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        氮素配施對(duì)三江源區(qū)退化高寒草甸植被和土壤的影響

        2023-12-29 00:00:00常濤,張騫,秦瑞敏,蘇洪燁,魏晶晶,程洪杰,趙天悅,邵新慶,周華坤
        草地學(xué)報(bào) 2023年3期

        摘要:三江源區(qū)草地退化嚴(yán)重威脅我國(guó)的生態(tài)安全,因此,研究恢復(fù)措施對(duì)草地的影響有重要意義。本研究以青海省果洛藏族自治州輕度退化高寒草甸為研究樣地,通過三種不同類型氮素(尿素CH4N2O、硫酸銨(NH4)2SO4和硝酸鉀KNO3)的九種組合配施,分析氮素配施后退化高寒草甸群落特征和土壤養(yǎng)分的變化,以探究不同類型氮素配施對(duì)退化高寒草甸恢復(fù)效果。研究結(jié)果表明,與對(duì)照相比,氮素配施顯著提高了群落初級(jí)生產(chǎn)力(Plt;0.05),且生物量隨著氮素配施量呈先增加后降低趨勢(shì),但對(duì)植物群落多樣性無顯著影響;土壤中速效氮和硝態(tài)氮呈現(xiàn)降低趨勢(shì)(Plt;0.05),但有機(jī)碳、全氮、全磷和銨態(tài)氮含量無顯著變化;利用主成分分析,通過綜合評(píng)價(jià)植被指標(biāo)和土壤指標(biāo),篩選出恢復(fù)該區(qū)域退化高寒草甸的最佳氮素配施量為47.2 g·m-2硫酸銨+72.2 g·m-2硝酸鉀+21.6 g·m-2尿素,為退化高寒草甸的恢復(fù)提供理論依據(jù)。

        關(guān)鍵詞:高寒草甸;氮素配施;土壤養(yǎng)分;生物量;恢復(fù)效果

        中圖分類號(hào):S153.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1007-0435(2023)03-0860-08

        Effects of Nitrogen Combined Application on the Vegetation and Soil of

        Degraded Alpine Meadow in the Three-River Headwaters Region

        CHANG Tao1,6, ZHANG Qian1,6, QIN Rui-min1,6, SU Hong-ye1,6, WEI Jing-jing1,2,

        CHENG Hong-jie5, ZHAO Tian-yue4, SHAO Xin-qing3, ZHOU Hua-kun1*

        (1. Key Laboratory of Cold Regions Restoration Ecology, Northwest Institute of Plateau Biology, Chinese Academy of Sciences,

        Xining, Qinghai Province 810001, China; 2. Qinghai Normal University, Xining Qinghai Province 810008, China; 3. China Agricultural

        University, Beijing 100193, China; 4. Qinghai Experimental Station for Sand Control, Xining, Qinghai Province 810001, China; 5. Animal

        Quarantine Station of Tongyu County, Baicheng, Jilin Province 1372004, China; 6. University of Chinese Academy of Sciences,

        Beijing 100039, China)

        Abstract:The degradation of grassland in Three-River Headwaters Region is a serious threat to our ecological security,so it is of great significance to study the effects of grassland restoration measures on grassland. In this study,a slightly degraded alpine meadow in Guoluo Tibetan Autonomous Prefecture of Qinghai Province was selected as the research sample. To explore the effect of different nitrogen combined application on the restoration of degraded alpine meadow,we analyzed the community characteristics and soil nutrient changes of degraded alpine meadow after the applications of nine nitrogen combinations from three different types of nitrogen (urea CH4N2O,ammonium sulfate (NH4)2SO4 and potassium nitrate KNO3). The results showed that compared with the control,nitrogen combined application significantly increased community primary productivity (Plt;0.05),but had no significant effect on plant community diversity. The available nitrogen and nitrate nitrogen in the meadow soil showed a decreasing trend (Plt;0.05),but the contents of organic carbon,total nitrogen,total phosphorus and ammonium nitrogen had no significant changes. Based on the principal component analysis,the optimal combining rate of nitrogen application rate for the restoration of alpine meadows was selected as 47.2 g·m-2 ammonium sulfate + 72.2 g·m-2 potassium nitrate + 21.6 g·m-2 urea,which provided a theoretical basis for of the nitrogen application for the restoration of degraded alpine meadow.

