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氮素添加对青藏高原高寒草甸植被和土壤氮素供应能力的影响

郭雅婧  
【摘要】:青藏高原草地占我国草地面积的三分之一,在维护边疆稳定、民族团结中发挥着重要作用。高寒草甸是青藏高原主要的草地类型,其生态环境异质性高、生态稳定性波动大,草地生产力一直以来是草牧业发展的首要关注点。虽然高寒草甸土壤有机碳含量相对较高,但其生态系统生产力一致被认为受氮素限制,而高寒草甸土壤氮素供应能力以及在不同利用方式下草地土壤氮素有效性仍未开展系统的研究。本研究以甘肃省甘南藏族自治州夏河县高寒草甸为对象,通过连续2年的野外定位研究,测定了在围封和放牧条件下,氮肥添加对草地植物群落及土壤氮含量的影响,结合室内长期间歇淋洗好氧培养和温室盆栽生物测试等方法,进一步分析了草地的氮素有效性特征。得到以下主要结果:1.氮素添加对高寒草甸植被及土壤氮素养分的影响(1)氮素添加当年草地生物量增加,其中禾本科生物量较对照增幅为1.2%~85.9%;毒草生物量所占总生物量比例较对照降低10%左右。施氮次年,围封样地禾本科生物量开始降低,毒草和杂类草生物量增加。(2)氮素添加显著增加了施氮当年土壤矿质氮含量和施氮次年围封样地土壤硝态氮含量。氮素添加对草地土壤矿质氮的影响主要在表层(0~10 cm)土壤,围封草地矿质氮含量对氮素添加更加敏感。2.温度和有机氮对高寒草甸土壤氮素矿化潜力的影响(1)实验室长期间歇淋洗好氧培养下,土壤有机氮铵化速率、硝化速率随着有机氮(牛粪)添加浓度的增加先升高后降低。有机氮添加对土壤氮素的矿化有激发效应,提高了了培养初期氮矿化速率。(2)草地土壤氮素矿化量在25℃条件下明显高于15℃和5℃。高寒草甸土壤氮素矿化以铵态氮为主体,放牧可以促进土壤硝态氮的矿化。铵态氮和硝态氮矿化量此消彼长。(3)一级指数方程Nt=N0(1-e-kt)+C0能较好地反应不同温度和有机氮添加下土壤氮素矿化能力。温度决定了高寒草甸土壤氮素矿化势N0,但对矿化速率k的影响不明显。添加15~45 kg/hm2氮素增加了围封利用下土壤氮素矿化速率。3.有机氮添加对高寒草甸土壤供氮能力影响的生物测试(1)温室盆栽条件下,有机氮添加对生长于高寒草甸土壤的连续种植的3次燕麦花期生物量均无促进作用。3次燕麦的生物量、叶面积指数和根系总长度依次大幅降低。(2)温室条件下,有机氮添加降低了燕麦全株的吸氮量,增加了燕麦种植后土壤残余氮,增加了土壤有机氮矿化量,最高达到对照的3.5倍。有机肥氮素矿化率随着施肥量的增加而降低,在N15(15 kg N/hm2)处理下最大达到47.1%。本研究通过野外监测、好气培养以及生物测试方法,较系统地分析了围封和放牧利用下高寒草甸土壤氮素矿化特征对氮素添加及温度的响应,三种方法所获结论相对一致,一次氮素添加对草地的影响的持续时间在两年以上,不同利用方式下草地氮素矿化能力及其对外界环境的响应不同。围封草地的异质性较低,对氮素添加的响应更加敏感,施用45 kg/hm2的牛粪有机氮对土壤氮素供应能力的增加效果最好。


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