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《中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心)》 2020年
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氮磷添加对北方草原生态系统群落和碳氮磷化学计量特征的影响

李冬冬  
【摘要】:由于人们在工业生产和农业种植过程中过渡的依赖化石燃料和化肥,导致全球范围内大气氮沉降的含量连年上升,草地生态系统可能由氮限制慢慢转化为受其他营养元素限制。氮磷在植物代谢中存在协同作用,磷对植物营养浓度的影响与氮添加相关。本研究以内蒙古自治区3种草原类型区(草甸草原、典型草原、荒漠草原)为研究对象,研究氮磷添加对不同草原类型区草原生物量及根冠比,物种多样性和生产力,土壤、叶片和根系C、N、P及化学计量比的影响,主要结论如下:(1)通过对3种草原类型区站点草地群落科的种数分布组成分析,均以禾本科、菊科和豆科三大科为主;而且物种丰富度指数随着氮素或磷素添加浓度呈现降低的趋势,依次为荒漠草原草甸草原典型草原。对于物种多样性指数而言,无论氮素或磷素添加对3种草原类型区的Shannon-Wiener指数远远大于Simpson指数和Pielou指数,而且Simpson指数和Pielou指数的大小基本接近,且呈现出相似的变化趋势。物种丰富度指数与年均温和生长季月均温均呈显著负相关(P0.05),与年降水量(P0.05)和生长季月降水量(P0.01)呈显著或极显著的正相关关系。(2)氮磷添加试验显著提高了草甸草原和荒漠草原草地群落地上生物量,并且随着施氮浓度越高,地上生物量呈现上升变化趋势,而对典型草原草地群落地上生物量影响不显著(P0.05);N、P添加显著提高了典型草原和荒漠草原草地群落地下生物量,而对草甸草原草地群落地下生物量略微下降趋势(P0.05)。(3)不同N添加水平对三种不同草原类型区草地群落生物量存在正相关关系,同时植物生物量还明显受到年降雨量和干旱指数的影响。不同P添加水平对三种不同草原类型区草地群落地上生物量、地下生物量和总生物量均没有明显的相关关系。N、P添加对草原类型区各个生物量也存在一定的差异性(P0.05),地下、地下/地上和总生物量的空间分布存差异性最显著。(4)氮添加处理下,对3种不同草原类型区0-10 cm和10-30 cm的土壤有机碳和全氮没有显著影响。典型草原类型区0-10 cm和10-30 cm土壤C:N均表现为先上升后下降的趋势,其他类型不同土层土壤C:N的基本不变,总体上对土壤C:N影响不显著;草甸草原类型区0-10 cm土壤C:P和N:P均下降的趋势,而其它类型区的0-10 cm和10-30 cm土壤C:P和N:P呈现上升趋势。(5)在氮添加条件下,叶片、根系的C、N、P各元素之间的相关性相对较弱,相比而言叶片与根系之间的相关性较显著。在氮添加处理下,3种草原类型区叶片-根系的C、N之间的相关性比较强,各元素化学计量比相关性相对较弱。在磷添加处理下,典型草原整体相关性比较弱,而草甸草原和荒漠草原相关性比较显著。
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