积雪变化对陆地生态系统植被特征和土壤碳氮过程的影响

在季节性积雪地区,冬季气候变暖导致积雪变薄、积雪不连续、融雪提前及雪盖面积缩小等现象。然而相较于氮沉降、增温、降水变化等全球变化因子,目前尚缺乏积雪因子对陆地生态系统过程和功能影响的系统报道。为加深人们对积雪特征变化生态后果的认知,综述了积雪深度和融雪时间变化对植被物候和群落组成、凋落物分解、土壤碳氮过程、温室气体排放和土壤微食物网(土壤动物和微生物)的影响。由于模拟积雪变化手段不同和复杂的气候、土壤背景,生态系统各要素对积雪特征变化的响应规律存在较大的分异和不确定性。例如,在未来气候变暖导致积雪变薄和融雪提前情景下,植被物候提前,生长季延长,导致生产力增加和凋落物数量增加,禾草比例减少导致凋落物质量增加,早春温度高刺激微生物活性,凋落物分解速率高,促进土壤碳氮周转过程。但积雪减少和融雪提前导致的早春低温和夏季干旱也可能引起植被生产力下降,凋落物数量减少质量降低,土壤微生物活性低,分解速率低,从而减缓碳氮周转过程。此外,积雪特征变化对植被特征和土壤碳氮过程影响相关研究目前还存在以下问题:1)积雪深度和融雪时间对生态系统的影响是否存在交互效应仍缺乏关注,且积雪变化对后续生长季是否存在持续效应也不明确;2)积雪因子对植被、土壤碳氮动态过程和土壤生物的影响,各生态要素研究相对较为独立;3)积雪变化引起对土壤地化循环过程影响的微生物驱动机制缺乏组学数据支撑;4)缺乏遥感手段反演各类影响生态系统功能和过程的积雪参数。应加强植被群落-土壤碳氮过程-土壤微食物网生态关联研究、基于基因组学的土壤微生物群落组成和生态功能研究和遥感相关技术研究,以期为发展积雪生态学提供参考。

氮添加和刈割条件下羊草光合-CO_(2)响应过程及模型比较研究

草原植物光合作用受氮添加和刈割等草原管理措施的影响。依托内蒙古草甸草原的氮添加(0、2、5、10、20和50 g N·m^(-2)·a^(-1))和刈割(刈割和非刈割)交互处理的野外控制试验,测定其优势物种羊草的光合-CO_(2)响应过程。探究直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型和Michaelis-Menten模型对叶片光合-CO_(2)响应曲线的拟合效果,以及光合特性对氮添加和刈割的响应。结果表明:非直角双曲线模型拟合的初始羧化效率和光呼吸速率最接近实测值;直角双曲线修正模型对CO_(2)饱和点、CO_(2)补偿点和最大净光合速率的拟合效果最好;直角双曲线修正模型的拟合优度最高;适度氮添加能提高羊草净光合速率、水分利用效率、最大净光合速率、初始羧化效率和CO_(2)饱和点并降低CO_(2)补偿点,提升羊草对CO_(2)的利用效率;随CO_(2)浓度的升高,氮添加浓度为20 g N·m^(-2)·a^(-1)并刈割的羊草净光合速率增幅较大,具有较高的最大净光合速率、CO_(2)饱和点、水分利用效率和较低的CO_(2)补偿点。综上,非直角双曲线模型和直角双曲线修正模型较适用于氮添加和刈割条件下羊草的CO_(2)响应曲线拟合,在内蒙古草原施氮20 g N·m^(-2)·a^(-1)并刈割最有助于提高羊草光合能力,有利于增大生态系统固碳量。

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。

外源硫添加对草甸草原土壤磷组分的影响

依托中国科学院额尔古纳森林草原过渡带生态系统研究站硫添加(0、1、2、5、10、15、20、50 g·m^(-2)·a^(-1))试验平台,分析了表土磷组分的变化动态,测定了土壤无机磷组分(Ca_(2)-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、Ca_(10)-P、O-P)和有机磷组分(按照其活性由大到小依次为活性有机磷、中等活性有机磷、中稳性有机磷、高稳性有机磷),研究了外源硫添加对草原土壤磷组分的影响。结果表明:随硫添加量的增加,土壤Al-P和Ca8-P质量分数显著增加,土壤Ca_(2)-P和Ca_(10)-P质量分数显著降低,硫添加降低土壤pH值,促进了易溶性无机磷(Ca_(2)-P)的溶解以及难溶性无机磷(Ca_(10)-P)向中等活性无机磷(Al-P、Ca8-P)的转化。随硫添加量的增加,土壤的活性、中等活性及高稳性有机磷质量分数降低,而中稳性有机磷质量分数增加,表明高量硫添加有利于中稳性有机磷的积累。硫添加增加了土壤有效磷质量分数,表明由硫添加诱导的土壤酸化可提高土壤磷的有效性。

