控制性增溫和施氮對(duì)荒漠草原植物群落和土壤的影響.pdf

1、本研究以內(nèi)蒙古高原短花針茅（Stipa breviflora）+冷蒿（Artemisiafrigida）+無芒隱子草（Cleistogenes songorica）的荒漠草原為研究對(duì)象，在野外自然條件下進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)控制性增溫與施氮肥實(shí)驗(yàn)。在模擬全球氣候變暖的條件下，研究溫度和氮素的增加對(duì)荒漠草原植物群落和土壤可能產(chǎn)生的影響，探討荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)機(jī)制，為我國(guó)全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系提供長(zhǎng)期的研究平臺(tái)。 實(shí)驗(yàn)期

2、間內(nèi)（2006年6月24日至2007年10月11日），增溫處理樣地0cm，7．5cm，15cm，30cm和50cm土壤平均溫度與對(duì)照樣地相比，平均增加了1．32℃，0．92℃，0．88℃，0．80℃，0．74℃，土壤溫度呈現(xiàn)出上層變異性大于下層的規(guī)律，不同土層土壤溫度顯著增加（P<0．05）。 控制性增溫和施氮肥對(duì)荒漠草原植物群落和土壤都產(chǎn)生了一定的影響，同時(shí)，各項(xiàng)測(cè)定指標(biāo)對(duì)增溫和施氮的響應(yīng)程度不同。土壤溫度的增加雖然使0—30

3、cm土壤濕度有所提高，但變化差異不顯著，模擬增溫沒有改變土壤水分固有的季節(jié)變化規(guī)律；增溫和施氮的互作效應(yīng)使土壤全氮含量顯著高于單一的增溫處理和施氮處理以及對(duì)照（P<0．05），增溫和施氮的交互作用也使土壤全磷、全鉀含量增加，但差異不顯著；銨態(tài)氮（NH4+—N）、硝態(tài)氮（NH3-—N）與不同土壤深度的土壤溫度均成正相關(guān)關(guān)系，增溫使土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量增加，銨態(tài)氮含量的變化差異達(dá)到顯著水平，0—30cm土壤中硝態(tài)氮含量在增溫和施氮互作效

4、應(yīng)下的變化差異也達(dá)到顯著水平（P<0．05）；雖然增溫和對(duì)照樣地不同深度的土壤溫度與土壤呼吸速率均呈正相關(guān)關(guān)系，但無論是季節(jié)還是日變化上，增溫作用沒有增加土壤的呼吸速率，施氮作用也沒有使土壤呼吸作用明顯加強(qiáng)。 荒漠草原土壤溫室氣體（CO2、CH4、N2O）的通量變化表現(xiàn)出對(duì)CO2和N2O排放，對(duì)CH4吸收；CO2、CH4濃度和排放通量具有明顯的季節(jié)變化規(guī)律，而各季節(jié)N2O濃度差異不大，一年中N2O排放通量峰值總是波動(dòng)出現(xiàn)；增溫作

5、用對(duì)CO2、CH4、N2O濃度和排放通量沒有顯著的影響；人為施氮肥使各個(gè)季節(jié)的N2O排放通量均增加，夏季CO2排放通量降低，CH4排放通量沒有明顯變化。 模擬增溫使荒漠草原部分植物春季返青提前，植物總物候持續(xù)天數(shù)延長(zhǎng)，增溫作用不僅增加了植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的時(shí)間，而且使花期延長(zhǎng)；增溫和施用氮肥沒有明顯的改變植物群落組成，建群種、優(yōu)勢(shì)種和主要伴生種在群落中的地位和作用也沒有因?yàn)闇囟群宛B(yǎng)分的突變而發(fā)生明顯的改變；增溫使荒漠草原植物群落的均勻

6、度增加，但并沒有提高草地植物的豐富度和物種多樣性，施肥作用提高了物種Margalef豐富度指數(shù)，而Pielou均勻度指數(shù)和Shannon—wiener多樣性指數(shù)降低。 對(duì)于地上生物量，生長(zhǎng)初期，增溫促進(jìn)了植物生長(zhǎng)，植物群落地上生物量高于對(duì)照，而生長(zhǎng)盛期和末期，溫度升高并沒有使地上生物量增加；從植物功能群上來看，多年生禾草和多年生雜類草組成穩(wěn)定，受溫度影響較小，相對(duì)生物量變化不大；半灌木、小半灌木和一、二年生植物的組成和數(shù)量都不穩(wěn)

7、定，地上生物量有較大差異。施用氮肥的效果在植物生長(zhǎng)后期才明顯的表現(xiàn)出來，施氮樣地地上生物量明顯提高；增溫和施氮作用使地下生物量發(fā)生了一定變化，但無顯著差異；通過多元逐步回歸發(fā)現(xiàn)，影響植物群落地上生物量和地下生物量最顯著的因子是10—20cm土層的土壤濕度。 增溫和對(duì)照樣地的功能群多樣性與地上生物量均呈顯著的負(fù)二次函數(shù)關(guān)系（P<0．05），說明，一定范圍內(nèi)的溫度增加，雖然使功能群多樣性與地上生物量之間的負(fù)二次函數(shù)關(guān)系的擬合性表現(xiàn)的