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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

杨倩, 王娓, 曾辉

植物生态学报 2018, 42 (4): 430-441. DOI: 10.17521/cjpe.2017.0135

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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。

响应 Response	名称 Term	df	F	p
禾草生物量 Grass biomass	DT	2	11.70	<0.001
	N	5	11.76	<0.001
	DT × N	10	0.72	0.696
禾草百分比 Grass percentage (%)	DT	2	12.70	<0.001
	N	5	7.34	<0.001
	DT × N	10	0.81	0.616
杂类草生物量 Forb biomass	DT	2	28.28	<0.001
	N	5	1.13	0.358
	DT × N	10	1.35	0.238
杂类草百分比 Forb percentage (%)	DT	2	12.35	<0.001
	N	5	7.01	<0.001
	DT × N	10	0.80	0.738

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表3 氮添加处理、退化类型以及两者的交互作用对不同功能群地上生物量及其在群落地上生物量中所占比例(%)的双因素方差分析

正文中引用本图/表的段落

全球范围内, 有关氮添加对草地生态系统影响以及氮添加降低物种多样性机制的报道中, 只有少量实验是从退化草地恢复的角度出发(Mountford et al., 1993; Stevens, 2016)。相关研究表明, 退化草地在一定程度上受氮限制(Hooper & Johnson, 1999; 徐晓天, 2015), 草地施肥是促进退化草地恢复以及草地资源可持续利用的有效途径(张铜会等, 2008; 王晶等, 2016)。王晶等(2016)研究表明, 中高水平氮添加提高了轻度退化草地生产力, 对中度和重度退化草地恢复并无明显的促进作用; 且氮添加对3个不同退化程度草地的物种丰富度均无显著影响。Xu等(2015)在内蒙古5个不同退化梯度草地3年氮添加的实验表明, 氮添加对5个不同退化程度草地的物种丰富度均无显著影响, 而对地上生物量的影响与退化程度有关, 其中退化最严重的草地地上生物量增加最为明显。Bai等(2010)研究表明, 在成熟草地, 氮添加会增加地上生物量, 降低物种丰富度, 其中氮输入导致多年生禾草和多年生杂类草丧失, 提高了一年生草本的物种丰富度; 对于退化草地, 物种丰富度年际变化对氮添加的响应并不明显。由此可见, 在不同退化程度的草地, 氮添加对群落物种多样性和地上生物量影响的研究结论并不完全一致。

氮添加和退化梯度对禾草地上生物量有显著的影响, 但它们的交互作用并不显著; 退化梯度对杂类草地上生物量有显著的影响, 氮添加及氮添加与退化程度的交互作用对杂类草地上生物量影响不显著(表3)。其中, 在3个不同退化草地恢复过程中, 氮添加均显著增加了禾草地上生物量。与对照组相比, 中度、重度和极度退化草地禾草地上生物量分别增加了3-10倍、2-5倍和2-10倍(图4)。对于杂类草来说, 与对照组相比, 3个不同退化程度草地杂类草地上生物量对氮添加的响应不明显(图4)。

氮添加和退化梯度对禾草、杂类草地上生物量在群落地上生物量中的比例有显著影响, 但交互作用并不显著(表3)。在3个不同退化程度草地, 氮添加显著增加了禾草的比例。其中, 在中度和极度退化草地, 氮添加量达到30 g·m-2·a-1, 禾草比例明显增加; 在重度退化草地, 氮添加量为50 g·m-2·a-1, 禾草比例明显增加, 增加了35.8% (图5)。氮添加对杂类草比例的影响与禾草截然相反, 在3个不同退化程度草地, 氮添加降低了杂类草比例(图5)。

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