草甸草原植物中微量元素吸收特点及其对硫添加的响应

依托草甸草原硫添加模拟酸化田间试验,研究了植物叶片根系中微量元素对硫添加的响应。结果表明:与杂类草相比,禾草叶片具有较高的Fe、Mn质量分数和较低的Ca、Mg质量分数;4个物种叶片Ca、Mg对硫添加的响应相对较弱,Mn随硫添加量显著增加,而杂类草叶片Fe质量分数显著降低;从植物群落水平来看,随硫添加量增加根系Ca质量分数显著降低,在高硫水平下降低显著,叶片Fe质量分数及叶片和根系Mn质量分数显著增加;硫添加下植物养分的变异受到土壤pH、交换性Al等土壤酸化指标的显著影响。

呼伦贝尔草原3种植物的功能性状对氮磷添加的响应

以呼伦贝尔羊草草原3种常见植物为研究对象,通过设置不同梯度的氮(0和10g/(m2/a))和磷(0,2,4,6,8,10g/(m2·a))添加处理,研究了植物功能性状对不同氮磷添加的响应。结果表明:(1)羊草生长可能受到氮限制,氮添加会削弱披针叶黄华的养分竞争优势;(2)不同物种的功能性状对氮添加呈现多样化的响应方式,但都趋向于提高植物对光资源的竞争;(3)磷添加提高了从属种的竞争优势,从而可能潜在改变群落结构和功能;(4)氮磷添加的交互作用对各物种功能性状的影响均不显著,且氮、磷添加对植物叶片磷、氮含量无显著影响。研究结果揭示了氮添加后植物功能性状的变化既有一致性也存在种间差异,体现了物种适应环境变化过程中的竞争排斥以及生态位分化;磷添加则可能通过提高从属种的竞争优势而潜在地改变群落结构和功能。

氮添加和干旱对呼伦贝尔草原5种植物性状的影响

植物功能性状能够反映植物对环境变化的响应,但是很少有研究同时考虑多个气候变化因子交互对植物功能性状的影响。基于氮添加(0 g·m^−2·a^−1和10 g·m^−2·a^−1)和干旱(减少66%生长季(5-8月)降水量)模拟实验,测量了呼伦贝尔草原5种优势植物的叶片形态学特征、叶片化学计量学特征以及植被高度等多个指标,探讨了呼伦贝尔草原植物对于土壤养分和水分变化的响应。结果表明,(1)干旱能够促进氮添加对土壤可利用氮特别是硝态氮含量的提升。(2)氮添加显著增加叶片N含量,降低叶片P含量,增加叶片氮磷比;干旱降低叶片N含量和叶片P含量,对叶片氮磷比影响不显著;植物叶片N、P含量受氮添加和干旱交互作用的显著影响,并在氮添加情况下施加干旱能够进一步增加P素对植物生长的限制作用。(3)氮添加处理下植物倾向于采取资源获取型策略,增加高度和比叶面积(SLA),降低叶片干物质含量(LDMC);干旱处理下植物倾向于资源保守型利用策略,降低高度和SLA,增加LDMC和叶片C含量;而植物高度、SLA、LDMC和叶片C含量不受氮添加和干旱交互作用的显著影响。研究表明,草地生态系统氮、水循环之间存在偶联关系,两者共同影响了植物养分吸收,决定植物叶片化学计量特征;而氮添加对植物资源利用策略影响更多的受到土壤水分调节。该研究强调在未来的气候变化研究中,需要同时考虑多个气候变化因子及其交互作用对植物功能性状的影响,并且需要考虑不同维度的功能性状的响应,才能更全面更准确地评估并预测生态系统功能的变化。