        Key words:Alpine meadow;Nitrogen combined application;Soil nutrients;Biomass;Restoration effect

        三江源區(qū)位于我國(guó)青海省西南部,青藏高原腹地,是我國(guó)長(zhǎng)江、黃河、瀾滄江三條大河的源頭,平均海拔3 500~4 800 m,是重要的生態(tài)屏障和水源涵養(yǎng)地[1]。高寒草甸作為三江源區(qū)重要的生態(tài)系統(tǒng)類型,占三江源區(qū)總面積的80%,具有保持水土、固碳、涵養(yǎng)水源、維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生物多樣性等生態(tài)功能[2]。同時(shí),高寒草甸也具有放牧等生產(chǎn)功能[3]。但隨著全球氣候變化和過度放牧等人類活動(dòng)干擾,三江源區(qū)高寒草甸仍處在退化狀態(tài)[4]。目前,整個(gè)三江源區(qū)正在退化的草地面積為5 687.4 km2,嚴(yán)重退化草地黑土灘面積為3 747.2 km2[5]。退化導(dǎo)致植被蓋度、地上生物量和植物多樣性下降,毒雜草增多,土壤養(yǎng)分減少,濕度和緊實(shí)度下降,土壤沙化等諸多問題[6],嚴(yán)重影響了三江源區(qū)的生態(tài)安全和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此,研究退化高寒草甸的恢復(fù)措施意義重大。

        針對(duì)三江源退化高寒草甸,我國(guó)學(xué)者已經(jīng)采用多種恢復(fù)措施,對(duì)于輕度退化草地,采取圍欄封育、施肥和適度放牧等措施。對(duì)于嚴(yán)重退化的黑土灘,采取翻耕、牧草混播等恢復(fù)措施[7]。在這些恢復(fù)措施中,施肥是最常見的恢復(fù)措施之一,其中最常見的肥料類型為氮肥。由于三江源高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)中存在氮限制[8],除少數(shù)固氮植物可以主動(dòng)固氮外,植物從自然狀態(tài)下獲取氮素比較困難。而氮元素(N)作為植物細(xì)胞的重要組成部分和植物生長(zhǎng)需要的三大養(yǎng)分之一,對(duì)于植物的發(fā)育與繁殖十分重要,施加氮肥可以快速增加土壤養(yǎng)分[9],提高群落的初級(jí)生產(chǎn)力和群落蓋度[10],進(jìn)而維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和多樣性。但以往的氮素恢復(fù)研究主要集中在單一氮肥恢復(fù),主要以尿素(CH4N2O)為主,其特點(diǎn)是氮素含量大,適用性廣。但植物根系主要吸收的是無機(jī)氮[11],尿素不能被植物直接快速吸收,需要在土壤中經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化才能被植物利用,對(duì)植物作用較慢[12]。長(zhǎng)期施加尿素會(huì)造成植物多樣性下降,土壤酸化等問題[13-14]。而銨態(tài)氮和硝態(tài)氮作為無機(jī)氮可以快速被植物吸收利用,顯著提高植物生物量[15],并且銨態(tài)氮和硝態(tài)氮肥對(duì)于土壤中無機(jī)氮的貢獻(xiàn)率更高,能供給土壤更多速效養(yǎng)分,增加土壤肥力[16]。

        基于目前草地退化的現(xiàn)實(shí)和氮素恢復(fù)存在的問題,本研究選取青海果洛州瑪沁縣輕度退化高寒草甸作為試驗(yàn)樣地,將快速被植物吸收的無機(jī)氮(硝態(tài)氮和銨態(tài)氮)和較為持久供給的有機(jī)氮結(jié)合起來,形成不同氮素組合,探索不同氮素配施對(duì)退化高寒草甸植被和土壤特征的影響,并篩選出恢復(fù)效果相對(duì)較好的氮素配施措施,為恢復(fù)退化高寒草甸提供理論支持和依據(jù)。

