青藏高原高寒草甸植物群落生物量对氮、磷添加的响应

青藏高原正经历着明显的温暖化过程, 由此引起的土壤温度的升高促进了土壤中微生物的活性, 同时青藏高原东缘地区大气氮沉降十分明显, 并呈逐年增加的趋势, 这些环境变化均促使土壤中可利用营养元素增加, 因此深入了解青藏高原高寒草甸植物生物量对可利用营养元素增加的响应, 是准确预测未来全球变化背景下青藏高原高寒草甸碳循环过程的重要基础。该研究基于在青藏高原高寒草甸连续4年(2009-2012年)氮、磷添加后对不同功能群植物地上生物量、群落地上和地下生物量的测定, 探讨高寒草甸生态系统碳输入对氮、磷添加的响应。结果表明: (1)氮、磷添加均极显著增加了禾草的地上绝对生物量及其在群落总生物量中所占的比例, 同时均显著降低了杂类草在群落总生物量中的比例, 此外磷添加极显著降低了莎草地上绝对生物量及其在群落总生物量中所占的比例。(2)氮、磷添加均显著促进了青藏高原高寒草甸的地上生物量增加, 分别增加了24%和52%。(3)氮添加对高寒草甸地下生物量无显著影响, 而磷添加后地下生物量有增加的趋势。(4)氮添加对高寒草甸植物总生物量无显著影响, 而磷添加后植物总生物量显著增加。研究表明, 氮、磷添加可缓解青藏高原高寒草甸植物生长的营养限制, 促进植物地上部分的生长, 然而高寒草甸植物的生长极有可能更受土壤中可利用磷含量的限制。     

Responses of plant community biomass to nitrogen and phosphorus additions in natural and restored grasslands around Qinghai Lake Basin

Aims Plant biomass reflects the primary productivity of community vegetation, and is the main resource of carbon input in the terrestrial ecosystem. It is usually limited by nitrogen (N) and phosphorus (P) availability in the soil. Alpine grassland around Qinghai Lake Basin has experienced extensive land-use changes due to the cultivation of native grassland and vegetation recovery on cropped land. In this experiment, two grassland types were chosen, natural alpine grassland (NG) and its adjacent restored grassland (RG), to determine the responses of plant community biomass to N and P additions with different land-use. Methods NH₄NO₃ and Ca(H₂PO₄)₂·H₂O were added in a completely randomized block design, with medium levels of 10 g N·m^-2 and 5 g P·m^-2. Soil NO₃^--N and available P contents, and the plant community biomass were measured in the two grasslands. Two-way ANOVA was used to determine the effects of nutrient additions on all measured indicators, and regression analysis was used to analyze the correlations between plant biomass and soil NO₃^--N and available P contents.Important findings Results showed: (1) N and P additions both increased grass biomass in the NG, and significantly elevated the total aboveground biomass, with the promoting effect of N addition higher than that of P addition; N addition significantly increased both grass and forb biomass in the RG, and markedly promoted the total aboveground biomass, while P addition had no effects on the functional groups and total aboveground biomass (p > 0.05). (2) N and P additions both had no effects on the belowground and total biomass in the NG, whereas N addition significantly increased the total biomass by 34% in the RG, which suggested that the effect of N limitation on the vegetation primary productivity was stronger in the RG at present stage. (3) The aboveground biomass in the NG increased with soil NO₃^--N content (p < 0.05), and the above- and below-ground as well as the total biomass were all positively correlated with soil NO₃^--N content in the RG (p < 0.01). These results indicated that the plant growth in alpine grassland around Qinghai Lake Basin was prone to N limitation, and the effect of P limitation changed with land-use. Soil available N might be the key limiting factor for vegetation restoration and reconstruction in the RG. The “Grain for Green” project (the land-use policy) and atmospheric N deposition are benefiting both plant growth and C accumulation in the alpine grassland ecosystem around Qinghai Lake Basin.     

