氮添加对贝加尔针茅草原植物和土壤化学计量特征的影响

以贝加尔针茅草原为研究对象,设置N₀(0 kg N·hm^-2)、N₃₀(30 kg N·hm^-2)、N₅₀(50 kg N·hm^-2)、N₁₀₀(100 kg N·hm^-2)、N₁₅₀(150 kg N·hm^-2)5个氮添加水平,研究不同氮添加水平对6种植物叶C、N、P计量特征和土壤C、N、P计量特征的影响,分析植物计量特征与土壤计量特征的相关性,为深入理解N沉降增加对草原群落结构的影响提供基础数据。结果表明,自然条件下,6种植物叶C、N、P含量和计量特征存在显著的差异,表现为扁蓿豆叶C、N、P含量和叶N∶P最高,贝加尔针茅叶N、P含量最低,线叶菊叶C含量最低。氮添加提高了除扁蓿豆以外其他5种植物叶N含量,叶C∶P和叶N∶P,降低了叶P含量和叶C∶N,而叶C含量无一致变化趋势。氮添加提高了土壤有机碳含量、土壤N∶P,对土壤全氮含量和土壤C∶N无显著性影响。羊草、羽茅、线叶菊和草地麻花头叶N含量与土壤有机碳、土壤N∶P呈显著正相关,贝加尔针茅、羊草、羽茅和草地麻花头叶N∶P与土壤有机碳、土壤C∶P呈显著正相关。综合分析表明,土壤有机碳、土壤N∶P和土壤C∶P是影响6种植物叶C、N、P含量和计量特征的主要影响因素,但不同植物对氮添加的响应不同,意味着长期氮添加可能会改变贝加尔针茅草原生态系统的结构。     

不同载畜率下短花针茅和土壤生态化学计量特征研究

以荒漠草原建群种短花针茅为研究对象,分析不同载畜率（对照,CK;轻度放牧,LG;中度放牧,MG和重度放牧,HG）对短花针茅与其对应土壤（0~20 cm和20~40 cm）碳（C）、氮（N）、磷（P）及化学计量比的影响。结果表明：放牧对短花针茅N、P及C∶N∶P化学计量比没有显著影响,但C含量随载畜率的增加而显著增加（P<0.05）;除表层土壤C∶N外,载畜率对两层土壤的N、P及C∶N∶P化学计量比有显著的影响（P<0.05）,这些差异主要由土壤N和P的变化决定,但不同土层下载畜率间的化学计量特征没有一致的变化规律;整体上看短花针茅化学计量特征不受土壤化学计量特征变化的影响,放牧具有降低短花针茅P和土壤C的作用,但这种作用随载畜率的增加而降低。相比不放牧处理,重度放牧完全改变了土壤N、P、C∶N和短花针茅C、C∶N特征,而土层深度的加深对MG处理下的土壤P、N∶P和C∶P影响较大。     

短花针茅种群功能性状对载畜率的响应

对不同载畜率下短花针茅种群的表型功能性状(株高、单株重、叶长、叶面积、比叶面积)和元素类功能性状(叶片N含量、叶片C含量、叶片C/N)等性状指标进行了测定,探讨短花针茅种群对放牧的响应机制。结果表明:随着载畜率增加,短花针茅种群表型功能性状指标逐渐降低,重度放牧显著低于对照(P0.05);载畜率对短花针茅种群叶片C、N含量没有显著影响,中度放牧区C/N显著低于轻度放牧(P0.05);可塑性指数PI值随着载畜率的增加而变大;叶面积是短花针茅响应放牧干扰最显著的指示性状。     

