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禾本科植物学论文 高寒草甸植物群落中禾本科植物对不同施肥强度的响应

2018-12-21 11:20:09来源:组稿人论文网作者:婷婷

  摘 要 本实验在青藏高原东缘高寒草甸植物群落中设置不同施肥强度,探讨施肥对群落中9种禾本科植物生物量与高度的影响。结果表明:施氮明显促进了9种禾本科植物的生物量积累,能够对植物高度产生非常重要的影响。因为N素添加的量在逐渐增长,禾本科植物的生物量及其高度会跟着N素量的增加而增大。禾本科植物生物量对施氮对禾本科植物的影响显著的响应,施加氮肥后将明显促进禾本科植物对有效光资源的竞争。

  关键词 氮素添加 禾本科植物 生物量 有效光辐射 高度

  甘南高寒草甸位于青藏高原的东面,其地理位置特殊,极端高寒的气候条件,因此对环境的变化非常敏感,而且深受自然环境以及社会条件的制约。因玛曲地区高寒草甸常年以来没有使用化学肥料,且远离工业区域和农业区域,大气中氮的沉降速率很低,青藏高原的经济发展对高原上的资源与环境有着较强的依赖性,发展畜牧业成为当地经济建设的主体之一。优质牧草的比例不断下降,草丛不断变矮,产草量下降明显,严重威胁着藏北地的区畜牧业发展。因此,人类活动对高寒草甸产生的影响巨大,高寒草甸也在这种影响下逐渐发生变化和演替。

  甘南玛曲地区畜牧业历史悠久,以放养牦牛、藏绵羊为主,是甘南州的重要牧区。草地退化的原因极其复杂,但与物质循环和能量流动失衡有着直接的关系。施肥能够增加土壤的有效资源,而研究不同施肥强度的作用下禾本科植物的生长、繁殖等状况,可以有效的防治过度放牧引起的高寒草甸生态系统生产力下降、有效资源流失的现状。然而过度施肥也会减少群落中物种的数量,影响物种的多样性。碳主要以有机碳的形式存在与土壤中,而土壤是生态系统中物质循环、水分平衡、凋落物的分解等生态过程中的重要参与者与载体,土壤的结构组成与营养成分状况是衡量一种草地生态系统功能的维持和发展的重要指标之一。故本试验通过对青藏高原高寒草甸添加不同梯度的氮肥,研究其对生物群落中禾本科植物的影响。

  在青藏高原高寒草甸生态系统中,禾本科是整个植物群落中较有经济价值的一大科种群,在人类的日常生活中显得十分重要;可做为牲畜饲料,也可用于人类生活中的方方面面,例如,用于制糖、酿酒、造纸等方面,是非常重要的原料。但是受自然因素及人为因素的影响,使禾本科物种的生长受到抑制[11],导致对高寒草甸生态系统的破坏十分严重,致使草地的生产力和草地中可利用的资源呈明显减少的趋势,资源呈现异质分布的现象,使高寒草甸生态系统中复杂的植物群落对生物量的利用有着较大的差异性,植物要获取资源和利用必须资源其难度明显增加,从而增加了植物在生长和发育过程中获取有效资源的竞争力。为了适应多变的环境,禾本科植物为了确保自身的生存和繁殖,通常改变自身的形态,这些性状的改变体现出了禾本科植物为了获得最大资源所采取的生存对策。而禾本科植物对环境变化所做出的反应首先是改变生长状况以及调整生物量,增强其在环境变化中有效资源的获取能力。施肥作为改变植物的形态结构、群落结构、维持草地生态系统中的养分平衡、保护草地资源生物多样性、恢复退化草主要要的措施也引起了广泛的关注。据此,本研究以不同的施肥梯度处理高寒草甸生态系统,探讨不同的施肥强度下植物群落与禾本植物的生物量分配机制,高度的变化趋势,为高寒地区草地"生产稳定性"的维持及利用、增加更大的经济效益、扩大畜牧业的发展、确保高寒草甸生态系统的平衡提供科学依据。

  1.材料和方法

  1.1研究地概况和样地描述

  本实验研究地在兰州大学的高寒草甸与湿地生态系统定位研究站,在过去30多年里,每年的平均降水量在682 mm上下,主要集中在很短的夏季,植被类型大多属于高寒草甸类。禾草类主要有冷地早熟禾(Poa poophagorum)、垂穗披碱草(Elymus nutans)、胡氏剪股颖(Agrostis hugoniana)和草地早熟禾(Poa pratensis)等;杂类草中常见的有毛茛科的钝裂银莲花(Anemone obtusiloba)、条叶银莲花(Anemone trullifolia)、小花草玉梅(Anemone rivularis)、丝叶毛茛(Ranunculus tanguticus)。此外,还有豆科植物多枝黄耆(Astragalus polycladus)、高山豆(Tibetia himalaic和黄花棘豆(Oxytropis ochrocephala),等。