黄土区不同恢复年限草地群落生物量及根冠比对氮添加的响应

大气氮沉降增加作为全球变化的主要环境问题之一,已引发人们的广泛关注,持续的氮沉降对草地生态系统的组成、结构和功能产生重要影响。为深入了解草地恢复进程中群落生物量和根冠比对氮沉降的响应,以黄土区3个不同恢复年限（初期12a、中期28a和后期37a）的天然草地为研究对象,通过设置6个氮添加水平,CK （0）、N1（2.34g m^-2a^-1）、N2（4.67g m^-2a^-1）、N3（9.34g m^-2a^-1）、N4（18.68g m^-2a^-1）、N5（37.35g m^-2a^-1）来测定草地群落地上生物量、地下生物量和总生物量,并计算根冠比和氮响应效率（NRE）。结果表明：（1）地上生物量在恢复中期最大,随氮添加梯度增加,地上生物量在恢复初期和恢复后期呈不显著上升趋势,对氮添加表现为非线性的正响应（ΔNRE>0）,在恢复中期呈不显著下降趋势,对氮添加表现为非线性的负响应（ΔNRE<0）。（2）群落地下生物量对氮添加无显著响应,总生物量只有在恢复后期的N4添加水平下,与对照存在显著差异。（3）根冠比在恢复初期时,N3添加水平下显著高于对照和其他氮添加水平,其余恢复年限对氮添加无显著响应。综上所述,通过分析比较黄土区不同恢复年限草地群落的地上、地下及总生物量和根冠比对氮添加的响应。建议对该区域开展试点实验,实行适应性草地管理,如进行两年一次刈割或轻度放牧（2只羊/hm²）,来探寻更科学有效的管理措施,使草地实现系统性恢复,进而满足生态系统容量和社会需求的变化。     

氮磷添加对内蒙古温带草地地上生物量的影响

干旱半干旱地区植物生长不仅受到水分的限制,同时也受到养分的限制.为进一步明确养分在多大程度上能促进半干旱区植物的生长,本研究在内蒙古温带草原开展了连续2年的养分添加控制试验,设置10和40 g·m^-2·a^-1的N添加水平以及10 g·m^-2·a^-1的P添加水平.结果表明： N添加能够显著促进植物生长,10和40 g N·m^-2·a^-1处理地上生物量在2012年分别较对照增加50.8%和65.9%,2013年增加71.6%和93.3%,2个N添加处理之间地上生物量无显著差异.与单独10和40 g·m^-2·a^-1的N添加处理相比,P添加后地上生物量在2012年分别提高98.4%和186.8%,2013年分别提高111.7%和141.4%.N添加普遍提高了3种植物功能群(禾本科、菊科和其他科)的地上生物量,但较对照差异不显著,而N、P同时添加显著提高了菊科植物的地上生物量.养分添加使植被盖度升高,从而改善了表层土壤的水分条件,这可能是N、P添加促进植物生长和提高降水利用效率的重要机制之一.     

氮添加对内蒙古退化草地植物群落多样性和生物量的影响

人为干扰及气候变化导致内蒙古草地发生了大面积退化, 氮添加是促进退化草地生产力恢复的一项重要措施。该文基于2011年建立的氮肥添加实验平台, 以3个不同退化程度(中度退化、重度退化、极度退化)草地群落为研究对象, 设置对照、10、20、30、40和50 g·m ^-2·a ^-1 6种氮添加处理, 分析氮添加对退化草地恢复过程中群落多样性和生物量的影响。结果表明: (1)氮添加降低了中度、重度退化草地恢复进程中物种丰富度和多样性, 对极度退化草地恢复进程中物种丰富度和多样性无明显影响。(2)氮添加促进了3个不同退化程度草地恢复进程中群落地上生物量的增加。(3)氮添加显著增加了群落中禾草的地上生物量及其在群落地上生物量中所占的比例, 降低了杂类草在群落地上生物量中的比例, 但对杂类草地上生物量无显著影响。研究表明在利用施肥措施治理退化草地的过程中, 需要充分考虑草地退化程度以及由氮添加引起的群落多样性和生产力的改变对草地生态系统功能的影响。     