放牧对荒漠草原优势植物叶片养分含量和化学计量特征的影响

[目的] 阐明荒漠草原优势植物叶片养分含量对不同放牧强度的响应。[方法] 在内蒙古短花针茅荒漠草原的放牧样地上设置4个不同放牧强度的处理：对照（CK）、轻度放牧（LG）、中度放牧（MG）和重度放牧（HG）,载畜率分别为0、0.91、1.82、2.71只羊/hm²。于2020年对荒漠草原优势植物短花针茅（Stipa breviflora）、无芒隐子草（Cleistogenes songorica）、银灰旋花（Convolvulus ammannii）和冷蒿（Artemisia frigida）在不同放牧强度下叶片中的C、N、P浓度进行测定,并对其化学计量特征进行计算。[结果] 与对照区（CK）相比,重度放牧显著（P<0.05）降低了短花针茅和银灰旋花叶片的C浓度;放牧对短花针茅、无芒隐子草、银灰旋花和冷蒿叶片N含量无显著（P>0.05）影响;中度放牧显著（P<0.05）增加了短花针茅和银灰旋花叶片的P浓度,并显著（P<0.05）降低了冷蒿的P浓度;重度放牧显著（P<0.05）降低了银灰旋花的C∶N,短花针茅、银灰旋花和冷蒿的C∶P,以及短花针茅的N∶P。[结论] 放牧改变植物对养分的利用状况,不同植物对相同生境有不同的适应策略。放牧降低荒漠草原优势植物固C能力。长期中度放牧有利于荒漠草原优势植物对N、P的吸收。     

短花针茅叶片热值及还原糖含量对载畜率的响应

热值能够衡量植物体光合作用能力的强弱,还原糖可以通过氧化还原反应直接给植物供能,二者对植物返青和再生具有重要作用。本研究采取野外取样与室内分析相结合的方法,分析不同载畜率水平下短花针茅(Stipa breviflora)叶片热值、还原糖含量和干物质的变化及其之间的相关关系。结果表明:1)短花针茅叶片热值、还原糖含量及干物质重的变化趋势一致,均随着载畜率的增加而下降,且重度放牧较围封显著下降(P 0.05);2)在不同月份之间短花针茅叶片热值和干物质重的变化一致,均随时间的推移显著增加(P 0.05),而叶还原糖含量先降低再升高;3)叶片热值与干物质呈极显著正相关关系(P 0.001),而叶还原糖与干物质呈显著负相关关系(P 0.05)。研究结果表明,围封有利于草地中的能量向短花针茅中移动,进而促进其生长发育,有利于维持和改善荒漠草原生态系统。     

放牧调控对短花针茅种群年龄及叶性状的影响

草食动物对植物种群结构和功能的调控机制是放牧生态学研究的重要内容。本研究以内蒙古锡林郭勒盟苏尼特右旗荒漠草原的长期放牧控制实验为平台,通过研究荒漠草原建群种短花针茅种群年龄动态与其相应叶性状,以期揭示荒漠草地放牧调控下植物响应机制。结果显示,1)短花针茅种群基径小于4 mm部分植株存活数少;适度放牧处理短花针茅各年龄阶段频度与不放牧基本一致,重度放牧处理龄级Ⅲ的频度和比例分别下降了0.79,0.73;2)短花针茅种群龄级Ⅰ与龄级Ⅱ的短花针茅频度和比例较高,龄级Ⅲ相对较低,属于比较稳定的种群;Godron指数显示短花针茅年龄结构的稳定性重度放牧>适度放牧>不放牧;3)放牧调控下,叶高、叶长、叶干重、叶直立度、叶长宽比为年龄型敏感性状,自然叶宽、完全叶宽、叶卷曲度、叶干物质含量为年龄型保守性状;4)相关分析认为自然叶宽和叶干物质含量与各年龄型敏感性状基本呈协同变化;叶卷曲度与叶干重负相关(P<0.05),与叶直立度呈正相关(龄级Ⅲ、龄级Ⅰ)。研究认为,短花针茅种群在亚稳定下,通过控制种群年龄及叶性状,来完成其生活史对放牧调控的适应。     

短花针茅草原主要植物种群与土壤养分对季节调控放牧的响应

试验以短花针茅荒漠草原为研究对象,共设4个试验处理区,进行植物养分与不同土壤土层养分含量变化的研究。结果显示:短花针茅的高度在轻度放牧SA1区、适度放牧SA5区、零放牧CK区显著高于重度放牧SA3区(P<0.05),植物种群的高度SA1区短花针茅最高,植物种群盖度影响最大的植物是碱韭,放牧区与对照组对比差异显著(P<0.05);植物群落的全氮含量在SA1区内最低,植物群落的碳含量在SA1区内最小,CK区次之;N/P数值大小依次为SA5>SA3>CK>SA1;放牧减少了土壤速磷含量,增加了土壤表层土的有机碳。     

