|
||
长期放牧和氮添加对黄土高原典型草原长芒草种群生长的影响
植物生态学报
2024, 48 (3):
317-330.
DOI: 10.17521/cjpe.2023.0086
种群是草原生态系统结构、功能形成和发展的基础。然而, 长期放牧伴随着全球气候变化深刻影响着种群的生长和繁殖。长芒草(Stipa bungeana)是黄土高原典型草原的优势种, 具有较高的生态和经济价值。该研究依托黄土高原典型草原长期滩羊轮牧实验平台, 采用完全随机的裂区实验设计, 以放牧率(0、2.7、5.3、8.7 sheep·hm-2)作为主因子, 氮添加水平(0、5、10、20 g·m-2)作为副因子, 探究放牧、氮添加及其交互作用对长芒草的形态性状、地上生物量及其占群落生物量比例的作用。结果表明: 随放牧率的增加, 长芒草的株高、冠幅直径、分蘖密度、实生苗密度、地上生物量和生物量占比呈“单峰”曲线变化趋势, 种群密度降低。而氮添加增加长芒草的株高、冠幅直径、生殖枝密度、分蘖密度、地上生物量和生物量占比; 实生苗密度随氮添加的增加呈先增后减的趋势。相比氮添加, 放牧对长芒草地上生物量和生物量占比的总效应小, 放牧对地上生物量有直接的负效应, 并通过调控分蘖密度、种群密度及地上生物量影响其生物量占比; 氮添加不仅对地上生物量有直接的积极效应, 还通过株高、生殖枝密度对地上生物量有间接的正效应, 同时通过调控种群密度、冠幅直径、分蘖密度和生殖枝密度影响生物量占比。总体上, 氮添加增加长芒草的冠幅直径和生殖枝密度(相比株高和分蘖密度), 放牧增加实生苗密度(相比种群密度), 而放牧和氮添加的交互作用显著影响生殖枝密度。放牧率为4.10和5.29 sheep·hm-2时长芒草具有最大地上生物量及其群落占比。上述结果表明放牧和氮添加通过影响长芒草种群的形态特征来调控其地上生物量和群落地位。 ![]() View image in article
图7
长芒草生长指标的相关性分析。*, p < 0.05; **, p < 0.01。
正文中引用本图/表的段落
长芒草性状之间的相互关系可以体现种群生长和繁殖对资源的获取和分配。株高和冠幅直径、分蘖密度、生殖枝密度、实生苗密度、地上生物量, 冠幅直径和实生苗密度、分蘖密度、生殖枝密度、地上生物量, 分蘖密度和实生苗密度、生殖枝密度、地上生物量, 生殖枝密度和地上生物量, 实生苗密度和地上生物量之间均有显著的正相关关系(图7)。
地上生物量是种群生产力的体现, 植物对环境变化的防御和抵抗会通过调节不同器官中的生物量分配, 来实现和维持生产力的最大化(郭丽珠等, 2019)。放牧和氮添加处理下, 长芒草的地上生物量和株高、冠幅直径、分蘖密度、生殖枝密度、实生苗密度均有显著的正相关关系(图7)。根据结构方程模型, 氮添加主效应对地上生物量的影响大于放牧。氮添加主要是直接增加地上生物量和通过增加株高和生殖枝密度间接提高地上生物量(图8)。因为氮添加通过营养元素的补给, 能直接促进长芒草的生长; 同时补偿长芒草被家畜过度采食而造成的叶面积减少, 缓解因资源和营养限制引起的生长速率下降(孙一梅等, 2021), 提高长芒草地上生物量。氮添加后种间竞争从对地下资源的竞争转变为地上光的竞争(Spasojevic & Suding, 2012), 株高是植物光合竞争能力的决定因素; 取样时长芒草的种子成熟脱落, 但生殖枝高度和质量在生物量分配中的占比仍较大(张力天等, 2021)。本研究中, 地上生物量在氮添加20 g·m-2时未达到最大值(图6A)。根据以往的研究, 氮添加超过一定的临界值后会降低植物的生产力, 本研究未达到这个阈值, 可能因为2021年氮添加前后降水较少(图1B), 限制了长芒草对氮素的吸收和利用(Chen et al., 2011), 但本研究仅基于一年的调查数据, 因此在不同的降水年份, 比如干湿年, 氮添加如何影响长芒草地上生物量, 还需要进一步研究。
本文的其它图/表
|