荒漠草原植物群落特征对碳氮添加的响应

虎学琴 邱开阳 李海泉 孟文芬 赵朋波

关键词：碳氮添加；群落多样性；地上生物量

合理平衡的肥料供应是改良草群结构，提高群落生产力的一项常用管理措施。氮添加是肥料供应中最常见的形式之一，氮沉降改变植物群落多样性和生态系统功能，已经严重影响到草地生态系统的结构。Wedin等研究表明，土壤氮素浓度的增加，会导致植物群落物种多样性减少、生产力降低以致严重破坏草原生态功能。在陆地生态系统中，氮循环的紊乱会导致碳循环发生变化。添加氮肥对植物和土壤中有机碳的积累有促进效果。外源碳的添加对土壤中碳、氮的矿化产生促进或抑制作用。本研究以盐池荒漠草原为研究对象，开展碳、氮添加控制试验，研究碳、氮添加以及在碳氮不同浓度的配施下交互作用对群落物种多样性和群落生物量的影响；分析荒漠草原植物群落特征对碳氮元素在不同浓度下的变化趋势，为毛乌素草地生态系统的保护和恢复提供参考。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区概括

本研究试验样地位于宁夏回族自治区盐池县荒漠草原。植被类型属湿性荒漠草原。地处毛乌素沙地南缘。自然条件较为恶劣，属典型的中温带大陆性季风气候。土壤结构松散，肥力低下。

1.2 研究方法

本试验地布设于毛乌素沙地西南缘的一块天然草地，采用完全随机区组设计的方法进行试验。在试验样地内，设置3个区组作为重复。在每个区组中碳氮肥料分别设置3个浓度梯度（0、低浓度、高浓度），两两配合，共9个处理。对各小区进行植被调查，调查方法为样方法。群落调查后，在1 m×1 m的样方中齐地面剪下所有植物并装进档案袋带回实验室，用105℃杀青30 min后在65℃、24 h条件下在烘箱中烘干至恒重，称得干重生物量。

1.3 数据统计与分析

利用草地调查数据计算出主要植物功能群重要值、物种丰富度和群落多样性。采用Simpson指数、Shannon指数和Pielou均匀度指数作为衡量群落多样性的指标。通过Excel 2016和SPSS 22.0软件对数据进行整理计算并分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对植物群落特征的影响

由下表可知，只要含有高浓度氮添加处理与其他处理相比显著降低了植物群落Simpson指数、Shannon指数和Pielou均匀度指数；物种丰富度也有下降趋势且在含有高浓度氮肥的处理下最显著；这表明高浓度氮添加处理不利于物种多样性的维持。单施碳肥对各指数虽没有显著变化，但是均高于其他施肥处理；尤其在LC处理下物种丰富度达到最大值。

2.2 不同施肥處理对群落地上生物量的影响

在本试验中，单独添加碳肥和氮肥以及两者之间的交互作用对群落地上生物量产生显著影响。并由图1可以看出，在单施碳肥或者在含有低浓度氮肥的配施下，群落地上生物量都增加，只有LN+LC处理上升不显著，其他处理均有显著上升。无论单施氮肥还是高浓度氮肥与碳肥添加的处理，对生物量都没有显著影响，但均降低。在不同浓度的氮肥前提下，地上生物量对碳肥的响应会随着碳浓度的增加而更明显增加。单施高浓度碳肥时群落生物量达到最大值，群落生物量对氮肥的响应比对碳肥的响应敏感度低，并且氮肥在碳、氮肥同时添加时会抑制碳肥对生物量的增加。

3 结论

本研究结果表明，施氮肥会提高禾本科重要值，而豆科、菊科以及其他科降低，群落物种多样性指数对氮肥的响应比对碳肥敏感，并随着氮肥的施加而降低；碳肥增加群落地上生物量，尤其是在HC处理下地上生物量比对照增加3倍，而氮肥会降低群落生物量。碳氮配施下，氮肥对群落重要值的影响更明显；碳、氮交互作用对物种多样性无显著影响，但对群落生物量影响显著。要为荒漠草地恢复及管理提供有效的理论基础，还需进一步长期研究观测。