短花针茅叶片热值及还原糖含量对载畜率的响应

热值能够衡量植物体光合作用能力的强弱,还原糖可以通过氧化还原反应直接给植物供能,二者对植物返青和再生具有重要作用.本研究采取野外取样与室内分析相结合的方法,分析不同载畜率水平下短花针茅(Stipa breviflora)叶片热值、还原糖含量和干物质的变化及其之间的相关关系.结果表明:1)短花针茅叶片热值、还原糖含量及干物质重的变化趋势一致,均随着载畜率的增加而下降,且重度放牧较围封显著下降(P<0.05);2)在不同月份之间短花针茅叶片热值和干物质重的变化一致,均随时间的推移显著增加(P<0.05),而叶还原糖含量先降低再升高;3)叶片热值与干物质呈极显著正相关关系(P<0.001),而叶还原糖与干物质呈显著负相关关系(P<0.05).研究结果表明,围封有利于草地中的能量向短花针茅中移动,进而促进其生长发育,有利于维持和改善荒漠草原生态系统.     

放牧强度对短花针茅植物种群空间分布的影响

为探讨荒漠草原建群种短花针茅(Stipa breviflora)空间分布的多重分形特征及其在不同放牧强度下的响应规律,本研究以内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原为研究对象,设置对照(CK)、轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)和重度放牧(HG)4个放牧强度,载畜率分别为每公顷每半年0、0.93、1.82和2.71个羊单位,结合变异分析和多重分形研究方法,结果表明:在不同放牧强度下,短花针茅植物种群空间分布存在多重分形特征;伴随放牧强度的增大(轻度放牧除外),短花针茅植物种群空间分布的多重分形复杂性降低:生态位宽度几乎没有变化,空间分布由聚集状态转为均匀状态,个体间的竞争强度增大;轻度放牧下短花针茅植物种群空间分布多重分形特征最为复杂:生态位宽度降低,空间分布聚集特征最明显,个体间的竞争强度最小.无论放牧强度如何变化,短花针茅植物种群在植物群落中的主导地位没有改变,空间分布的整体特征是以大概率子集空间分布为主.     

模拟降水变化对荒漠草原优势植物叶片氮回收特征的影响

未来降水量的变化会改变草地对水资源的利用情况,影响植物内部养分循环。为了理解植物叶片氮回收特征对降水量变化的响应规律,本研究以5种内蒙古荒漠草原优势植物为研究对象,通过模拟降水试验(减水50%、自然降水、增水50%和增水100%),分析了降水量变化对土壤水分含量、土壤有效氮(Nitrogen,N)含量、植物叶片N浓度、N回收效率(Nitrogen resorption efficiency,NRE)的影响。结果表明：与自然降水相比,增水100%显著增加了土壤水分含量、地上生物量和植物的NRE,显著降低了土壤有效N浓度、绿叶和枯叶中N浓度;而减水50%显著降低了土壤水分含量,增加了土壤有效N,降低了地上生物量,对绿叶和枯叶N浓度没有显著影响,降低了短花针茅(Stipa breviflora)的NRE;植物NRE与枯片中的N浓度呈显著负相关关系。综上,增水通过影响土壤水分含量以及叶片N浓度间接降低了荒漠草原优势植物叶片的NRE。     

