荒漠草原植物群落特征對碳氮添加的響應

虎學琴 邱開陽 李海泉 孟文芬 趙朋波

關鍵詞：碳氮添加；群落多樣性；地上生物量

合理平衡的肥料供應是改良草群結構，提高群落生產力的一項常用管理措施。氮添加是肥料供應中最常見的形式之一，氮沉降改變植物群落多樣性和生態系統功能，已經嚴重影響到草地生態系統的結構。Wedin等研究表明，土壤氮素濃度的增加，會導致植物群落物種多樣性減少、生產力降低以致嚴重破壞草原生態功能。在陸地生態系統中，氮循環的紊亂會導致碳循環發生變化。添加氮肥對植物和土壤中有機碳的積累有促進效果。外源碳的添加對土壤中碳、氮的礦化產生促進或抑制作用。本研究以鹽池荒漠草原為研究對象，開展碳、氮添加控制試驗，研究碳、氮添加以及在碳氮不同濃度的配施下交互作用對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碳氮元素在不同濃度下的變化趨勢，為毛烏素草地生態系統的保護和恢復提供參考。

1 研究區域與研究方法

1.1 研究區概括

本研究試驗樣地位于寧夏回族自治區鹽池縣荒漠草原。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氣候。土壤結構松散，肥力低下。

1.2 研究方法

本試驗地布設于毛烏素沙地西南緣的一塊天然草地，采用完全隨機區組設計的方法進行試驗。在試驗樣地內，設置3個區組作為重復。在每個區組中碳氮肥料分別設置3個濃度梯度（0、低濃度、高濃度），兩兩配合，共9個處理。對各小區進行植被調查，調查方法為樣方法。群落調查后，在1 m×1 m的樣方中齊地面剪下所有植物并裝進檔案袋帶回實驗室，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 數據統計與分析

利用草地調查數據計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、Shannon指數和Pielou均勻度指數作為衡量群落多樣性的指標。通過Excel 2016和SPSS 22.0軟件對數據進行整理計算并分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對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、Shannon指數和Pielou均勻度指數；物種豐富度也有下降趨勢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。單施碳肥對各指數雖沒有顯著變化，但是均高于其他施肥處理；尤其在LC處理下物種豐富度達到最大值。

2.2 不同施肥處理對群落地上生物量的影響

在本試驗中，單獨添加碳肥和氮肥以及兩者之間的交互作用對群落地上生物量產生顯著影響。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。無論單施氮肥還是高濃度氮肥與碳肥添加的處理，對生物量都沒有顯著影響，但均降低。在不同濃度的氮肥前提下，地上生物量對碳肥的響應會隨著碳濃度的增加而更明顯增加。單施高濃度碳肥時群落生物量達到最大值，群落生物量對氮肥的響應比對碳肥的響應敏感度低，并且氮肥在碳、氮肥同時添加時會抑制碳肥對生物量的增加。

3 結論

本研究結果表明，施氮肥會提高禾本科重要值，而豆科、菊科以及其他科降低，群落物種多樣性指數對氮肥的響應比對碳肥敏感，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照增加3倍，而氮肥會降低群落生物量。碳氮配施下，氮肥對群落重要值的影響更明顯；碳、氮交互作用對物種多樣性無顯著影響，但對群落生物量影響顯著。要為荒漠草地恢復及管理提供有效的理論基礎，還需進一步長期研究觀測。