皇甫川流域退化草地和恢复草地土壤微生物生物量的研究

土壤微生物生物量常被作为植物所需营养元素的转化因子和资源库,是表明土壤发育状况和生化强度的一项主要指标。在内蒙古伊盟准格尔旗皇甫川流域,对退化草地和恢复草地土壤微生物生物量进行了研究。结果表明,土壤微生物生物量的垂直分布依次为0～10>10～20>20～30>30～40>40～50cm,随土层加深而递减;0～10cm土层细菌和丝状微生物生物量超过其他土层;恢复草地各土层中的土壤微生物生物量均高于退化草地;恢复草地的土壤微生物生物量与土壤肥力密切相关。     

功能多样性比物种多样性更好解释氮添加对高寒草地生物量的影响

为进一步了解氮添加条件下群落功能多样性如何驱动生物量变化, 该研究在位于天山山脉的巴音布鲁克高寒草地开展氮添加实验, 通过连续两年调查群落物种组成并测量常见物种的功能性状, 分析物种多样性、功能多样性及群落水平功能性状的响应模式及其在驱动生物量变化中的相对贡献。结果表明, 短期氮添加同时增加群落地上和地下生物量, 且地上生物量的增加比例高于地下生物量, 氮添加导致功能多样性降低但是物种多样性未发生显著变化; 氮添加增加群落水平上的植株高度和叶片碳含量, 但导致比叶面积、种子质量及叶片磷含量下降; 物种多样性对生物量变化解释非常有限, 而功能多样性与群落水平功能性状可以很好地解释生物量变化, 以上研究结果支持质量比假说。综上, 该研究表明功能多样性与群落水平功能性状比物种多样性对短期氮添加的响应更加迅速, 且两者在解释高寒草地群落生物量对氮添加的响应中起到关键作用。     

氮磷添加对内蒙古温带典型草原地下生物量的影响

氮添加促进地上生物量具有饱和效应以及氮饱和后的磷限制是当前生态学研究的热点问题,但地下生物量是否具有类似现象,以及氮磷同时添加是否能够缓解饱和状态时地下生物量的养分限制研究相对缺乏.本研究基于内蒙古温带典型草原4年控制试验分析了氮(10和40 g N·m-2·a-1)、磷(5和10 g P·m-2·a-1)添加对地下生...     

氮、磷添加对亚高寒草甸地上生物量的影响

通过生长季后期及初期分别设置N-P 养分添加实验, 探讨甘南亚高寒草甸群落及不同功能群生物量对养分添加的响应, 并确定提高生产力的最佳养分添加量。结果显示, 随着养分添加量的增加, 群落生物量表现出先升后降的趋势。二次项拟合亚高寒草甸最佳N 添加量为16.58 g·m^–2, 最佳P 添加量为4.50 g·m^–2, 最佳N-P 共添加量为N = 18.47 g·m^–2、P = 7.39 g·m^–2。N、P 养分添加存在交互作用, 对群落生物量的促进作用N-P 共添加 > N 添加 > P 添加。各添加处理下禾草均能做出积极的响应, 其中N-P 共添加对禾草类生物量的促进作用最大; 杂草生物量随生长季后期养分添加量下降, 而随生长季初期养分添加量表现为先升后降的趋势; 莎草生物量在单一N 添加处理下随添加量上升; P 添加促进、而N 添加及N-P 共添加抑制豆科生物量的积累。     

养分添加对天山高寒草地植物多样性和地上生物量的影响

为揭示高寒草地物种多样性和地上生物量以及二者之间关系对养分添加的响应模式,该研究以天山高寒草地为对象,通过两年的多重养分添加实验,研究氮(N)、磷(P)、钾(K)3种养分单独和组合添加对天山高寒草地群落物种多样性和地上生物量的影响。结果表明:(1)养分添加使当地植物物种多样性不同程度地减少,其中以N+P、N+K、N+P+K添加的效应最为显著,多重养分添加导致的土壤生态位维度降低是当地物种丧失的重要原因。(2)养分添加能显著提高群落地上生物量,其中N为第一限制养分,解除N限制后P和K成为限制养分, N+P+K复合添加对地上生物量的提高最为显著。(3)养分添加两年后,地上生物量与物种丰富度之间无显著回归关系且地上生物量增加主要是由于禾草类生物量增加导致,说明地上生物量主要由少数优势种决定而非群落物种数。     