贝加尔针茅光合特征与叶片功能特性对长期氮添加的响应

以贝加尔针茅草甸草原建群种贝加尔针茅为研究对象,通过一个连续6年氮添加野外控制试验,设置5个氮素处理:N₀(0 kg N/hm²)、N₃₀ (30 kg N/hm²)、N₅₀ (50 kg N/hm²)、N₁₀₀ (100 kg N/hm²)、N₁₅₀ (150 kg N/hm²),探讨氮沉降变化对贝加尔针茅种群光合特性与叶片功能特性变化规律及其影响因子。结果表明,氮素添加变化显著影响贝加尔针茅的净光合速率等光合特性,氮素添加处理净光合速率(net photosynthetic rate, P_n)、气孔导度(stomatal conductance, G_s)、蒸腾速率(transpiration rate, T_r)、光合氮利用效率(photosynthetic nitrogen use efficiency, PNUE)和光合能量利用效率(photosynthetic energy use efficiency, PEUE)均低于或显著低于无氮素添加处理。氮素添加处理叶片比叶面积(specific leaf area, SLA)、叶片N含量(leaf N content, N_mass)、建成成本(leaf construction cost, CC_mass)、叶片N∶P均高于或显著高于无氮素添加处理。相关分析表明,5个氮素处理的P_n与G_s、T_r、PNUE、PEUE、叶片P含量(leaf P content, P_mass)、土壤N∶P呈显著正相关,与叶片比叶面积(SLA)、N_mass、CC_mass、土壤含水量、土壤pH值呈极显著负相关;叶片N_mass与SLA、CC_mass、土壤N∶P呈显著正相关,与PNUE、PEUE、P_mass、土壤含水量、土壤pH值呈显著负相关。综合以上研究表明,长期氮添加会降低贝加尔针茅净光合速率、养分利用效率,提高叶片建成成本和叶片N∶P,土壤含水量和土壤pH值是引起这种改变发生的主要因子。     

氮添加对内蒙古不同草原生物量及土壤碳氮变化特征的影响

以内蒙古草甸草原、典型草原、荒漠草原3种草原实验区草地植物群落为研究对象, 设置7种氮添加梯度, 分别为CK（0 g N·m^-2·a^-1）、N₁（5 g N·m^-2·a^-1）、N₂（10 g N·m^-2·a^-1）、N₃（15 g N·m^-2·a^-1）、N₄（20 g N·m^-2·a^-1）、N₅（25 g N·m^-2·a^-1）、N₆（30 g N·m^-2·a^-1）,应用单因素方差分析（One-way ANOVA）方法研究不同浓度梯度氮添加下不同草原类型区植被生物量、土壤碳氮差异及其影响因素。结果表明：1）氮添加并未对3种草原类型地下生物量产生显著影响（P>0.05）,但显著提高了草甸草原和荒漠草原地上生物量（P<0.05）,且本研究初步判断在N₃添加时接近饱和阈值, 整体上氮添加使内蒙古草原总生物量平均增加了29.66%,较干旱的荒漠草原对氮添加的响应较为明显。施氮肥使草甸草原的根冠比显著降低（P<0.05）,典型草原根冠比在N₃处理下显著增加（P<0.05）,但对荒漠草原影响不显著（P>0.05）。2）选择不同土层（0~10 cm、10~30 cm）分析氮添加对3种草地类型土壤有机碳、全氮含量的影响, 结果显示氮添加对草甸草原土壤碳氮含量没有显著影响（P>0.05）,对典型草原和荒漠草原土壤碳氮含量存在显著影响（P<0.05）,且0~10 cm土层对施氮的响应更明显。3）施氮条件下地上生物量与土壤C/N、年均降水显著相关（P<0.01）,地下生物量、总生物量均与土壤全氮含量、有机碳含量、土壤C/N、年均温、年均降水显著相关（P<0.01）。总的来说,不同类型的草地生态系统生物量及土壤碳氮含量对施肥的响应存在差异,这意味着草地恢复与管理过程中需要对养分的添加作用进行考虑。     

氮、磷添加对草地不同冠层植物叶片和根系生态化学计量特征的影响

植物碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量特征能反映植物与环境间的相互作用关系,是评估植物对环境变化响应的重要依据。已有的相关研究多以地上器官为主,而对地下器官关注相对较少。本研究以呼伦贝尔草地不同冠层的4种植物——羊草、披针叶黄华、达乌里芯芭和星毛委陵菜为对象,分析了氮、磷添加对其叶片和根系C∶N∶P生态化学计量特征的影响。结果表明:氮、磷添加对4种植物叶片和根系C含量没有显著影响。氮添加显著提高了3种非豆科植物叶片和根系N含量(达乌里芯芭叶片接近显著)、降低了其C∶N,而磷添加显著提高了4种植物叶片和根系P含量并显著降低了C∶P。氮、磷添加对4种植物C、N、P及其化学计量比均无显著的交互作用。4种植物中,羊草叶片和根系C∶N和C∶P在所有处理中均最高,较高的养分利用效率可能是其成为建群种的重要原因。依据植物叶片N∶P情况判断,该生态系统属于N限制类型。在植物养分限制判断中,根系N∶P不应作为养分限制判断的依据。上述研究结果说明草地植物地上地下器官对氮、磷添加的响应具有协同性,而且不同冠层的植物C、N、P生态化学计量特征对氮、磷添加的响应具有一致性。     

