增溫和氮素添加對內(nèi)蒙古短花針茅荒漠草原植物群落、土壤及生態(tài)系統(tǒng)碳交換的影響.pdf

1、過去的兩個世紀，由于人類活動的影響，地球表面的溫度和大氣 N沉降持續(xù)增加對植被，土壤及全球生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)產(chǎn)生深遠的影響。陸地生態(tài)系統(tǒng)對全球氣候的變化有重要的調(diào)控作用。作為陸地生態(tài)系統(tǒng)最重要的生物區(qū)系之一，草地占全球陸地植被面積的40％，但是人們對草地系統(tǒng)，尤其是荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)在全球變化背景下的動態(tài)仍缺乏認識。本研究依托內(nèi)蒙古四子王旗荒漠草原農(nóng)牧科學院實驗基地為研究平臺，研究了增溫和施氮處理下荒漠草原植物群落、土壤和生態(tài)系統(tǒng)碳交換的變

2、化，探索了荒漠草原生態(tài)系統(tǒng)對全球氣候變化的響應機制，為全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)關系提供可靠的理論依據(jù)。該試驗開始于2006年6月，設置有增溫（增溫、不增溫）為主處理處理方式，施肥（施氮、不施氮）為副處理方式，采用裂區(qū)設計，共計24個試驗小區(qū)。
　　實驗期間（2006-2009），與對照相比，增溫處理樣地0cm，10cm，15cm，30cm平均增加了1.2℃，0.87℃，0.86℃和0.77℃，土壤溫度隨土壤土層的增加逐漸降低（P<0

3、.05）。通過2007-2009年對土壤營養(yǎng)成分的調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)增溫提高了土壤有機碳的含量，而氮的添加沒有改變有機碳的含量。無論怎樣，2007-2009年增溫和氮的添加都沒有影響土壤總氮的含量。銨態(tài)氮、硝態(tài)氮與不同土壤深度的土壤溫度均成正相關關系，土壤溫度升高使土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量均增加。增溫，施氮以及增溫施氮的互作效應沒有影響土壤總氮銨態(tài)氮的含量。增溫顯著增加了2008年（P=0.02）和2009年（P=0.01）土壤硝態(tài)氮的含量

4、，而沒有影響2007年土壤硝態(tài)氮的含量（P=0.36）。
　　增溫對各年內(nèi)土壤呼吸沒有產(chǎn)生顯著影響，但土壤呼吸有明顯的季節(jié)變化，而且與增溫顯著相關（P<0.05）。施氮對荒漠草地的影響程度與自然條件有密切關系，其中降雨量多少是施氮對荒漠草地土壤呼吸影響程度的重要制約因素，降雨量越高氮素對土壤呼吸作用愈加明顯。施氮顯著增加了植物群落的地下生物量<0.05），土壤呼吸與地下生物量呈顯著的正相關（P<0.001）。（P
　　增溫降

5、低了幾個物種的地上生物量從而降低了植物群落的地上生物量。同時，我們也發(fā)現(xiàn)在降雨量相對充足的2008年，氮素的作用更為明顯，氮的添加顯著增加了地上部分凈初級生產(chǎn)力（ANPP）。通過主成分響應曲線分析（PRC），2008年氮的添加導致了占優(yōu)勢的植物物種轉(zhuǎn)變，即一二年生的植物物種在植物群落中所占的比例增加。氮的添加增加了植物組織的地上部分的含氮量從而提高了牧草的品質(zhì)。增溫施氮的互作效應也影響植物群落的地上部分生產(chǎn)力和植物組織的地上部分的含氮量

6、。季節(jié)降雨量的變化對群落地上部分生產(chǎn)力與施氮對群落的影響相一致，因此，水分和氮肥共同制約著荒漠草原群落地上部分的生長。
　　生態(tài)系統(tǒng)凈 CO2交換（net ecosystem CO2 exchange，NEE）代表生態(tài)系統(tǒng)吸收或釋放 CO2的能力，它由生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力（gross ecosystem productivity，GEP）與呼吸（ecosystem respiration，ER）二者共同決定。2007-2009年，

7、我們研究了增溫、氮的添加及增溫施氮的互作效應對 NEE、ER和GEP的影響，研究結果發(fā)現(xiàn)：氮的添加顯著增加了 NEE、ER和GEP，但在植物生長季節(jié)氮素對 GEP的影響顯著高于對 ER的影響，因此整個荒漠生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為凈碳吸收；2008年，增溫顯著增加了 ER，但沒有影響 NEE和GEP；NEE、ER和GEP與生物（地上生物量）和非生物因素（土壤溫度和土壤含水量）之間呈顯著的線性相關。我們的調(diào)查結果證實氮的添加顯著增加了荒漠生態(tài)系統(tǒng)凈碳