氮磷添加对内蒙古温带草原植物功能群氮含量的影响

植物功能群氮含量既是理解氮沉降对生物多样性影响的关键指标,也是生产力过程模型模拟的重要参数,极易受氮素可利用性的影响和磷元素的限制。基于内蒙古温带草原4年氮磷添加试验(N10、N40、P5、P10及其交互,数字代表添加剂量,单位为g m^-2 a^-1),分析氮磷添加对植物群落及三种植物功能群(禾本科、灌木和杂类草)氮含量的影响。结果表明:(1)氮添加显著增加了群落及各功能群的氮含量,同一处理水平下禾本科(N10)和灌木(N10和N40)的氮含量显著高于杂类草,同一功能群不同氮添加剂量间无显著差异;(2)磷添加对群落和三种功能群的氮含量无显著影响;(3)与单独氮添加相比,氮磷同时添加显著增加了群落、禾本科和杂类草氮含量,且高剂量氮磷添加的促进作用更大;(4)与单独氮添加相比,氮磷同时添加显著增加群落和三种功能群磷含量而降低氮磷比,相同处理水平下禾本科和杂类草磷含量增加幅度最大。本研究将为草原生态系统管理和应对全球变化提供科学依据。     

荒漠草原植物群落结构及其稳定性对增水和增氮的响应

通过在荒漠草原开展增水和增氮野外控制试验,研究增水和增氮对荒漠草原植物群落结构、物种多样性及群落稳定性的影响。结果表明：（1）增水和增氮处理显著影响了荒漠草原植物群落结构和地上生物量,而对植物群落稳定性影响不显著（P>0.05）。增水处理显著增加了豆科和禾本科植物地上生物量（101.3%和57.9%）（P<0.05）;增水+增氮处理显著增加了植物群落盖度（43.2%）和地上生物量（112.4%）及不同功能群（禾本科和杂类草）植物盖度（75.5%和47.3%）和地上生物量（139.3%和85.7%）（P<0.05）。与增氮处理相比,增水+增氮处理显著增加了植物群落和不同功能群（禾本科和杂类草）植物高度、盖度和地上生物量（P<0.05）。（2）增水、增氮和增水+增氮处理均显著降低了植物群落Pielou指数（11.7%、8.7%和10.2%）（P<0.05）。（3）增水和增水+增氮处理提高了荒漠草原植物群落稳定性,而增氮处理降低了荒漠草原植物群落稳定性。增水处理荒漠草原植物群落稳定性效应大于增水+增氮处理。研究表明,荒漠草原植物群落结构受到氮沉降和降水增加的共同影响。增加降水对荒漠草原植物群落稳定性的积极效应可能会抵消部分氮沉降的消极影响,荒漠草原植物群落地上生物量及群落稳定性可能有所增加。     

氮磷添加对草甸草原土壤氮磷转化功能基因丰度的影响

氮添加是提高退化草地生产力的主要养分管理措施,而过量的氮输入会导致土壤酸化、增加硝酸盐淋溶损失和温室气体排放。旨在明确草原割草利用下土壤氮、磷转化功能基因丰度对氮磷添加的响应规律,为定向调控打草场土壤氮、磷转化过程,提高养分利用效率,减少温室气体N₂O排放提供科学依据。2018—2020年在呼伦贝尔草甸草原打草场设置了5个施氮水平(0、1.55、4.65、13.95、27.9 g N m^-2 a^-1)和3个磷水平(0、5.24、10.48 g P m^-2 a^-1),裂区试验设计,在植物不同生长时期测定土壤氨氧化(amoA-AOA和amoA-AOB)、反硝化(narG、nirK、nirS和nosZ)和磷转化(phoD)基因丰度。结果表明,土壤氮转化基因丰度受到氮、磷添加的调控,而氮、磷添加对土壤磷转化功能基因丰度无显著影响(P>0.05)。氮添加可提高amoA-AOB基因丰度,增加氨氧化细菌调控土壤总硝化速率的相对重要性,因此能增加硝酸盐淋溶损失潜势。高氮处理下添加磷可降低...     