鲁东南地区不同年龄紫花苜蓿N、P生态化学计量特征研究

为了探索鲁东南地区不同年龄紫花苜蓿在不同茬次下化学计量特征存在怎样的差异,本试验通过测定与分析不同年龄(2、3、4、5龄)紫花苜蓿叶和茎的N、P含量及化学计量比,研究了年龄及茬次对紫花苜蓿化学计量特征的影响。结果表明,不同茬次内,苜蓿叶和茎的N、P含量随年龄的变化趋势不同,但总体上3龄苜蓿叶和茎的N、P含量高于其他年龄;每茬时,4龄苜蓿叶和茎N∶P均显著高于其他年龄(P<0.05),3龄苜蓿叶和茎N∶P均低于其他年龄。4个年龄苜蓿叶和茎N、P含量随茬次呈先增加后减少的趋势,并在第3茬达到最大值(除3龄苜蓿茎的N含量);2龄和4龄苜蓿叶N∶P随茬次呈先降低后增加的趋势;苜蓿茎N∶P随茬次呈先降低再增加的变化趋势(除5龄),并均在第4茬时达到最低值;苜蓿年龄和茬次的变化均能显著影响苜蓿叶和茎的N、P含量及N∶P;苜蓿叶和茎的N含量与N∶P基本呈正相关,苜蓿叶和茎的P含量与N∶P基本呈负相关。随着年龄的增加,苜蓿由主要受N限制向主要受P限制转变。     

祁连山东缘高寒草甸植物及各部位对氮素添加的响应

为探究氮添加处理下高寒草甸草原植物的氮吸收和分配模式,本研究以祁连山东段高寒草甸草原为研究对象,分别施入0,10,20,30,40 g·m^-2的尿素,测定不同施氮水平下不同经济类群和优势种植物的生物量、整个植株及各部位氮含量等。结果表明：相比于豆科和杂类草,禾本科和莎草科植物对于氮素的利用率更为高效;施氮与扁蓿豆（Trigonella ruthenica L.）、矮生嵩草（Kobresia humilis）、垂穗披碱草（Elymus nutans）植物氮含量显著相关,与赖草（Leymus secalinus）和球花蒿（Artemisia smithii）的相关性较弱;施氮后植物叶片氮含量最高,其次是穗/花,茎的氮含量最低,且施氮对于植物叶片的氮含量有显著影响,对茎和穗/花的影响不显著。     

氮素添加对荒漠化草原草本植物养分化学计量特征的影响

为研究氮（N）沉降增加后荒漠草本植物的养分利用策略及碳（C）同化能力和分配格局的变化,以腾格里沙漠东南缘的典型荒漠化草原为研究区,分析了N素添加下不同功能型草本植物根部和地上部化学计量比的变化。结果表明：N素添加会导致土壤中总N、铵态N以及植物体内N含量的显著增加,同时会促进多年生植物尤其是非禾本科植物对磷（P）的吸收,但会显著降低一年生植物根部P的含量。一年生和多年生非禾本科植物的C含量在N素添加下显著降低,多年生禾本科植物的C含量则表现出显著的器官差异,其中地上部的C含量显著降低,而根部显著增加。不同功能型植物体内的C/N和C/P（除一年生植物根部的C/P）在N素添加后显著降低,且二者均表现出根部大于地上部的趋势。植物的N/P在N素添加下显著增加,尤其是一年生植物的变化趋势随施肥水平的变化更加显著。可见,在N素受限的荒漠化草原,外源N素输入导致的土壤N素有效性提升后会凸显P素对植物生长的限制性作用,同时会降低草本植物的C同化能力并加强C向植物根部的分配。     