不同有机/无机氮添加对草原土壤氮素分配和转化特征的影响

氮沉降增加已成为全球变化的重要现象之一,已显著影响草地土壤氮素循环。以内蒙古额尔古纳草甸草原为研究对象,进行了6年不同形式氮添加试验,设置无机氮和有机氮比例分别为:10∶0(N_(1)),7∶3(N_(2)),5∶5(N_(3)),3∶7(N_(4)),0∶10(N_(5))和对照处理0∶0(CK)。通过土壤有机质物理分组及室内矿化培养的方法,从氮素形态、氮素组分及氮素潜在矿化三方面研究不同比例有机、无机氮添加对草原土壤氮素分配和转化特征的影响。结果表明,土壤全氮含量未受氮素添加形式的影响;氮添加显著提高了0~20 cm土层矿质氮含量,尤其是土壤硝态氮,其中N_(4)(无机氮∶有机氮=3∶7)混合氮肥处理下硝态氮含量增幅最大,较对照处理增加1332%。不同形式氮添加没有影响氮素在土壤颗粒态有机氮(轻组)及矿物结合态有机氮(重组)中的占比;N_(1)(无机氮∶有机氮=10∶0)处理显著提高了0~10 cm土层颗粒态有机氮(轻组)及0~20 cm土层矿物结合态有机氮(重组)中的氮素相对含量,较对照分别增加了91%和44%。氮添加增加了10~20 cm次表层土壤硝化速率的同时降低了氨化速率,但土壤净氮矿化速率不受氮添加形式的影响。因此,有机/无机氮添加比例变化对草原土壤氮素形态和周转的影响也更加复杂。

氮磷添加对呼伦贝尔草地凋落物分解的影响

凋落物分解是草地生态系统能量流动和物质循环的重要过程,其分解与初始化学组成(内因)和土壤环境(外因)等因素有关。氮(N)、磷(P)作为植物生长所必需的大量元素,影响生命活动的很多过程,是凋落物分解中内因和外因的重要调控因素。以呼伦贝尔草甸草原中羊草、糙隐子草和披针叶黄华3种植物为研究对象,采用网袋分解法,研究氮磷养分添加在内因和外因方面对凋落物分解的影响。结果表明:1)凋落物分解过程受物种内在因素和土壤环境等外在因素的共同影响,在提高凋落物分解速率上,养分添加在外因方面作用大于内因方面;2)外因方面,氮磷养分添加显著促进3种凋落物分解;内因方面,对糙隐子草和披针叶黄华有促进作用,而对羊草则表现为抑制作用;3)凋落物分解过程中N、P元素的释放与凋落物初始N、P含量和土壤中N、P含量呈正相关关系。研究结果揭示了土壤氮磷养分差异是影响凋落物分解和养分释放的主导因素,今后研究应更多关注外在因素变化对凋落物分解过程的影响。

氮沉降和刈割条件下羊草光响应模型比较及响应特性

草地覆盖全球陆地面积的40%左右,在全球碳循环中发挥着重要作用。近年来,人类活动,如化石燃料燃烧和畜牧业的发展显著增加了氮在全球环境中的沉积。草地管理方式(如刈割)在介导氮沉降对草地植物的影响方面具有重要作用。因此,筛选合适的模型对光响应过程进行拟合并计算相关参数对研究植物光合特性具有重要意义。依托6种氮添加(NH4NO3)梯度和两种草原管理方式(刈割和不刈割)交互处理的野外控制实验,利用Li-6400便携式光合作用系统测定上述实验平台的优势种羊草(Leymus chinensis)的光合作用-光响应过程。采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数模型和直角双曲线修正模型4种光响应模型对羊草光响应曲线进行拟合,从参数拟合效果和模型拟合优度筛选氮添加和刈割条件下羊草的最佳拟合模型并分析羊草的光合特性。结果表明:指数模型对表观量子效率(α)、光饱和点(LSP)和最大净光合速率(Pnmax)具有较好的参数拟合效果,非直角双曲线模型的模型拟合优度最好。在所有处理中,羊草均未表现出明显的光抑制现象,具有一定的光合潜力和适应环境变化的能力。适度氮添加和刈割处理能提高羊草净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、Pnmax、α和LSP等,提升了羊草的光能利用率并拓宽了光强利用范围,但过度氮添加并不能进一步提高光合能力。综上,指数模型和非直角双曲线模型较适用于氮添加和刈割条件下羊草的光响应曲线拟合,施氮浓度为20 g N m^(-2)a^(-1)并刈割是最有利于提高羊草光合能力的草原管理措施。探讨了不同氮添加浓度和刈割处理对优势种羊草的交互影响,从光合作用角度分析羊草的适应机制,将对未来全球氮沉降增加情况下的草地管理方案提供科学依据。

