长期氮添加对草甸草原生态系统氮库的影响

大气氮沉降增加深刻影响生态系统物种多样性、生产力及其稳定性,研究草原生态系统N库如何响应不断增加的大气氮沉降至关重要。本研究在内蒙古额尔古纳草甸草原开展刈割和不同水平外源氮添加试验,设置6个氮添加水平: 0、2、5、10、20和50 g·m^-2·a^-1,同时设置刈割处理,分为刈割和不刈割2个水平。在连续处理的第7年,采集群落中优势植物地上部分、群落根、地表凋落物和0～100 cm分层土壤样品,测定N含量并计算N库储量。结果表明: 氮添加显著增加植物地上部分和凋落物N含量,以及羊草、植物群落和凋落物的N库及生态系统N库总量。刈割处理显著增加羊草叶片和凋落物N含量,降低羊草、植物群落和凋落物N库,但并不改变它们对氮添加的响应格局。此外,刈割和氮添加对植物群落N库存在显著的交互作用。在不刈割处理下,高水平氮添加使更多的氮储存在凋落物中等待分解,植物群落N库的饱和阈值出现在10 g·m^-2·a^-1;在刈割处理下,植物群落N库表现为随氮添加量增加而不断增加,并且在相同水平氮添加条件下刈割后进入到植物群落N库中的氮更多。刈割可以缓解氮沉降不断增加对生物多样性和生态系统稳定性造成的不利影响,并可以在一定程度上推迟氮沉降增加引起的生态系统氮饱和的发生。     

氮素添加对内蒙古草甸草原生态系统CO2交换的影响

氮沉降增加将影响草原生态系统固碳, 但如何影响草原生态系统CO₂交换目前为止还没有定论。同时, 不同类型和剂量氮素对生态系统CO₂交换影响的差异也不明确。选取内蒙古额尔古纳草甸草原, 开展了不同类型氮肥和不同剂量氮素添加条件下生态系统CO₂交换的野外测定。实验设置尿素和缓释尿素2种类型氮肥各5个剂量水平(0、5.0、10.0、20.0和50.0 g N·m^-2·a^-1)。结果显示, 生长季初期及中期降雨量低时, 氮素添加抑制生态系统CO₂交换; 而生长季末期降雨量较高时促进生态系统CO₂交换。随着氮素添加水平的提高, NEE和GEP均显著增加, 当氮素添加量达到10 g N·m^-2·a^-1时, NEE和GEP的响应趋于饱和。2种氮肥(尿素和缓释尿素)仅在施氮量为5 g N·m^-2·a^-1时, 缓释尿素对生态系统CO₂交换的促进作用显著大于尿素, 在其它添加剂量时差异不显著。研究结果表明: 氮素是该草甸草原生态系统的重要限制因子, 但氮沉降增加对生态系统CO₂交换的影响强烈地受降雨量与降雨季节分配的限制, 不同氮肥(尿素和缓释尿素)对生态系统CO₂交换作用存在差异。     

氮素和植物生长促进剂对羊草生长及竞争力的影响

选取羊草、斜茎黄芪、克氏针茅3种内蒙古典型草原常见植物,通过不同植物物种组合(单独种植或者羊草与其他两种混合种植)、施加不同剂量的氮素(0、0.1、0.2、0.4、0.8mg·g^-1)和植物生长促进剂——油菜素内酯(0.005 mg·g^-1)的温室盆栽试验,分析氮素和油菜素内酯对羊草生长及其与其他植物竞争力关系的影响.结果表明:添加氮素对羊草、斜茎黄芪的生物量影响显著,对克氏针茅的生物量影响较弱,并且氮素的影响因其伴生植物的不同而改变.氮素添加显著增加了羊草在单独种植和与斜茎黄芪混合种植时的地上生物量,但显著降低了与克氏针茅混合种植时的地下生物量.由于土壤可利用氮增加,羊草的地上与地下分配发生变化,表现为单独种植、与克氏针茅混合种植时,根冠比下降;与斜茎黄芪混合种植时,氮素添加对羊草根冠比的影响则不显著.油菜素内酯对植物生长的显著影响不普遍,仅显著降低了斜茎黄芪单独种植时的地下生物量;在羊草与斜茎黄芪混合种植时,显著增加了羊草地上生物量.油菜素内酯和氮适量联用可有效增加特定物种组合的生物量,从而在退化草地恢复中具有一定的应用前景.     

氮肥和种植密度对达乌里胡枝子的生长与生物固氮的影响

氮供给和种植密度是影响植物生长的两个重要因素。豆科植物因其生物固氮能力而在受到氮限制的生态系统中具有重要作用, 氮含量增加促进植物生长的同时也会抑制豆科植物的生物固氮能力, 种植密度会通过种内竞争影响豆科植物的生长和生物固氮能力, 然而少有研究关注氮肥添加和种植密度对豆科植物生长和生物固氮能力的影响。该研究以达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)为研究对象, 通过温室盆栽实验, 探究氮肥和种植密度对其生长和生物固氮的影响。实验设置4个氮添加水平(0、5、10、20 g·m^-2·a^-1)和3种种植密度(1、3、6 Ind.·pot^-1, 约32、96、192 Ind.·m^-2)。结果发现: 1)施肥和密度增加均影响了达乌里胡枝子的生长。叶片碳(C)、氮(N)含量、净光合速率随施氮量增加而增加, 氮添加也促进了植物的生长, 当施氮量为10 g·m^-2·a^-1时植物产量达到最大。叶片C、N含量、净光合速率随种植密度增加而下降, 密度增加可以促进每盆的总生物量, 但对单个植株的生长有负效应。2)氮肥对根瘤形成有抑制作用, 但种植密度增加会缓解氮肥对生物固氮能力带来的“氮阻遏”。该实验条件下, 当施氮量为10 g·m^-2·a^-1, 种植密度为3 Ind.·pot^-1, 或施氮量为5 g·m^-2·a^-1, 种植密度为6 Ind.·pot^-1时, 能最大程度发挥“施氮增产”和种植密度缓解“氮阻遏”的作用。氮添加降低了达乌里胡枝子的根瘤生物量和对根瘤形成的投资(根瘤生物量占总生物量的比例), 从而抑制达乌里胡枝子的生物固氮。种植密度增加导致达乌里胡枝子因种内竞争增加而使资源获取受限, 从而增加对根瘤的投资和根瘤生物量来获得更多来自大气中的氮。3)结构方程结果显示, 氮肥和种植密度通过直接或间接作用, 解释了64%的达乌里胡枝子生物量变化和42%的根瘤生物量变化。上述结果表明合理优化豆科植物的施肥量和种植密度可能对人工草地种植以及退化草地恢复管理具有重要意义。