贝加尔针茅草原土壤无机氮含量对氮素添加的响应

土壤无机氮是可以直接被植物根系吸收的氮素形态,也是表征土壤肥力的重要参数。基于内蒙古贝加尔针茅草原长期氮素添加(NH4NO3)试验平台,本研究选取4个氮素添加水平,分别是0(CK)、30(N30)、50(N50)和100 kg N·hm-2·a-1(N100),探究氮素添加对土壤无机氮的影响。于2015年生长季(6—10月)每月中旬分别采集0~10、10~20、20~30、30~40 cm四个土层深度的土壤样品,测定土壤铵态氮(NH+4-N)和硝态氮(NO-3-N)含量。结果表明:贝加尔针茅草原0~40 cm土壤中,CK、N30和N50处理的土壤铵态氮含量较土壤硝态氮含量高,N100处理中,二者几乎各占一半,生长季内无机氮含量的变化趋势与硝态氮一致;各处理土壤铵态氮、硝态氮和无机氮含量在土层间的关系均表现为:0~1010~2020~3030~40 cm,且都随氮素添加水平增加而增加。经方差分析表明,氮素添加、取样时间、土层深度及三者交互作用对土壤铵态氮、硝态氮和无机氮含量均有极显著影响;本试验中,在自然水热条件下,N100处理有明显的硝态氮累积,达"氮饱和点"。     

养分添加对贝加尔针茅草原6种植物叶片性状的影响

养分添加是促进退化草地恢复常用的管理措施。以贝加尔针茅草原为研究对象,设置CK(对照,不施肥),N(单施氮肥,100 kg/hm²),P(单施磷肥,100 kg/hm²),K(单施钾肥,100 kg/hm²),NP(氮、磷肥混施,均为100 kg/hm²),NK(氮、钾肥混施,均为100 kg/hm²),PK(磷、钾肥混施,均为100 kg/hm²),NPK(氮、磷、钾肥混施,均为100 kg/hm²),研究贝加尔针茅草原包括建群种和优势种在内的6种植物的比叶面积、叶绿素含量和养分含量等叶片性状对养分添加的响应,旨在探讨草原生态系统中,不同物种叶片特性随养分供给条件发生的变异及其与土壤理化特性之间的关系。结果表明,6种植物的比叶面积(specific leaf area, SLA)、叶绿素含量、叶片养分在不同养分添加下都发生了变化,但变化的范围和方向都不尽相同。综合6种植物进行分析,SLA与叶绿素含量、叶片含N量呈极显著正相关(P<0.01),与叶片含P量呈显著正相关(P<0.05);叶绿素含量与叶片含N量、土壤铵态氮含量呈极显著正相关(P<0.01);叶片含N量与土壤pH呈显著正相关(P<0.05);叶片含P量与土壤P、土壤速效P含量和土壤pH值呈极显著正相关(P<0.01)。综合研究表明,贝加尔针茅草原植物叶片含N量较低,植物叶片性状受N素影响显著,但不同物种对N素添加的反应不同,土壤养分供给的差异是叶片结构特性和叶片养分组成发生变化的重要原因。     

贝加尔针茅草原土壤酶活性及微生物量碳氮对养分添加的响应

通过草地养分添加控制试验,研究了贝加尔针茅(Stipa Baicalensis)草原在CK,K,P,N,PK,NK,NP,NPK不同养分添加方式下土壤酶活性、土壤微生物量碳氮的变化以及他们与土壤养分间的相互关系。结果表明:土壤蔗糖酶在含磷养分添加条件(NP,NPK,P,PK)下活性显著高于CK,脲酶活性在氮磷组合添加条件下(NP,NPK)下有显著提高,碱性磷酸酶活性在NP,NPK和NK处理下有显著的提高,过氧化氢酶在不同养分添加条件下活性与CK无显著差异;NP,NPK,N和PK处理下微生物量碳显著高于其他处理,NP处理下微生物量氮显著高于CK;过氧化氢酶、蔗糖酶活性与速效磷含量呈显著正相关,微生物量碳与脲酶和碱性磷酸酶活性呈显著正相关,与蔗糖酶活性呈极显著正相关,微生物量氮与速效磷、过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性呈显著正相关。综合分析表明,氮磷养分组合添加可以提高贝加尔针茅草原土壤酶活性和微生物量碳氮含量,有利于土壤肥力状况改良。