作為對(duì)全球變化響應(yīng)最敏感的生態(tài)系統(tǒng)類型之一,草原生態(tài)系統(tǒng)植被氮含量的季節(jié)、年際變化及其對(duì)氣候變化（氮沉降、降水格局改變）的響應(yīng)研究相對(duì)匱乏�；趦�(nèi)蒙古溫帶典型草原5年的氮添加(10 g N m^-2 a^-1)和水添加（添加量80 mm,分2 mm×40次、5 mm×16次、10 mm×8次、20 mm×4次、40 mm×2次5種處理）控制試驗(yàn)分析了水氮添加后植被氮含量在生態(tài)系統(tǒng)和物種兩個(gè)水平的季節(jié)和年際變化。結(jié)果表明,高強(qiáng)度水添加處理有降低（10 mm/次和40 mm/次）生態(tài)系統(tǒng)氮含量的趨勢(shì),但不顯著,小強(qiáng)度水添加處理（2 mm/次、5 mm/次）在不同年份之間無一致的升高或降低趨勢(shì),但所有水添加處理有降低兩種優(yōu)勢(shì)物種整個(gè)生長季氮含量的趨勢(shì)。氮添加促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)和兩種優(yōu)勢(shì)物種整個(gè)生長季的氮含量,但該促進(jìn)作用可被水添加抵消,且這種抵消作用隨水氮添加年限的延長而加劇。水氮添加均增加了生態(tài)系統(tǒng)氮含量的年際變異,但對(duì)特定物種季節(jié)內(nèi)變異的影響在濕潤和干旱年份存在一定差異。本研究將為預(yù)測草原生態(tài)系統(tǒng)對(duì)未來氮沉降增加和降水格局改變的響應(yīng)及模型改進(jìn)提供科學(xué)依據(jù)... 

【文章來源】：生態(tài)學(xué)報(bào). 2020,40(10)北大核心CSCD

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氮添加對(duì)內(nèi)蒙古溫帶草原生態(tài)系統(tǒng)氮含量的影響及其水分的調(diào)節(jié)作用

不同強(qiáng)度和頻次水添加對(duì)生態(tài)系統(tǒng)氮含量無顯著影響,但增加了生態(tài)系統(tǒng)氮含量年際之間的變異性,且10 mm/次和40 mm/次的水添加處理有降低生態(tài)系統(tǒng)氮含量的趨勢(shì),而20 mm/次的水添加處理則有增加生態(tài)系統(tǒng)氮含量的趨勢(shì),小強(qiáng)度水添加(2 mm/次、5 mm/次的水添加處理)則無明顯規(guī)律。理論上講,水添加通過增加土壤水分,一方面提高土壤微生物的活動(dòng),促進(jìn)凋落物分解,增加植被可獲取的土壤氮元素[13, 16],從而提高植物氮吸收和氮含量,而另一方面,水分的提高緩解了干旱區(qū)溫帶草原的水分限制,提高了植被生物量,在土壤氮庫有限的情況下,植被氮含量可能會(huì)降低。以往的研究發(fā)現(xiàn),在內(nèi)蒙古溫帶草原3 mm降水即可引起土壤微生物活動(dòng)的加強(qiáng)[26]。所以本研究中所有的水添加強(qiáng)度均可增強(qiáng)微生物活動(dòng),且由于較小的水添加強(qiáng)度雖然土壤水分維持時(shí)間短,但是添加次數(shù)多,而高強(qiáng)度降水雖然每次降水后高土壤水分持續(xù)時(shí)間長,但添加次數(shù)少,所以總體來說,激發(fā)微生物活動(dòng)的總效應(yīng)應(yīng)該是小強(qiáng)度水添加方式更有優(yōu)勢(shì),尤其是2 mm/次的水添加處理。水添加后激發(fā)微生物活動(dòng)而釋放的氮能否提高植被的氮含量取決于植被對(duì)氮利用的有效性。40 mm/次的水添加處理在本研究區(qū)域相當(dāng)于極端降水(日降水量高于40 mm/次的天數(shù)占全年總降水天數(shù)的比例低于1%),由于該地區(qū)長期受土壤水分限制,且40 mm/次的水添加處理增水次數(shù)少,所以在干旱年份緩解植被水分限制的能力有限,植被不能有效利用土壤中的氮,而極端降水還可能引起土壤無機(jī)氮的淋溶,因此有降低植被氮含量的趨勢(shì)。與之相反,10 mm/次和20 mm/次的水添加處理由于水添加次數(shù)的增加,增加了植被處于適宜土壤水分的時(shí)間,提高了植被利用氮的效率,同時(shí)又不至于產(chǎn)生淋溶,應(yīng)該有增加生態(tài)系統(tǒng)的氮含量的趨勢(shì)。但本研究中的10 mm/次的水添加處理卻觀測到了相反的結(jié)果,以往研究發(fā)現(xiàn)該地區(qū)植被生長隨10 mm/次降水事件的增多而增長[27],同時(shí)降水引起的土壤氮庫增加幅度有限,氮庫一定時(shí)生物量的增加導(dǎo)致植被氮含量降低。而小強(qiáng)度水添加(2 mm/次、5 mm/次的水添加處理)對(duì)土壤水分的改變有限,即緩解植被水分限制的能力有限,所以強(qiáng)度小次數(shù)多的水添加處理如何影響植被氮含量取決于自然降水事件的分布情況,如果水添加后有大的自然降水出現(xiàn),大降水帶來的高土壤水分可促進(jìn)植物生理活動(dòng),從而有效利用小強(qiáng)度水添加后釋放的無機(jī)氮,否則水添加釋放的無機(jī)氮可能以NOx的形式釋放[23],所以本研究中這兩個(gè)處理對(duì)生態(tài)系統(tǒng)氮含量的影響無明顯規(guī)律。由于研究區(qū)生物量較低,所以土壤相對(duì)貧瘠,而水添加后土壤氮的釋放多少取決于土壤底物的量,所以本研究沒有觀測到水添加顯著提高或降低植被氮含量的結(jié)果。水添加對(duì)生態(tài)系統(tǒng)氮含量的改變雖不顯著,但其對(duì)氮含量增加和降低的趨勢(shì)提高了生態(tài)系統(tǒng)氮含量的年際變異性。水添加對(duì)兩種優(yōu)勢(shì)植物的氮含量及其季節(jié)動(dòng)態(tài)的影響不顯著,但有降低兩種優(yōu)勢(shì)植物氮含量的趨勢(shì),尤其是生長季早期,且在干旱和濕潤年份分別增加冷蒿和針茅的季節(jié)內(nèi)變異。水添加對(duì)兩種優(yōu)勢(shì)植物氮含量及其季節(jié)動(dòng)態(tài)的影響機(jī)理與上述相同,同樣取決于水添加后植被受水分限制的緩解程度和土壤釋放的無機(jī)氮利用有效性,只是由于觀測頻率的增加,加之自然降水的復(fù)雜性,不同水添加處理間的差異難以得到明確的趨勢(shì),這是今后本試驗(yàn)過程中需要思考和改進(jìn)的地方。但是同樣可以得到水添加有降低兩種優(yōu)勢(shì)植物氮含量的結(jié)果,說明仍然由水添加帶來的植被生長加速、淋溶或水添加后土壤釋放的無機(jī)氮利用有效性較低導(dǎo)致。該研究結(jié)果與同一類型草原的研究結(jié)論相一致[8, 28],如岳喜元等[8]在錫林郭勒典型草原的研究發(fā)現(xiàn),隨著降水量的減少,葉片氮含量增加。其他生態(tài)系統(tǒng)類型也發(fā)現(xiàn)了輕度干旱能增強(qiáng)植被氮吸收和積累的結(jié)果[29]。