  图1 兰州大学的高寒草甸与湿地生态系统定位站阿孜点的位置

  Fig1 The location of Maqu azi research station Lanzhou university

  1.2 试验设计

  实验一共设置了3个不同的施氮水平,分别是对照组(CK,0 g∙m-2)、低氮水平(LN,5 g∙m-2)和高氮水平(HN,10 g∙m-2),所用的含氮试剂为缓释硝酸铵(NH4NO3),将3个不同的氮素添加水平随机的布置在不同小样区内,每个氮素添加水平有3个重复,每个处理小区有4个样方,每个处理共12个样方。放置样方框时,远离边缘至少0.5m ,使其避免边缘效应。于2015年5月上旬,在多云时将含氮试剂严格按照以上的方法均匀撒在每个小样区内。8月份测高度及总个体数。

  2.数据分析

  氮素添加处理对群落生物量和功能群生物量的影响,用多重比较中的最小显著差数法来比较3个不同施肥强度之间的差异(p<0.05差异显著)。统计分析和绘图均使用SPSS 21.0。

  3.结果与分析

  表1 整个实验地中9个调查物种的基本描述

  中文名种名平均高度草地早熟禾Poa pratensis Linn.51垂穗鹅观草Roegneria nutans (Keng) Keng83垂穗披碱草Elymus nutans Griseb.55密花早熟禾Poa pachyantha keng ex shan chen53胡氏剪股颖Agrostis hugoniana Rendle63异针茅Stipa aliena Keng97针茅Stipa capillacea linn.61恰草Koeleria litvinowii dominvar73发草Deschampsia caespitosa (Linn.) Beauv.54

  图2 不同施肥强度对不同功能群生物量的影响

  如图2所示,通过CK、LN和HN的处理,随着氮素含量的增加试验区内总的生物量在增加,而且相同的氮素含量下,不同功能群生物量不同,在整个试验地中禾本科植物的生物量增加的非常明显,相比之下,豆科、莎草科植物以及杂草的生物量变化不显著。LN与CK相比,禾本科植物的生物量显著增加;HN与CK相比,禾本科植物的生物量显著增加;HN与LN相比,禾本科植物的生物量显著增加。可见在这四中不同的功能群中,禾本科植物对不同氮素含量的响应最为敏感。

  图3 不同施肥强度下植物群落中的有效光辐射

  如图3所示,通过CK、LN和HN的处理,随着N素增加,群落的有效光辐射范围显著减小。LN与CK相比也是显著减小;HN与CK相比也是显著减小;而HN与LN相比,两者的差异不明显。

  图4 不同施肥强度对群落及禾本科植物高度的影响

  如图4所示,通过CK、LN和HN的处理,随着氮素含量的增加群落高度及禾本科植物的高度都呈现上升趋势。LN与CK相比,群落高度和禾本科植物的高度都在显著增加;HN与CK相比,群落高度和禾本科植物的高度都在显著增加;HN与LN相比,群落的高度差异并不显著,而禾本科植物的高度显著增加。

  图5 不同施肥强度对禾本科植物个体生物量的影响

  如图5所示,通过CK、LN和HN的处理,随着氮素的增加,禾本科植物的个体生物量随之显著增加。LN与CK相比差异不是很明显;HN与CK相比显著增加;HN与LN相比也在显著增加。

  4.讨论与结论

  实验研究表明,植物群落的生物量随着氮肥浓度的增加而增加显著。本实验主要研究的禾本科植物对施加氮肥的响应很是敏感,随着氮肥浓度的增加,禾本科植物生物量也在显著增加,相比之下,而杂草、豆科、莎草科植物生物量的变化不显著。禾本科植物作为植物群落中的优势种,通过的有效光辐射量最大,为能在复杂的环境中更好地生长、繁殖,获取有效资源的量也需要相应的增加,所以获取的生物量就会呈现出增加的趋势。

  本实验中植物群落和禾本科植物的高度的改变受氮肥的影响,随着氮肥浓度增加群落高度及禾本科植物的高度都呈现上升趋势。对整个甘南州来说,高寒草甸是非常重要的生态系统,土壤中的有机物质含量较高,然而低温限制了很多微生物的活动,土壤中可利用的营养成分含量非常低,从而限制了植物的生长。本实验研究在效光辐射的影响下,对添加N后的植物群落生物量与高度的测定,可得出的结论有:(1)施加氮肥后高寒草甸植物群落的生物量增加显著,施加氮肥也可补充限制高寒草甸植物生长的营养。(2)适量的施加氮肥不仅增加土壤中的养分,改变群落中不同植物之间的竞争力,而且会引起植物群落的多样性发生变化。由此可见,施加适量的氮肥可以提高土壤肥力,还可以使优质牧草的产量显著增加,维持高寒草甸群落中的生态平衡,恢复高寒草甸植被的多样性。

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