谨慎评价围栏在我国草地治理体系中的作用

草地围栏诱发的生态负面后果引起了公众的广泛关注。草地围栏具有生产、生态和标志产权等多重功能。在生态功能外,草地围栏更直接支撑了当前草地承包使用权制度,促进草地使用权的交易流转,进而实现草地的抗灾救济等社会保障功能。因此,在草地产权制度尚未发生重大转变之前,不宜全面废除围栏。当前需要对现有围栏进行生态优化,并探索替代围栏的新型草地治理模式。待条件全面成熟后,方可进行根本性的围栏政策调整。

模拟氮沉降和降水增加对弃耕草地土壤微生物学特性的影响

研究了模拟氮沉降和降水增加对弃耕恢复草地土壤理化性质、微生物生物量、酶活性和酶化学计量学参数的影响.结果表明,氮添加显著降低了土壤pH值,对土壤全碳、全氮、铵态氮、硝态氮和地上植被净初级生产力无显著影响.氮添加显著降低了土壤微生物生物量,增加了土壤微生物生物量碳氮比,表现出微生物适应外界环境变化的一种自身调控机制.氮添加降低了氮获取酶活性,增加了碳获取酶活性,符合资源分配假说.降水增加显著增加了土壤微生物生物量,缓解了土壤酸化对土壤微生物生长的负效应.此外,大分子底物(例如纤维素和蛋白质)水解酶活性及其计量比更能反映微生物养分需求.

极端干旱对草甸草原优势植物非结构性碳水化合物的影响

植物光合作用产生的非结构性碳水化合物(NSCs)水平可以反映植物和生态系统对环境变化的响应程度。近年来,草原极端干旱事件的发生频率和持续时间增加趋势明显,对生态系统结构和功能产生深远影响。该研究以内蒙古呼伦贝尔草甸草原为研究对象,通过连续4年减少66%生长季降水量的控制实验来模拟极端干旱事件,分析草原6种优势物种和植物功能群NSCs各组分对极端干旱的响应规律与机制。结果显示,由于植物生物学、光合特性以及生理生态等特性的差异,不同物种对干旱胁迫的响应具有明显差异。这表明草地植物NSCs组分及其利用策略对干旱胁迫的响应具有物种特异性,从而导致其生物量的不同响应。将6种植物分为禾草和非禾草两类,发现干旱显著增加了禾草的淀粉含量,但对其可溶性糖含量无显著影响;相反,干旱显著增加了非禾草功能群的可溶性糖含量,对其淀粉含量无显著影响,表明不同功能群采取了不同的干旱应对策略。禾草选择将光合作用固定的能量进行储存以应对干旱胁迫,其生物量对干旱响应不敏感;而非禾草选择将能量以可溶性糖的形式直接供植物生长利用以及抵御干旱胁迫,其生物量对干旱响应较为敏感。这一发现可为预测在全球气候变化背景下草甸草原生态系统结构与功能对极端干旱的响应提供科学参考。

呼伦贝尔草原土壤养分及生物学特性对氮沉降的响应

针对在我国开展的草地生态系统氮沉降的研究主要集中在内蒙古温带草原,以及氮沉降模拟与真实的氮沉降输入存在较大差异这些问题,本研究于2014年在内蒙古呼伦贝尔草原设置双因素模拟氮沉降试验平台,包括普通尿素与缓释尿素两种氮沉降模拟方式和8个氮沉降水平(0、25、50、75、100、150、200与300 kg N·hm^(-2)·a^(-1)),试验开展3年后,于地上植被生长旺盛时期(2016年8月)采集土壤样品,考察土壤养分及生物学特性对不同氮沉降模拟方式及氮沉降水平的响应.结果表明:氮沉降对呼伦贝尔草原土壤化学性质、生物学性质和酶活性均产生了显著影响.随着氮沉降水平的增加,土壤pH最高下降约0.2个单位,可溶性全氮(TDN)最高增长5~7倍,可溶性有机碳(DOC)增加了12%~36%,土壤全磷含量出现了降低的趋势;微生物量和代谢活性先增加后降低;与土壤碳氮磷转化相关的酶活性在中等氮沉降水平下显著增加.相对于普通尿素,缓释尿素模拟氮沉降减缓了土壤pH下降与可溶性养分增加的程度;使微生物量和代谢活性,以及与氮转化相关的酶活性的变化趋势相对平缓.该区域研究结果印证了氮持续输入造成土壤pH下降、生物有效性养分增加,从而对微生物量与活性、酶活性产生影响的结果.