內(nèi)蒙古溫帶草原主要優(yōu)勢(shì)種(冷蒿和針茅)氮含量季節(jié)內(nèi)變異相對(duì)較為穩(wěn)定,除2015年冷蒿氮含量季節(jié)內(nèi)變異性較小之外,兩個(gè)物種氮含量的季節(jié)內(nèi)變異系數(shù)在0.14—0.2之間。水添加在最干旱的2015年較大的增加了冷蒿氮含量的季節(jié)內(nèi)變異,但10 mm/次的水添加處理相對(duì)較大的降低了冷蒿氮含量的季節(jié)內(nèi)變異。而在較濕潤的2016—2017年則有降低冷蒿氮含量的季節(jié)內(nèi)變異的趨勢(shì),但降低幅度較小。與冷蒿不同,水添加在中等降水的2017年相對(duì)較高的提高了針茅氮含量的季節(jié)內(nèi)變異,其他年份則或降低或增加其氮含量季節(jié)內(nèi)變異,但改變幅度較小(表2)。氮添加在最干旱的2015年增加了冷蒿氮含量的季節(jié)內(nèi)變異性,而水氮同時(shí)添加后其季節(jié)內(nèi)變異性的提高幅度進(jìn)一步增加(表3)。而相對(duì)較濕潤的2016—2017年則有降低冷蒿氮含量季節(jié)內(nèi)變異的趨勢(shì),但降低幅度較小,只有水分以40 mm/次的方式添加時(shí),氮添加對(duì)冷蒿氮含量季節(jié)變異的降低幅度較大。與冷蒿相反,氮添加在最干旱的2015年較大幅度的降低了針茅氮含量的季節(jié)內(nèi)變異性,而在水添加后其降低幅度減少。在中等降水的2017年則增加了針茅氮含量的季節(jié)內(nèi)變異性,且水添加后其增加幅度升高(表3)。圖2 氮添加對(duì)內(nèi)蒙古溫帶草原生態(tài)系統(tǒng)氮含量的影響及其水分的調(diào)節(jié)作用

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
[1]增溫增雨對(duì)克氏針茅草原土壤微生物群落特征及酶活性的影響[D]. 陳雅麗.內(nèi)蒙古大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3143021