探討增溫施氮對高寒草甸生產力及生物量分配的影響

郝 楠

(蘭州職業技術學院，甘肅 蘭州 730070)

1 研究材料與研究方法

1.1 研究地區

試驗區位于青藏高原東部天祝縣金強河地區，海拔為2950m左右，氣候常年寒冷，晝夜溫差較大，年平均氣溫為0.7℃，年降水量平均值為425mm，其中超過65%的降水發生在7—9月份。試驗區植物的主要類型為高山嵩草、絲穎針茅、窄葉苔草等，生長時間為5—8月，生長期為130d左右，土壤的主要類型為高寒草甸土。大氣中氮沉降量均值為10kgN·hm-2·a-1。

1.2 試驗設計

樣品做覆蓋的地區具有植被單一的特點，植被整體的覆蓋率為40%左右。在對樣地進行布置的時候采取的是二列式裂區設計，在主區模擬增溫、副區模擬不同施氮梯度[1]。增溫試驗設計的時候，將整個試驗區分為不增溫和全面增溫2種方式，以此來完成實驗對比[2]。施氮試驗設計的時候，分為不施氮、10kgN·hm-2·a-1、20kgN·hm-2·a-1、60kgN·hm-2·a-1這4個梯度，每個梯度有5組重復。

1.3 樣品采集和測定

在對試驗區生物量進行估測時，采取的是非破壞間接測量法。具體來說，在相鄰2個樣地的同一種植被區觀察植物群落的覆蓋情況，同時觀測各個植被物種的高度[3]。在每個樣地隨機位置選取0.5m×0.5m樣方，使用網格法確定各個樣方當中植物群落的總蓋度和物種的分蓋度，然后選取其中8株能夠代表高寒草甸植物群落的植物(高山嵩草、絲穎針茅、窄葉苔草、線葉嵩草、小嵩草、木根香青、二裂委陵菜、矮嵩草)進行高度測量，并將地下0～30cm、0～10cm、10～20cm以及20～30cm植物進行烘干稱重，將稱重之后所有的物種生物量進行增加，然后換算成每平方厘米的生物量[4]。在2個相鄰的樣地當中共調查40個樣方，通過群落蓋度、高度和地上生物量得到回歸方程，以此來計算群落地上生物量[5]。

2 結果分析

2.1 增溫施氮對高寒草甸生產力的影響

2.1.1 增溫對生產力的影響

統計顯示，在非植物生長期，增溫的情況下，環境空氣溫度和土壤溫度均有所增加，增加的量分別為1.4℃和1.2℃，其中土壤的含水量有所降低，降低幅度為3.9%。在植物生長期，增溫條件下空氣的溫度增加了1.7℃，土壤溫度增加了1.2℃，土壤的含水量降低了4.1%，這說明增溫降低了高寒草甸的生產力水平。與此同時，在增溫的情況下，土壤中無機氮含量減少，這說明適當增溫在一定程度上會導致土壤中無機氮的流失。

2.1.2 施氮對生產力的影響

在不增溫施氮的情況下，樣地中生物群落出現了低氮促進、高氮抑制的趨勢，而頂點對應的氮濃度為45.5kgN·hm-2·a-1，由此可以推斷出高寒草甸植物達到飽和閾值時當濃度為45.5kgN·hm-2·a-1。如果施氮量超過這一數值，高寒草甸的生產力就會降低；未超過這一數值，高寒草甸的生產力就會增加。

2.2 增溫施氮對高寒草甸生物量分配的影響

2.2.1 增溫對生物量分配的影響

實驗組和對照組樣地在不同地下深度的高寒草甸群落生物量如表1所示。在地下0～30cm、0～10cm以及10～20cm時，增溫情況下的生物量分配量明顯低于不增溫情況，只有地下20～30cm情況下高于不增溫情況。說明高寒草甸增溫可以降低生物量。

2.2.2 施氮對生物量分配的影響

不同氮處理情況下樣地中高寒草甸群落生物量分配的情況如表2所示。由表2可知，在施氮濃度小于45kgN·hm-2·a-1的情況下，隨著施氮濃度的增加，生物量也在增加，但增加的幅度并不明顯。隨著土壤深度的增加，生物量在減少，且減小的幅度比較明顯。

表1 增溫實驗組和對照組地下高寒草甸群落生物量的分配情況

表2 不同氮處理情況下樣地中高寒草甸群落生物量分配情況

3 展望

從草地管理的角度來說，確定好高寒草甸植物氮飽和閾值是十分有必要的，這一閾值受到多種因素影響，如氣候變化、過度放牧等問題都會產生顯著的影響。當前，青藏高原的高寒草甸呈現出了逐年退化的趨勢，生態功能也在一定程度上受到損壞，草地的質量也呈現出不斷下降的趨勢。為了更好地實現對高寒草甸的保護，應合理、平衡地進行草地施肥，這對退化草地恢復與改良具有積極的作用。如果施肥量高于氮飽和閾值，反而會引起群落功能降低、土壤酸化等一系列的環境問題。因此，在高寒草甸區如果選擇施肥作為恢復退化草地的措施，施氮量不要超過45kg N·hm-2·a-1。與此同時，植物在返青期間是整個高寒草甸生態系統氮循環的重要時期，在這一時期植物的能量流動和物質交換都比較劇烈，這也是植物對外界環境變化最敏感的時期，在這一時期做好施肥工作可以起到事半功倍的效果。