖1），隨著施肥水平的提高CAB逐漸增加（CK0.05），最多下降了220%。

圖1 群落地上生物量的變化Fig. 1 The variation tendency of community above-ground biomass

2.2 植物群落C、N、P含量變化及其計(jì)量比對(duì)施肥的響應(yīng)

2014年和2015年不同施肥處理下植物群落C、N和P含量差異均不顯著（P>0.05）。2014年植物群落全碳（CTC）和全氮（CTN）變化范圍在40.91%~42.43%、1.47%~1.98%，整體趨勢(shì)比較平穩(wěn)（圖2a、b）。與CTC、CTN變化趨勢(shì)完全相反（圖2c），植物群落全磷（CTP）隨著施肥水平的增加而逐漸上升（P<0.05）；2015年，CTC、CTN含量呈隨著施肥水平增加呈逐漸下降的趨勢(shì)（P<0.05）。除2015年H2的CTP含量顯著低于2014年外，（P<0.05），CTP含量總體呈逐漸增高的趨勢(shì)。

圖2 群落養(yǎng)分含量的變化Fig. 2 The variation of the community nutrient content

植物群落的化學(xué)計(jì)量比同樣發(fā)生了明顯的改變。2014年和2015年不同處理間植物群落C∶N變化范圍分別為22.13~36.61和25.12~3.14。其中，2014年C∶N在各處理間差異顯著（圖3a），H3顯著高于CK、H0、H2（P<0.05），但C∶N并未隨施肥水平的增加呈現(xiàn)顯著的變化趨勢(shì)（P>0.05）；2015年植物群落C∶N隨著施肥水平的增加呈現(xiàn)直線上升的變化趨勢(shì)（P<0.05）。與C∶N變化趨勢(shì)完全相反，2014、2015年群落的C∶P和N∶P均隨施肥水平增加呈現(xiàn)出逐漸下降的變化趨勢(shì)，其中，2014年群落的C∶P變化趨勢(shì)達(dá)到顯著水平（圖3b、圖3c）。

2.3 土壤C、N、P及其計(jì)量比對(duì)施肥的響應(yīng)

圖3 群落化學(xué)計(jì)量的變化Fig. 3 The variation of community chemometry

土壤C、N、P含量整體上呈垂直分布，隨著土層增加其含量逐漸下降（圖4）。2014年與2015年，不同處理下土壤全C（STC）并未因?yàn)榉柿系奶砑佣l(fā)生顯著性改變（P>0.05），3個(gè)土層中的STC含量均具呈垂直分布且每個(gè)土層之間差異顯著（P<0.05），每層土壤STC的含量都較上一層降低了20%~30%（圖4a、b）。2014年全N（STN）含量隨著施肥水平的增加呈緩慢下降趨勢(shì)（圖4c、d），3個(gè)土層STN含量并未受顯著性影響（P>0.05）；2015年STN含量隨著施肥水平的增加呈顯著下降趨勢(shì)（P<0.05），其中，H2、H3的0~10 cm土層中STN含量顯著高于其他處理（P<0.05）。2014年10~20 cm土層處理間的全P（STP）含量差異顯著（圖4e、f），其中，H1顯著高于CK、H3（P<0.05）；而2015年3個(gè)土層的STP含量在各處理間差異不顯著（P>0.05），整體呈現(xiàn)出先降后升的變化趨勢(shì)；2015年3個(gè)土層的STP含量均顯著地高于2014年，最多高出了44%。

從年際變化上看，2014年相同處理下的3個(gè)土層STC含量均高于2015年，降低幅度在28%~38%之間；2015年3個(gè)土層的STN含量比2014年高1.29%~14.5%；2015年3個(gè)土層的STP含量比2014高4%~58%。

土壤C、N、P的化學(xué)計(jì)量比隨施肥濃度增加而呈現(xiàn)不同程度的變化，并且個(gè)別比值呈現(xiàn)出顯著的變化趨勢(shì)（圖5）。2014年3層土壤的C∶N、C∶P和N∶P受施肥水平的影響相對(duì)較小，變化范圍分別為18.31~19.42、64.06~102.51、3.38~5.19。0~10 cm、10~20 cm土層中C∶N有緩慢上升趨勢(shì)，20~30 cm土層中C∶N有緩慢下降趨勢(shì)，其中，CK處理20~30 cm土層C∶N高于0~10 cm土層。土壤N∶P和C∶P變化相似，0~10 cm土層的比值最高，20~30 cm土層最低，比值的下降幅度較為均勻。