氮素补给对呼伦贝尔草甸草原退化草地牧草产量和品质的影响

长期过度利用导致我国草原的生产功能严重衰退,适量补充关键性养分元素是提升牧草产量的关键.以往研究表明,氮素输入可提升牧草产量,但对牧草品质的影响鲜有涉及.本研究以内蒙古草甸草原退化草地为对象开展控制试验,旨在明确氮素补给如何通过改变不同植物类群的牧草品质和植物群落结构影响群落水平上的牧草品质.结果表明:氮素输入显著提升了牧草产量达23%,主要得益于根茎禾草类群的贡献;氮素输入对其他植物类群的生产力无显著影响.不同植物类群的粗蛋白、粗脂肪、粗纤维含量均存在显著差异.氮素输入显著提高了根茎禾草、丛生禾草、豆科植物、苔草类植物的粗蛋白含量,提高了根茎禾草的粗脂肪含量,而对所有类群的粗纤维含量均无显著影响.在群落水平上,氮素输入显著提高了粗蛋白和粗脂肪含量.这对于理解氮素补给对草甸草原牧草生产的影响具有重要意义.

刈割制度对呼伦贝尔草原群落特征及牧草质量的影响

为确定呼伦贝尔草原高效生产和可持续利用的最佳刈割制度,于2019—2021年在呼伦贝尔草原开展刈割时间(7月31日、8月10日、8月20日、8月30日、9月9日)、留茬高度(3、9、15 cm)及两者交互作用对草原群落特征、牧草产量和品质影响的研究。结果表明:较晚时间刈割和低留茬刈割会降低翌年群落高度和盖度;低留茬刈割降低翌年地上部分生物量,但刈割时间对其影响不显著。禾草、莎草相对生物量随刈割时间的延迟表现出先增加后减少的趋势,杂类草则与之相反,而豆科植物无明显变化。低留茬刈割在当年能够获得高的干草产量,但翌年的干草产量显著下降;8月30日,留茬3 cm刈割时干草产量达到最高值(469 g·m^(-2)),高于最低值361.5%。牧草品质中粗蛋白含量在8月30日刈割时亦达到峰值,高于最低值约6.5%,且在高留茬刈割下含量更高;酸、中性洗涤纤维含量随刈割时间延迟逐渐升高,9月9日刈割高于7月31日8.0%、5.9%,并且随留茬高度增加而降低。呼伦贝尔草原刈割制度设置为留茬高度9 cm左右、8月20—30日刈割为最佳,但需更长期的刈割试验观测才能得到更可靠、更客观的结论。

氮素添加对呼伦贝尔草甸草原植物氮钾元素含量和计量比的影响

钾(K)是植物叶片中仅次于氮(N)的第二大营养元素,在调节植物生长发育、稳态维持和胁迫响应等方面具有重要作用。以往关于氮素输入对植物养分状况影响的研究中多关注了氮磷养分,较少关注钾及其与其他元素的计量关系。本研究以内蒙古呼伦贝尔草甸草原为对象,研究氮素添加和刈割对植物功能群水平和群落水平钾含量及计量特征(N∶K)的影响,分析功能群自身养分状况和群落组成改变对群落水平养分状况变化的相对贡献。结果表明:为期6年的氮素添加提高了所有植物功能群的N含量以及根茎禾草和豆科植物的K含量,刈割降低了根茎禾草和丛生禾草的N含量,而对所有功能群的K含量和N∶K均无显著影响。氮素添加显著提高了群落水平植物N和K含量,刈割仅增加了群落植物的N含量。氮素添加和刈割对功能群和群落水平上的植物N∶K均无显著影响。功能群本身的养分变化情况对群落水平植物养分状况的贡献大于群落组成的贡献。在对群落水平养分特征的影响方面,功能群本身养分变化的贡献与群落组成的贡献具有负的协变关系。呼伦贝尔草甸草原植物具有较高的N∶K内稳性,能够较好地调节自身的氮钾平衡,这对氮沉降背景下维持氮钾元素计量关系具有重要意义。

