中国草地地上生产力氮素敏感性的时空变化

【目的】评估中国草地地上生产力氮限制强度的时空变化,为全球环境变化背景下草地适应性管理和氮循环模拟评估提供参考。【方法】以中国草地为研究对象,系统收集了1980—2020年已发表的423组氮添加试验数据,整合分析地上生产力响应比(ln RR)和氮素敏感系数(ln RR/N,即ln RR与氮添加量的比值)及其影响因素。利用直线、双直线和逐步回归等方法,评估了ln RR/N的时空动态及其驱动因子。【结果】ln RR随氮添加量的增加总体呈先增加后持平的趋势。当氮添加量超过(21.1±5.5)g N·m^(2)·a^(-1)(平均值±95%置信区间)时,ln RR达到最大值(0.60±0.08)。整合分析结果显示,ln RR/N总体平均为0.043±0.004,即单位氮添加量(1 g N·m^(2)·a^(-1))可提高地上生产力(4.36±0.38)%,且因草地类型、氮添加量、试验持续年限和年代而异。时间尺度上,过去40年来ln RR/N呈显著降低趋势,且在相对湿润(年降水量MAP>450 mm)和温暖区(年均温MAT>4.5℃)的下降速率是相对干旱(MAP≤450 mm)和寒冷区(MAT≤4.5℃)的1.5—1.7倍。空间尺度上,降水量和土壤养分是ln RR/N变化的主要影响因子。其中,ln RR/N随着MAP的增加而增加,随着土壤氮含量的增加而降低。在相对湿润区,ln RR/N的变化由土壤氮含量和MAP共同占主导,而在相对干旱和温暖区则分别由MAP和MAT占主导。【结论】中国草地地上生产力仍受氮限制,但在全球环境变化背景下生产力氮限制强度或氮素敏感性持续减弱,尤其以相对湿润区和温暖区最为明显。要准确评估草地生态系统对全球环境变化的响应,需更多关注生产力关键限制因子及其限制强度的时空变化。