2015年3層土壤的C∶N、C∶P和N∶P變化范圍為11.33~12.51、25.59~53.49、2.17~4.41。C∶N整體呈下降趨勢(shì)，除10~20 cm外，其他土層下降趨勢(shì)均達(dá)顯著性水平（圖5b）；隨著施肥水平的增加，0~10 cm土層C∶P和N∶P呈上升趨勢(shì)，10~20 cm層變化較為平緩，而20~30 cm土層有下降趨勢(shì)。對(duì)比2年比值的變化，2015年C∶P和N∶P較2014年分別下降了47.8%~59.7%和15.0%~35.8%。

3 討論

3.1 施肥對(duì)群落生物量的影響

圖4 3層土壤全量元素的變化Fig. 4 The variation of soil total element amount in three soil lay

草地施肥打破了土壤養(yǎng)分固有的平衡，緩解了群落對(duì)限制性元素的需求，有利于植物干物質(zhì)的形成和積累，提高了群落生物量。在一定范圍內(nèi)，隨著施肥水平的增大，草地的地上生物產(chǎn)量也隨之提高（何玉惠等，2015；李文嬌等，2015）。有學(xué)者通過(guò)研究植物地上生物量與施肥水平的關(guān)系，建立了函數(shù)方程，為定量施肥提供了參考（周青平等，2005）。本試驗(yàn)對(duì)施肥水平與群落地上生物量的關(guān)系進(jìn)行了回歸分析，證實(shí)了施肥與產(chǎn)量之間確實(shí)有直接的聯(lián)系，但由于不同地區(qū)氣候、土壤的差異，施肥閾值的確定并不唯一。關(guān)于施肥閾值的研究也有不同結(jié)論，每年10.5 g·m-2的氮素施用量是整個(gè)歐亞大陸成熟或退化草地的一個(gè)添加閾值，如果超過(guò)這個(gè)用量，群落生物量、物種多樣性、功能群結(jié)構(gòu)的變化將不再明顯（Bai et al.，2010；曹文俠等，2015；宗寧等，2014）。有研究表明，7.8 g·m-2的氮素施用量對(duì)內(nèi)蒙古典型草原割草場(chǎng)地上生物量的提高效果明顯，當(dāng)肥料用量超過(guò)30 g·m-2時(shí)，施肥對(duì)草地地上生物量的增加效果就不再明顯（寶音陶格濤等，2011；邱波等，2004）。從內(nèi)蒙古西部到東部，適宜的施肥量亦存在較大差異（孫浩智，2014）。本研究2014年地上生物量的擬合結(jié)果顯示，即使在H3（N 10.5 g·m-2+P 5.1 g·m-2）的高施用量下，群落生物量依然表現(xiàn)出明顯的增高趨勢(shì)，可能是N、P之間存在很強(qiáng)的交互作用（于麗等，2015），N、P配施會(huì)使草地主要限制因子（N、P）的添加效應(yīng)放大，從而大幅提高了本地區(qū)的施肥閾值（郭繼勛等，1994）。2015年中等水平肥料施用量（N 7.0 g·m-2+P 3.4 g·m-2）下，草地群落生物量最高。同時(shí)，2015年不同處理群落生物量均低于2014年，可能是由于研究期內(nèi)年降水量的大幅波動(dòng)極大的影響了群落地上生物量的變化趨勢(shì)和肥料閾值。水分是制約天然草場(chǎng)群落產(chǎn)量的主導(dǎo)因子，而產(chǎn)量變化與主要?dú)夂蛞蜃拥淖兓?guī)律在時(shí)間上基本是同步的，植物生長(zhǎng)季內(nèi)降雨的多少將直接決定植物地上產(chǎn)量的高低（曾冬萍等，2013）?？梢?jiàn)，在水分充足的條件下，該地區(qū)的最適肥料濃度閾值也會(huì)有所增加，水分變化也是確定施肥標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。

3.2 施肥對(duì)植物群落C、N、P及其計(jì)量比的影響

植物群落C、N和P含量的高低，在一定程度上體現(xiàn)了植物群落對(duì)當(dāng)?shù)赝寥罈l件的適應(yīng)狀況，而元素化學(xué)計(jì)量學(xué)比在反映生態(tài)系統(tǒng)中大部分元素的循環(huán)模式的同時(shí)還可以反映植物的生長(zhǎng)速率，也可以將其作為一個(gè)植物生長(zhǎng)限制性因素的判斷標(biāo)準(zhǔn)（王紹強(qiáng)等，2008；管宇等，2009）。從本研究群落C∶N的變化上看，施肥兩年中群落的C∶N

圖5 3層土壤元素化學(xué)計(jì)量的變化Fig. 5 The variation tendency of soil stoichiometric ratio in three soil lay

