黄土高原斯泰普草原植物氮磷生态化学计量特征对氮素添加的响应-《江苏农业科学》(2019年3期).docx

龙源版权所有 黄土高原斯泰普草原植物氮磷生态化学计量特征对氮素添加的响应作者：李维军来源：《江苏农业科学》2019年第03期 摘要：以宁夏云雾山国家级自然保护区斯泰普草原为研究对象，测定了不同施肥梯度植物叶片和根系的全N、全P含量，阐明了不同施肥梯度植物N、P生态化学计量特征，可为天然草原的保护和适应性管理提供理论依据。结果表明：（1）随着氮素添加浓度的增加，叶氮含量和氮磷比表现为先增加后降低的趋势，叶磷含量相对稳定;（2）不同优势种和功能群叶氮磷化学计量特征在不同氮素添加浓度中变化趋势差异明显，莎草和禾草叶片氮磷含量较低，豆科植物氮磷含量较高，且磷含量对氮素添加的响应比氮含量弱;（3）各土层（0～30 cm）根氮含量表现为随着氮素浓度的升高而逐步增加，根磷含量表现为先增加后降低的趋势。因此，低浓度氮素添加缓解了氮素限制，高浓度氮素添加加剧了磷元素的限制。 关键词：斯泰普草原;叶氮含量;叶磷含量;化学计量特征;施肥 中图分类号： S181 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2019）03-0208-05 我国的各类草地有4亿hm2，占国土面积的41.7%，其中大部分分布在北方，是我国主要的草牧业生产基地和重要的生态安全屏障。然而，受气候变化（增温、氮沉降、降雨变异的增强等）和人类活动（放牧、土地利用方式转变等）的综合影响，我国草地约有90%以上的面积出现不同程度的退化，导致生产和生态功能严重下降[1]。从上世纪末开始，我国针对草地退化、草牧业发展效益低下等难题，制定和实施了一系列生态恢复工程和政策措施，目前草地严重退化现象已初步得到遏制，但“局部改善，整体退化”的态势并未得到有效改观，生态赤字逐渐扩大。 黄土高原的草地面积为2.32×107 hm2，占其土地总面积的33%[2]，其中以长芒草（Stipa bungeana）为建群种的斯泰普草原为主体，占黄土高原草地面积的60%，在维持区域生态平衡、调节气候以及保持水土等方面占有重要地位[3]。深入研究长芒草草原恢复管理过程中植物生态化学计量特征，对于改善脆弱的黄土区生态系统功能以及实施生态文明、乡村振兴以及美丽中国战略构想具有重要科学意义，同时可为脆弱生态系统植被措施的选取和效益评价提供科学依据和实践指导。 生态化学计量学（ecological stoichiometry）是结合了生物学、化学和物理学等基本原理，研究生物系统能量平衡和多重化学元素（主要是C、N、P）平衡的科学[4]。近年来，生态化学计量学在全球与区域、生态系统、群落、种群、个体、器官水平等不同尺度展开了大量的研究[5]。氮磷生态化学计量常被用来诊断植物个体、群落和生态系统的养分限制格局[6-7]。也有研究表明，群落中优势种的化学计量学特征对物种更替以及群落演替方向有一定的指示作用[8]。 鉴于此，本研究以宁夏云雾山国家自然保护区斯泰普草原为研究对象，分析了群落中优势物种、功能群以及根系生态化学计量特征对氮素添加的响应，研究结果有助于揭示黄土高原斯泰普草原养分限制状况和适应策略，可为不同时空尺度生态化学计量研究以及黄土高原天然草地的后续合理利用和草食畜牧业的发展提供理论依据。 1 材料与方法 1.1 研究地概况 研究地位于宁夏固原市东北部的云雾山国家级草原自然保护区实验区（106°21′～106°27′E，36°10′～36°17′N），海拔高度1 800～2 100 m。该区域气候属中温带半干旱区，年平均气温5 ℃，最冷月1月（平均气温-14 ℃），最热月7月（22～25 ℃），≥0 ℃的积温为2 370～2 882 ℃，年日照时数为2 500 h，年降水量400～450 mm，降雨季节分配不均，全年65%～75%的降水集中在7—9月份。蒸发量1 330～1 640 mm，干燥度1.5～2.1，无霜期112～140 d。灾害性天气主要有干旱、暴雨、霜冻、冰雹、干热风等。 保护区植被类型属温帶斯泰普草原，其建群种和优势种以长芒草（Stipa bungeana）、百里香（Thymus mongolicus）、白莲蒿（Artemisia sacrorum）、大针茅（Stipa grandis）、冷蒿（Artemisia frigida）群落为主，伴生种类型以猪毛蒿（Artemisia scoparis）、百里香（Thymus mongolicus）、星毛委陵菜（Comarum acaulis）群落为主，其中丛生禾本科植物长芒草在该区分布范围最广。 1.2 试验设计 试验选取长期封育（30年）的斯泰普草原为研究对象，自2013年起采用随机区组设计进行长期氮素添加试验。以尿素作为肥料，5个尿素添加水平依次为：CK，0 g/（m2·年）;N5，5 g/（m2·年）;N10，10