        1材料與方法

        1.1研究區(qū)概況

        研究區(qū)位于青海省果洛藏族自治州瑪沁縣,青藏高原三江源區(qū)高寒草地研究觀測(cè)站軍牧場(chǎng)試驗(yàn)點(diǎn),地理坐標(biāo)34°22′~34°20′ N,100°30′~100°29′ E,平均海拔為4 100 m,屬典型的大陸高原季風(fēng)氣候,太陽輻射強(qiáng)(年總輻射量6 194 MJ·m-2),年日照小時(shí)為2 493.6 h,無絕對(duì)無霜期。年平均氣溫為1.5℃,最熱月份在7月份,平均溫度為11.1℃,最冷的月份在1月份,平均溫度為-9.7℃。降水主要集中在5月至8月的生長(zhǎng)季,雨熱同期,利于牧草生長(zhǎng)。該區(qū)植被類型為典型的高寒草甸,土壤為高寒草甸土,主要優(yōu)勢(shì)植物有小嵩草(Kobresia pygmaea)、垂穗披堿草(Elymus nutans Griseb)、中華羊茅(Festuca sinensis Keng ex)、冷地早熟禾(Poa araratica Trautv)、細(xì)葉亞菊(Ajania tenuifolia (Jacq.) Tzvel)、青海刺參(Morina kokonorica Hao)、鐵棒槌(Aconitum pendulumBusch.)、黃帚橐吾(Ligularia virgaurea (Maxim.) Mattf)、甘肅馬先蒿(Pedicularis kansuensis Maxim)等。

        1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        本試驗(yàn)于2016年在果洛軍牧場(chǎng)試驗(yàn)基地設(shè)置樣地,為排除放牧干擾,通過圍欄對(duì)試驗(yàn)地進(jìn)行保護(hù)。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),設(shè)置氮素水平為高、中、低三個(gè)水平,添加量分別為0,10和20 g·m-2,三種類型氮素分別是銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和有機(jī)氮。三種類型氮素和三種水平組合為九個(gè)氮素配施處理(表1),每個(gè)處理三個(gè)重復(fù),共計(jì)27個(gè)小區(qū)。每個(gè)處理小區(qū)面積為3 m×3 m,各個(gè)小區(qū)間隔1 m。每年5月植物返青期進(jìn)行氮素配施,于8月植物生長(zhǎng)季末進(jìn)行樣品采集。

        1.3樣品采集

        2018年8月進(jìn)行樣品采集,在每個(gè)3 m×3 m的小區(qū)隨機(jī)選取0.5 m×0.5 m樣方,對(duì)樣方內(nèi)的植物進(jìn)行物種調(diào)查,并測(cè)量其高度蓋度后,采用齊地面刈割法分種采取地上植被,裝入檔案袋,帶回實(shí)驗(yàn)室烘干至恒重測(cè)定地上生物量和各物種的生物量。在刈割完地上植被后的樣方中,使用內(nèi)徑為5 cm的土鉆分別取三鉆0~10 cm,10~20 cm深度的土壤樣品,帶回實(shí)驗(yàn)室處理。

        1.4測(cè)定方法

        土壤理化性質(zhì)測(cè)定主要包括全氮、全磷、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效氮和有機(jī)碳。其中土壤全氮、全磷、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮均采用全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀(CleverChem380)分析,全氮采用重鉻酸鉀-硫酸消解法測(cè)定,全磷采用硫酸-高氯酸消化法測(cè)定,銨態(tài)氮采用水楊酸法測(cè)定,硝態(tài)氮采用硫酸肼法測(cè)定,土壤速效氮采用堿解擴(kuò)散法,土壤有機(jī)碳采用油浴加熱重鉻酸鉀氧化-容量法測(cè)定。

        生物量分為地上生物量和地下生物量,將刈割采取的地上植物進(jìn)行105℃殺青30 min,在65℃烘干48 h至恒重后稱重,測(cè)定地上生物量。將采取的土樣進(jìn)行過篩后,分離草根和土,對(duì)根進(jìn)行清洗后用65℃烘干48 h至恒重,稱重后將兩層的根重與三鉆的面積相比,計(jì)算出單位面積的地下生物量。

        1.5數(shù)據(jù)分析

        采用Excel 2019對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,SPSS25進(jìn)行單因素方差分析(One-Way-ANOVA)和主成分分析(Principal Component Analysis,PCA),并基于主成分分析對(duì)處理進(jìn)行綜合評(píng)估,Plt;0.05表示差異性顯著。制圖采用GraphPad Prism 8.0。植物物種多樣性采用Shannon-Wiener指數(shù)(H′)、Simpson指數(shù)(D)和Pielou均勻度指數(shù)(P)表示:

        H′=-∑Si=1PilnPi

        D=1-∑Si=1P2i

        P=H′lnS

        其中,S為物種數(shù),Pi為物種i的重要值。其中,物種重要值=(相對(duì)生物量+相對(duì)高度+相對(duì)蓋度)/3。

        主成分的特征向量系數(shù)B、特征向量權(quán)重值f、綜合得分F公式如下:

        B=zt

        f=Bz

        F=t1t1+t2+t3+t4×f1+t2t1+t2+t3+t4×

        f2+t3t1+t2+t3+t4×f3+t4t1+t2+t3+t4×f4

        其中,z為主成分載荷值,t為特征值,t1,t2,t3,t4分別代表1~4主成分的特征值。

        2結(jié)果與分析

        2.1氮素配施對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

        如圖1所示,在氮素配施的土壤中,與對(duì)照N1相比,其他處理的全氮和銨態(tài)氮在0~10 cm和10~20 cm深度內(nèi)均無顯著差異。土壤有機(jī)碳中,與對(duì)照N1相比,0~10 cm的處理均無顯著差異,10~20 cm中,N2和N9的有機(jī)碳顯著增加(Plt;0.05)。土壤全磷中,與對(duì)照N1相比,N7處理的全磷在0~10 cm顯著增加(Plt;0.05),其他處理和土層均無顯著差異。在速效氮中,與對(duì)照N1相比,N5,N7,N8和N9處理的兩層土壤中速效氮顯著降低(Plt;0.05)。在硝態(tài)氮中,與對(duì)照N1相比,除N9和N2處理10~20 cm層的硝態(tài)氮含量外,兩層中其他非對(duì)照處理均表現(xiàn)為顯著降低(Plt;0.05)。在不同土層中的養(yǎng)分中,土壤有機(jī)碳、全氮、全磷和速效氮在0~10 cm和10~20 cm深度的養(yǎng)分差別不大。土壤硝態(tài)氮在對(duì)照N1中,0~10 cm的硝態(tài)氮含量高于10~20 cm。在同樣氮素類型的不同水平的N2和N3,N4和N7,N5和N9,N6和N8這四對(duì)處理中,N4和N7,N6和N8的0~10 cm的硝態(tài)氮高于10~20 cm且隨著氮素配施水平增加硝態(tài)氮有降低趨勢(shì),N5和N9的0~10 cm硝態(tài)氮均小于10~20 cm。N2在0~10 cm的硝態(tài)氮含量低于10~20 cm,但N3在0~10 cm的硝態(tài)氮含量大于10~20 cm。土壤銨態(tài)氮中,對(duì)照N1的0~10 cm和10~20 cm差別不大,10~20 cm的銨態(tài)氮略高于0~10 cm。N2和N3,N5和N9在0~10 cm的銨態(tài)氮低于10~20 cm,N2與N3之間銨態(tài)氮差別不大。N4和N7在0~10 cm的銨態(tài)氮高于10~20 cm。N6在0~10 cm銨態(tài)氮低于10~20 cm,N8在0~10 cm銨態(tài)氮高于10~20 cm。

        2.2氮素配施對(duì)生物量的影響

        如圖2所示,氮素配施后,地上生物量和地下生物量均有增加趨勢(shì)。在地上生物量方面,與對(duì)照N1相比,氮素配施處理的地上生物量均高于對(duì)照,N3,N4,N5,N6,N7和N8處理下的地上生物量顯著增加(P lt;0.05)。其中處理N5的地上生物量最高,相較于對(duì)照N1增長(zhǎng)了106%。地下生物量方面,與地上生物量類似,相較于對(duì)照N1,除了處理N9之外,其他處理的地下生物量均有增長(zhǎng),其中N3,N4,N5和N6顯著增加(P lt;0.05),增長(zhǎng)最高的依舊是N5,相較于對(duì)照增長(zhǎng)了191%,綜合地上生物量和地下生物量可以得出,N5的生物量最高。

        2.3氮素配施對(duì)植物多樣性影響

        從表2可以得出,與對(duì)照N1相比,除了N6外,其他處理植物群落的Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)總體表現(xiàn)為升高趨勢(shì),但與對(duì)照處理N1均無顯著差異。在Shannon-Wiener指數(shù)中,最大的三個(gè)指數(shù)的處理為N9gt;N5gt;N8,Simpson指數(shù)中,最大的三個(gè)指數(shù)的處理為N9gt;N5gt;N3,Pielou均勻度指數(shù)中,最大的三個(gè)指數(shù)的處理為N9gt;N5gt;N3。綜合來看,處理N5和N9的多樣性和均勻度高于對(duì)照。

        2.4基于主成分分析的綜合評(píng)價(jià)