均隨著施肥水平的增加而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，這一結(jié)果與前人的研究結(jié)果相似，產(chǎn)生這一結(jié)果的原因主要與群落氮素養(yǎng)分含量高低有關(guān)（黃菊瑩等，2013）。2014年和2015年兩年的群落全C變化相對(duì)平穩(wěn)，而群落全N卻隨施肥水平的變化呈現(xiàn)兩種不同的趨勢(shì)。2014年植物群落對(duì)土壤氮素的利用效率高，土壤氮素向植物流動(dòng)，但高濃度的施氮抑制了這一作用效果（許秀美等，2001）；而2015年由于年降雨量（230 mm）低于該地區(qū)年平均降水量（350 mm），使得這種抑制效果加重。雖然干旱環(huán)境中植物的生長(zhǎng)速率會(huì)降低，但有研究認(rèn)為植物在較低的生長(zhǎng)速率下卻具有較高的吸收速率（Zhang et al.，2004）。研究表明，中國(guó)草本植物的C∶N通常在16左右（管宇等，2009），而試驗(yàn)中所有處理中的群落C∶N均在22以上，遠(yuǎn)高于全國(guó)平均水平，這也從側(cè)面反映了該地區(qū)氮素相對(duì)匱乏的現(xiàn)象。許多學(xué)者認(rèn)為植物體內(nèi)的C∶P越低，那么它就具有越高的生長(zhǎng)速率（Elser et al.，2007；張杰琦，2011）。本試驗(yàn)中群落C∶P隨施肥水平的增高而逐漸下降，原因是由于施肥水平的增加可能帶來(lái)了植物群落整體生長(zhǎng)速率的增大。N∶P隨著施肥水平的增大而降低，可能是N、P肥混合施用使群落N∶P變化趨勢(shì)發(fā)生改變。有研究認(rèn)為，當(dāng)植物群落的N∶P小于14時(shí)，植物生產(chǎn)力受N的限制較多；當(dāng)N∶P大于16時(shí)，則受P的限制較大；介于兩者之間時(shí)，則受N、P的共同限制（Koerselman et al.，1996；羅亞勇等，2012）。也有不同研究表明，N∶P小于21時(shí)為N限制，N∶P大于23時(shí)為P限制。無(wú)論以哪種結(jié)論為判別標(biāo)準(zhǔn)，本地區(qū)群落更多地表現(xiàn)為N限制，因?yàn)樗刑幚碇械腘∶P均小于16（張杰琦，2011）。結(jié)合以上化學(xué)計(jì)量比的研究可知，在未來(lái)的N、P混施管理中，需降低或不添加磷肥，才能使群落呈現(xiàn)適中的化學(xué)計(jì)量比。

3.3 施肥對(duì)土壤C、N、P及其計(jì)量比的影響

不同施肥濃度下土壤元素之間的化學(xué)計(jì)量比，可以作為土壤限制性因素和肥力變化的指標(biāo)（丁小慧等，2012）。本試驗(yàn)中，2014年土壤C、N、P比值的變化對(duì)不同濃度的氮磷添加響應(yīng)較小且無(wú)明顯的變化規(guī)律，這與許多研究結(jié)論一致（黃菊瑩等，2013；李艷，2014）。2015年土壤C∶N和N∶P出現(xiàn)了明顯變化趨勢(shì)，原因可能是2015年降水較為匱乏，土壤養(yǎng)分與植物利用的關(guān)系變?nèi)酰柿现械脑馗嗟乇毁A存到土壤之中，施肥效應(yīng)更多地體現(xiàn)在土壤層面。中國(guó)的土壤C∶N平均值在10∶1~12∶1之間（黃昌勇，2000），而王紹強(qiáng)等（2008）認(rèn)為腐殖質(zhì)較高的土壤C∶N比大致為14∶1，本試驗(yàn)2014年所有處理土壤C∶N均在18.5~19.5之間，高出以上水平很多。在自然狀態(tài)下，有機(jī)質(zhì)高的土壤其C∶N越高（Batjes，1996），說(shuō)明本地區(qū)土壤全C依然豐富。土壤N∶P也可以指示土壤N或P限制，一般可以接受的觀點(diǎn)是，較低的土壤N∶P更適合群落的生長(zhǎng)（鄔畏等，2010），它反映了植物受N限制；而較高的N∶P則反映植物受P限制（黃菊瑩等，2013）。2015年0~10 cm的土壤N∶P隨施肥水平的增高呈直線上升的趨勢(shì)，更多N、P停留在土壤中，引起土壤中N∶P的增大，N、P濃度的增加可能加劇了上層土壤的P限制。