外源硫在草甸草原黑钙土中的转化

【目的】探讨元素硫添加后在草甸草原黑钙土中的氧化速率,明确土壤无机S组分的变化特征。【方法】依托内蒙古额尔古纳草甸草原硫磺添加试验平台,测定了元素S添加量(0、1、2、4、6、8、10 t hm^(-2))1年后的表观氧化速率及表层土壤(0~10 cm)各无机硫组分的变化。【结果】研究表明,对照中的土壤全硫含量为627.5 mg kg^(-1),其中无机硫和有机硫分别占2.4%和97.6%。硫添加处理的表土全硫含量分别比对照增加646.5~5182.5 mg kg^(-1),总无机硫分别比对照增加169.4~887.9 mg kg^(-1);硫添加处理中,表土中未氧化的元素硫分别为473.9~4264.0 mg kg^(-1),元素硫的表观氧化速率分别为173.5~271.3 g kg^(-1)a^(-1)。在增加的表土总无机硫中,85.0%~91.9%为(CaCl_(2)浸提),7.8%~17.1%为吸附性硫(Ca(H_(2)PO_(4))_(2)浸提),0.8%~1.6%为难溶性硫(HCl浸提)。土壤无机硫组分与土壤pH呈显著负相关,与土壤电导率呈显著正相关。【结论】外源添加的元素硫主要氧化为植物可利用态的易溶性硫和吸附性硫,而氧化为难溶性硫的比例很低。

氮素输入对呼伦贝尔草甸草原植物群落氮磷化学计量特征的影响

植物群落水平的养分特征是调控生态系统过程的重要因素。大气氮沉降通过改变植物群落物种组成的种间变化过程和改变植物物种水平养分特征的种内变化过程来影响群落水平养分特征。明确上述两种过程的相对重要性对于预测生态系统功能的变化具有重要意义。本研究依托野外氮素添加实验,分析了氮素输入对于呼伦贝尔草甸草原群落水平氮磷化学计量特征的影响,并分析了两种过程的相对贡献。结果表明:在0~50 g N·m^(-2)·a^(-1)的氮素输入量梯度上,植物群落组成发生明显变化。所关注的17种植物中,8种植物的氮含量与氮素输入量呈显著正相关,而大多数物种的磷含量和N∶P对氮素输入不敏感。随氮素输入量的增加,植物群落水平的氮含量和N∶P均显著升高,而磷含量则无显著变化。氮素输入所引起的群落水平上植物养分特征的变化主要是由于种内变化过程所导致;其对于氮含量、磷含量和N∶P变化的贡献率分别为75%~99%、61%~91%和97%~100%。研究表明:(1)草甸草原生态系统中植物氮磷化学计量特征对于氮素输入的响应具有较强的物种特异性;(2)尽管植物群落组成与结构对于氮素输入非常敏感,但群落水平上氮磷化学计量特征的改变主要是由少数优势物种的种内水平上养分特征变化所导致的。

碳氮添加对草地土壤有机碳氮磷含量及相关酶活性的影响

草地土壤有机碳(C)、氮(N)、磷(P)等养分含量和酶活性对草地生态系统能量和养分的保持和供应具有重要作用.氮沉降对草地生态系统土壤有机养分及酶活性产生影响的结果不一致性,碳的同步添加是否会缓解氮沉降造成的负面影响仍不清楚,需要深入探讨.本研究以在内蒙古呼伦贝尔草原开展的碳(葡萄糖)、氮(尿素)添加试验样地为依托(始于2014年5月),探讨碳、氮添加对草地土壤C、N、P含量及相关酶活性的影响及其机制.试验分别设N0(对照)、N_(25)(施氮25 kg·hm^(-2)·a^(-1))、N_(50)(50 kg·hm^(-2)·a^(-1))、N100(100 kg·hm^(-2)·a^(-1))、N_(200)(200 kg·hm^(-2)·a^(-1))共5个N添加主处理,C_0(对照)、C_(250)(施碳250 kg·hm^(-2)·a^(-1))、C500(500 kg·hm^(-2)·a^(-1))3个碳添加副处理,试验样品采于2016年8月.结果表明:高氮添加显著抑制脱氢酶(DHA)和β^(-1),4-N-乙酰氨基葡糖苷酶(NAG)活性,与对照相比,其活性分别降低22.3%和12.5%;而氮添加对土壤有机N含量无显著影响,使有机C和有机P含量分别减少6.6%和14.5%.高碳添加缓解了土壤微生物的碳限制,使得脱氢酶(DHA)、β-葡糖苷酶(BG)活性及土壤有机N、有机P含量分别增加15.1%、12.2%、1.9%、2.6%.研究表明,长期过量氮输入抑制土壤微生物活性,造成土壤有机C、有机P的减少,而碳添加提高了微生物及酶活性,使土壤有机N、P含量增加.碳氮耦合添加对草地土壤有机C、N、P的持续供应具有重要意义.