        采用SPSS軟件將土壤養(yǎng)分的7個(gè)指標(biāo),生物量的2個(gè)指標(biāo)和地上植被多樣性的3個(gè)指標(biāo)共計(jì)12個(gè)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,處理后進(jìn)行主成分分析,得到氮素施加后土壤和植物的各指標(biāo)的主成分的特征值、方差解釋率和主成分的載荷矩陣,如表3、表4所示,為方便計(jì)算,特征值用t表示,主成分載荷值z(mì)表示。

        在主成分分析中,特征值大于等于1或方差貢獻(xiàn)率大于85%的主成分被認(rèn)為具有代表性。因此,這四個(gè)主成分滿足要求,可以進(jìn)行下一步分析。

        依據(jù)主成分載荷和主成分對(duì)應(yīng)的特征值計(jì)算出主成分的特征向量系數(shù)B,通過特征向量系數(shù)B計(jì)算出四個(gè)主成分的特征向量權(quán)重值f1,f2,f3,f4。

        f1=0.247Z1+0.091Z2+0.356Z3-0.416Z4-0.307Z5-0.375Z6+0.238Z7-0.079Z8-0.170Z9+0.372Z10+0.309z11+0.266Z12;

        f2=-0.226Z1-0.479Z2-0.342Z3-0.174Z4-0.009Z5+0.008Z6-0.275Z7+0.306Z8+0.326Z9+0.274Z10+0.347Z11+0.318Z12;

        f3=0.119Z1-0.011Z2-0.137Z3+0.263Z4+0.407Z5+0.185Z6-0.201z7-0.492Z8-0.419Z9+0.233Z10+0.277Z11+0.319Z12;

        f4=0.625Z1+0.313Z2+0.090Z3+0.055Z4-0.167Z5+0.375Z6-0.448Z7+0.233Z8+0.231Z9+0.024Z10+0.080Z11+0.071Z12.

        對(duì)氮素添加措施進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),計(jì)算出各個(gè)氮素添加的最終綜合得分(表5)。

        基于主成分分析后的綜合評(píng)價(jià),得出處理的綜合得分從大到小依次是N9gt;N5gt;N8gt;N3gt;N2gt;N4gt;N7gt;N1gt;N6,其中,排序最高的處理為N9和N5,在這兩個(gè)處理下,綜合恢復(fù)效果最好。N9為單位樣地(9 m2)配施硫酸銨850 g+硝酸鉀1 300 g+尿素390 g,N5為單位樣地(9 m2)配施硫酸銨425 g+硝酸鉀650 g+尿素195 g。換算為單位面積為N9(94.4 g·m-2硫酸銨+144.4 g·m-2硝酸鉀+43.3 g·m-2)、N5(47.2 g·m-2硫酸銨+72.2 g·m-2硝酸鉀+21.6 g·m-2)。

        3討論

        3.1氮素對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

        在以往研究中,氮素能顯著提高土壤中的速效氮含量,快速增加土壤肥力[17]。但在本研究中,氮素配施顯著降低高寒草甸土壤養(yǎng)分中的速效氮、硝態(tài)氮含量,對(duì)其他養(yǎng)分無顯著影響。有研究表明,氮素添加首先體現(xiàn)在地上生物量上,隨著氮素添加年限增加,氮素的效果才在土壤養(yǎng)分中顯現(xiàn)出來[18],這種現(xiàn)象可能與高寒草甸存在氮素限制有關(guān)[19]。硝態(tài)氮和銨態(tài)氮作為影響土壤有機(jī)氮組分的主要因素[20],有研究發(fā)現(xiàn)不同植物的對(duì)氮素的利用效率不一致,存在著氮素吸收偏好[21]。在高寒地區(qū)對(duì)禾本科的發(fā)草(Deschampsia caespitosa)和薔薇科的高山羽葉花(Acomastylis rossii)的氮素吸收偏好實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),發(fā)草吸收有機(jī)氮和無機(jī)氮的速度都比高山羽葉花草快,且無機(jī)氮中的銨態(tài)氮會(huì)更容易被植物吸收[22]。這也就能解釋本實(shí)驗(yàn)中速效氮和硝態(tài)氮減少的原因,施肥后植物生長(zhǎng)迅速,快速吸收氮素,從而使土壤中速效氮和硝態(tài)氮含量出現(xiàn)下降。同時(shí),本研究中,氮素添加對(duì)土壤中的全氮、全磷、有機(jī)碳均無顯著影響。研究表明,土壤具有自我調(diào)節(jié)功能,為保持土壤中的氮素平衡,土壤全氮會(huì)比較穩(wěn)定,保持在一定范圍內(nèi)[23]。有研究通過Meta分析也得出氮添加不會(huì)影響土壤全氮的結(jié)論[24]。氮素添加對(duì)土壤有機(jī)碳的影響主要表現(xiàn)在植物根系凋落物的增加和氮素刺激下的土壤呼吸增強(qiáng)[25]。氮素添加對(duì)有機(jī)碳并非直接影響,而是間接影響,并且需要一定時(shí)間來進(jìn)行累積,因此短期氮素添加對(duì)土壤有機(jī)碳的影響不大。關(guān)于氮素添加對(duì)土壤全磷的影響,鄢創(chuàng)等的研究發(fā)現(xiàn)氮素添加對(duì)土壤全磷的影響不顯著[26],與本研究一致。

