荒漠草原植物群落特征對(duì)碳氮添加的響應(yīng)

虎學(xué)琴 邱開(kāi)陽(yáng) 李海泉 孟文芬 趙朋波

關(guān)鍵詞：碳氮添加；群落多樣性；地上生物量

合理平衡的肥料供應(yīng)是改良草群結(jié)構(gòu)，提高群落生產(chǎn)力的一項(xiàng)常用管理措施。氮添加是肥料供應(yīng)中最常見(jiàn)的形式之一，氮沉降改變植物群落多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能，已經(jīng)嚴(yán)重影響到草地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。Wedin等研究表明，土壤氮素濃度的增加，會(huì)導(dǎo)致植物群落物種多樣性減少、生產(chǎn)力降低以致嚴(yán)重破壞草原生態(tài)功能。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，氮循環(huán)的紊亂會(huì)導(dǎo)致碳循環(huán)發(fā)生變化。添加氮肥對(duì)植物和土壤中有機(jī)碳的積累有促進(jìn)效果。外源碳的添加對(duì)土壤中碳、氮的礦化產(chǎn)生促進(jìn)或抑制作用。本研究以鹽池荒漠草原為研究對(duì)象，開(kāi)展碳、氮添加控制試驗(yàn)，研究碳、氮添加以及在碳氮不同濃度的配施下交互作用對(duì)群落物種多樣性和群落生物量的影響；分析荒漠草原植物群落特征對(duì)碳氮元素在不同濃度下的變化趨勢(shì)，為毛烏素草地生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù)提供參考。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)概括

本研究試驗(yàn)樣地位于寧夏回族自治區(qū)鹽池縣荒漠草原。植被類型屬濕性荒漠草原。地處毛烏素沙地南緣。自然條件較為惡劣，屬典型的中溫帶大陸性季風(fēng)氣候。土壤結(jié)構(gòu)松散，肥力低下。

1.2 研究方法

本試驗(yàn)地布設(shè)于毛烏素沙地西南緣的一塊天然草地，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行試驗(yàn)。在試驗(yàn)樣地內(nèi)，設(shè)置3個(gè)區(qū)組作為重復(fù)。在每個(gè)區(qū)組中碳氮肥料分別設(shè)置3個(gè)濃度梯度（0、低濃度、高濃度），兩兩配合，共9個(gè)處理。對(duì)各小區(qū)進(jìn)行植被調(diào)查，調(diào)查方法為樣方法。群落調(diào)查后，在1 m×1 m的樣方中齊地面剪下所有植物并裝進(jìn)檔案袋帶回實(shí)驗(yàn)室，用105℃殺青30 min后在65℃、24 h條件下在烘箱中烘干至恒重，稱得干重生物量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用草地調(diào)查數(shù)據(jù)計(jì)算出主要植物功能群重要值、物種豐富度和群落多樣性。采用Simpson指數(shù)、Shannon指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)作為衡量群落多樣性的指標(biāo)。通過(guò)Excel 2016和SPSS 22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)算并分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)植物群落特征的影響

由下表可知，只要含有高濃度氮添加處理與其他處理相比顯著降低了植物群落Simpson指數(shù)、Shannon指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)；物種豐富度也有下降趨勢(shì)且在含有高濃度氮肥的處理下最顯著；這表明高濃度氮添加處理不利于物種多樣性的維持。單施碳肥對(duì)各指數(shù)雖沒(méi)有顯著變化，但是均高于其他施肥處理；尤其在LC處理下物種豐富度達(dá)到最大值。

2.2 不同施肥處理對(duì)群落地上生物量的影響

在本試驗(yàn)中，單獨(dú)添加碳肥和氮肥以及兩者之間的交互作用對(duì)群落地上生物量產(chǎn)生顯著影響。并由圖1可以看出，在單施碳肥或者在含有低濃度氮肥的配施下，群落地上生物量都增加，只有LN+LC處理上升不顯著，其他處理均有顯著上升。無(wú)論單施氮肥還是高濃度氮肥與碳肥添加的處理，對(duì)生物量都沒(méi)有顯著影響，但均降低。在不同濃度的氮肥前提下，地上生物量對(duì)碳肥的響應(yīng)會(huì)隨著碳濃度的增加而更明顯增加。單施高濃度碳肥時(shí)群落生物量達(dá)到最大值，群落生物量對(duì)氮肥的響應(yīng)比對(duì)碳肥的響應(yīng)敏感度低，并且氮肥在碳、氮肥同時(shí)添加時(shí)會(huì)抑制碳肥對(duì)生物量的增加。

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，施氮肥會(huì)提高禾本科重要值，而豆科、菊科以及其他科降低，群落物種多樣性指數(shù)對(duì)氮肥的響應(yīng)比對(duì)碳肥敏感，并隨著氮肥的施加而降低；碳肥增加群落地上生物量，尤其是在HC處理下地上生物量比對(duì)照增加3倍，而氮肥會(huì)降低群落生物量。碳氮配施下，氮肥對(duì)群落重要值的影響更明顯；碳、氮交互作用對(duì)物種多樣性無(wú)顯著影響，但對(duì)群落生物量影響顯著。要為荒漠草地恢復(fù)及管理提供有效的理論基礎(chǔ)，還需進(jìn)一步長(zhǎng)期研究觀測(cè)。