4 結(jié)論

由于施肥兩年降雨量的差異，2014年施肥處理H3（N 10.5 g·m-2+P 5.1 g·m-2）草地群落生物量最高，而2015年施肥處理H2（N 7.0 g·m-2+P 3.4 g·m-2）草地群落生物量最高。

2014年和2015年不同施肥處理下植物群落C、N和P含量差異均不顯著（P>0.05）。試驗(yàn)中所有處理中的群落C∶P和N∶P均隨著施肥水平的增大而降低，C∶N均在22以上，N∶P均小于16，表現(xiàn)為N限制。

本試驗(yàn)2014年土壤C、N、P比值的變化對(duì)不同水平的氮磷添加響應(yīng)較小且無(wú)明顯的變化規(guī)律。2015年STN含量隨著施肥水平的增加呈顯著下降趨勢(shì)（P<0.05），其中H2、H3的0~10 cm土層中STN含量顯著高于其他處理。2014年所有處理中土壤C∶N均在18.5~19.5之間，說(shuō)明本地區(qū)土壤全C依然豐富。2015年0~10 cm的土壤N∶P隨施肥水平的增高呈直線上升的趨勢(shì)，更多N、P停留在土壤中，引起土壤中N∶P的增大，N、P濃度的增加可能加劇了上層土壤的P限制。

結(jié)合以上化學(xué)計(jì)量比的研究可知，N可能是本地區(qū)限制植物生長(zhǎng)的一個(gè)主要因素，P處于相對(duì)平衡的狀態(tài)，在未來(lái)的N、P混施管理中，需降低或不添加磷肥，適量添加N素，才能使群落呈現(xiàn)適中的化學(xué)計(jì)量比。

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Responses of Plant and Soil C∶N∶P Stoichiometry to Fertilization in Leymus chinensis Mowing Meadow

BAI Yuting1, WEI Zhijun1*, DAI Jingzhong1, YAN Ruirui2, LIU Wenting1, WANG Tianle1
1. College of Ecology and Environmental Science, Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot 010019, China;
2. Institute of Agriculture Resource and Regional Planning, Chinese Academy of Agriculture Sciences, Beijing 010010, China;
3. College of Science, Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot 010018, China

The experiment was conducted to study the effects of plant community productivity, plant community and soil C∶N∶P ecological characteristics of chemometrics In hulunbuir Leymus Chinensis Mowing Meadow, by using different kinds of fertilization and different fertilizer treatment, in order to select the optimal combination of the grassland types and fertilizer rate for this region. Our objective was to explore the influence of nitrogen (N) and phosphorus (P) fertilizer levels on carbon C∶N∶P stoichiometry of plant community and soil with Leymus Chinensis Mowing Meadow. Our results showed that adding the concentration fertilizer reduced community biomass on the ground was on the rise in 2014 and H3 (N 10.5 g·m-2+P 5.1 g·m-2) has the highest biomass (505.8 g·m-2), but community biomass on the ground climbed up and then declined in 2015 and H2 (N 7.0 g·m-2+P 3.4 g·m-2) was the highest biomass (264 g·m-2). The total carbon, total nitrogen and total phosphorus of plant community had no marked change in 2014. It is opposite change tendency that C: P and N: P; Other indexes were not significant difference besides total N of H2 and H3, total P of H1 in 2014. In 2014, the change range of three layers of soil C∶N and C, P and N∶P is influenced by fertilization concentrations are relatively small, is respectively 18.31~19.42, 64.06~102.51 and 3.38~5.19. The change of the contrast ratio of 2 years, C∶P and N∶P in 2015 had decline about is 47.8%~59.7% and 15.0%~35.8%. It indicates that nitrogen element may be a major factor of limiting plant growth and phosphorus element can make the nutrient ratio in a relatively balanced state by the view of plant community and soil stoichiometric ratio in this region. The short-term fertilization for the region to ease restrictions on the nitrogen and phosphorus element, but too much nitrogen element added could lead to a change in limiting factor.

mowing land; fertilization; biomass; plant C∶N∶P stoichiometry; soil C∶N∶P stoichiometry．

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.04.011

S812.29; X173

A

1674-5906（2017）04-0620-08

白玉婷, 衛(wèi)智軍, 代景忠, 閆瑞瑞, 劉文亭, 王天樂(lè). 2017. 施肥對(duì)羊草割草地植物群落和土壤C∶N∶P生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 26(4): 620-627.

國(guó)家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（2013060）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFC0500603）

白玉婷（1990年生），女，博士研究生，主要從事草地資源與生態(tài)管理研究。E-mail: nmgndbyt@163.com

*通信作者。E-mail: nmndwzj@163.com

2017-03-04