        3.2氮素對(duì)植物生物量的影響

        氮素配施能顯著增加植物的地上生物量[27],已在高寒草地[28]、高寒草甸[29]及內(nèi)蒙古的典型溫帶草原[30]等不同環(huán)境中得到證實(shí)。但是氮素添加會(huì)顯著增加生物量只表現(xiàn)在適度氮素添加,過多氮素添加也會(huì)造成地上生物量的降低[31]。本研究地下生物量與地上生物量變化趨勢(shì)相似,氮素添加也顯著增加地下生物量,這一結(jié)果與賀星等[32]研究一致,但景明慧等[33]研究發(fā)現(xiàn),氮素添加對(duì)地下生物量的影響不顯著,這可能與不同植物的根系粗細(xì)及利用方式有關(guān)[34]。本研究通過主成分分析得出最佳恢復(fù)措施有N9和N5兩種措施,雖然N9的綜合得分最高,但與N5相比,N9的地上生物量和地下生物量明顯低于N5。N9的綜合得分高的原因?yàn)镹9的土壤中所含硝態(tài)氮素高。有研究表明,過量氮素添加使土壤中的氮素超過一定閾值,導(dǎo)致生物量顯著下降[35]。長(zhǎng)期過量氮素添加,還會(huì)導(dǎo)致土壤酸化,對(duì)草地健康產(chǎn)生負(fù)面作用[36]。N9作為高氮處理,考慮到高氮素添加不利于草地的可持續(xù)發(fā)展,因此,不推薦N9作為最佳氮素配施方案。

        3.3氮素對(duì)植物物種多樣性的影響

        氮素添加會(huì)降低草地的地上植物物種多樣性、豐富度和均勻度[37-38]。氮素施加后植物多樣性降低的原因主要有不同物種的根系對(duì)氮素吸收的速率不一樣[39],以及氮添加之后對(duì)土壤pH值的降低,導(dǎo)致土壤酸化[40]。然而,本研究發(fā)現(xiàn),在氮素添加的樣方里,禾本科植物占比很大,這與諸多研究得出的氮添加會(huì)增加禾本科植物的生物量一致[41-42],雜類草的比例相對(duì)減少,但雜類草的生物量并沒有顯著變化,與楊倩等研究一致[43]。這可能是由于施加氮素的時(shí)間較短,禾本科的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)雜類草的負(fù)面作用尚未產(chǎn)生[44]。段敏杰等[45]對(duì)藏北高寒草地進(jìn)行氮素添加研究,也得出氮素對(duì)植物的多樣性無顯著影響的結(jié)論,與本研究一致。

        4結(jié)論

        本研究表明,對(duì)于輕度退化高寒草甸,氮素配施措施顯著降低土壤養(yǎng)分中的硝態(tài)氮和速效氮,對(duì)于土壤其他養(yǎng)分影響不顯著。氮素配施最突出的效果為顯著增加植物地上和地下生物量,對(duì)植物多樣性影響不顯著;基于主成分分析的綜合評(píng)價(jià),得出恢復(fù)該區(qū)域輕度退化高寒草甸的最佳氮素配施方案為N5,具體為47.2 g·m-2硫酸銨+72.2 g·m-2硝酸鉀+21.6 g·m-2尿素。在下一步研究中,將針對(duì)研究中存在的不足,對(duì)不同類型氮素單施與混施進(jìn)行研究,進(jìn)一步揭示恢復(fù)過程中各類氮素的作用機(jī)制,為更好的完善退化高寒草甸的恢復(fù)措施提供理論依據(jù)。

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        (責(zé)任編輯劉婷婷)

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