Effects of nitrogen addition on the plant diversity and biomass of degraded grasslands of Nei Mongol,China

人为干扰及气候变化导致内蒙古草地发生了大面积退化, 氮添加是促进退化草地生产力恢复的一项重要措施。该文基于2011年建立的氮肥添加实验平台, 以3个不同退化程度(中度退化、重度退化、极度退化)草地群落为研究对象, 设置对照、10、20、30、40和50 g·m ^-2·a ^-1 6种氮添加处理, 分析氮添加对退化草地恢复过程中群落多样性和生物量的影响。结果表明: (1)氮添加降低了中度、重度退化草地恢复进程中物种丰富度和多样性, 对极度退化草地恢复进程中物种丰富度和多样性无明显影响。(2)氮添加促进了3个不同退化程度草地恢复进程中群落地上生物量的增加。(3)氮添加显著增加了群落中禾草的地上生物量及其在群落地上生物量中所占的比例, 降低了杂类草在群落地上生物量中的比例, 但对杂类草地上生物量无显著影响。研究表明在利用施肥措施治理退化草地的过程中, 需要充分考虑草地退化程度以及由氮添加引起的群落多样性和生产力的改变对草地生态系统功能的影响。     

养分与水分添加对荒漠草地植物群落结构和物种多样性的影响

为进一步了解养分添加和水分添加对干旱区草地植物多样性的影响, 2009-2011年5月15日, 对准噶尔盆地荒漠草地进行养分和水分添加, 2009-2012年5月25日进行植被调查, 研究群落结构与植物多样性对养分N、P、K与水分(雨、雪)添加的响应, 得出以下结果: (1)添加肥、水后, 荒漠草地植物群落结构发生了变化, 物种数由肥、水添加前的17种减少到添加后的11种, 减少了35.3%, 禾草类植物数目增加, 十字花科植物数量下降; (2)通过裂区试验方差分析, 2009年和2010年, 养分主效应对物种丰富度、Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数的影响不显著, 水分主效应和肥水交互作用对以上4个植物多样性指数的影响也不显著; (3) 2012年, 养分主效应对物种丰富度影响显著(p < 0.05), 养分添加降低了荒漠草地物种丰富度, 而水分作用、肥水交互作用对物种丰富度的影响均不显著; 肥水交互作用对植物Simpson指数、Shannon-Wiener指数的影响显著(p < 0.05), 而养分添加、水分添加对其影响亦不显著; (4)荒漠草地植物的Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数在年际间呈上升趋势。     

黄土丘陵区氮磷添加对草地群落优势种养分利用特征的影响

为阐明黄土丘陵区氮磷添加对草地群落优势种养分利用特征的影响,探究群落结构和物种多样性的变化机制,选取5个典型优势种,即白羊草(Bothriochloa ischaemum)、长芒草(Stipa bungeana)、达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)、铁杆蒿(Artemisia sacrorum)和猪毛蒿(Artemisia scoparia)为研究对象,采用裂区试验设计,以氮添加为主区处理, 包括:0(N0)、25(N25)、50(N50) 和100(N100) kg N hm^-2 a^-1;以磷添加为副区处理,包括:0(P0),20(P20),40(P40) 和80(P80) kg P₂O₅ hm^-2 a^-1,测定了各物种叶片氮磷比、氮磷重吸收效率、氮磷利用效率和相对生物量等参数。5种植物的氮和磷重吸收效率正相关,对氮磷添加量的响应具有耦合性。不同氮磷添加处理下,达乌里胡枝子叶片氮磷比最高,而氮磷重吸收效率最低;白羊草和长芒草的氮磷利用效率和重吸收效率高于其他物种。单施磷或N25与磷配施下,各物种相对生物量与氮磷比和磷利用效率呈正相关关系,与氮利用效率和氮磷重吸收效率呈负相关关系。单施氮、N50和N100与磷配施下,各物种相对生物量与氮磷利用效率和重吸收效率呈正相关,与氮磷比呈负相关。不施肥处理下,白羊草和长芒草相对生物量最高,低氮高磷下达乌里胡枝子相对生物量最高,高氮高磷下铁杆蒿和猪毛蒿相对生物量最高。不同优势种对氮磷添加的响应不同,生理生态过程各异,决定了其在群落中的优势度,这是氮磷添加后草地群落结构和物种多样性发生变化的关键机制。