受人类活动和气候变化的影响,大气氮(N)沉降日益加剧,使得草地生态系统正从自然N限制转向富营养化甚至饱和,进而影响了草地的生长。然而,关于优势种植物在N添加下的光合生理潜在机制的研究仍然不足。该研究以内蒙古温带典型草原优势种植物为研究对象,通过不同水平的N养分添加实验,探讨优势种羊草(Leymus chinensis)对N添加的光合生理响应机制。结果表明:地上生物量随着N添加先增加后降低,以10 g N·m^(–2)·a^(-1)处理增加最多。尽管25 g N·m^(–2)·a^(-1)处理出现下降趋势,但与对照相比仍然显著增加了地上生物量。低N时,植物通过把较少的N分配给羧化系统,并降低比叶质量(LMA)使叶片获得更多的光能来适应低N生境。适量的N添加通过增加总叶绿素(Chl)的含量,降低Chl a/b的比值来捕获更多光能;同时增加LMA、羧化效率、最大羧化速率(Vcmax)、最大电子传递速率(Jmax),并降低Jmax/Vcmax,把更多的N分配给羧化系统,提高羧化能力;通过增加实际光化学效率、电子传递效率和光化学猝灭系数,提高了光系统II(PSII)的光化学活性。过量的N添加对羊草的生理指标有一定抑制作用,羧化能力降低,导致净光合速率有所降低,在一定程度上抑制PSII的光化学活性,而非光化学猝灭系数以及类胡萝卜素增加起到了耗散过剩激发能的作用。N添加对羊草光合特性的影响总体表现为"适量促进,过量抑制"。该地区羊草最适的N添加范围是5–10 g N·m^(–2)·a^(-1)。
氮素矿化是决定土壤供氮能力的重要生态过程,也是目前国内外土壤氮循环研究的重点。养分添加在调节土壤的氮转化方面起着重要的作用。该文以内蒙古锡林河流域温带典型草原为研究对象,通过不同水平的氮(N)和磷(P)养分添加实验,利用树脂芯原位培养法分析研究不同水平施氮、施磷对生长季草地土壤氮矿化的影响。结果表明:高氮处理对草地土壤硝态氮(NO3--N)、铵态氮(NH4+-N)及无机氮都有明显的影响,其中25 g N·m-2·a-1和10 g N·m-2·a-1高氮处理显著提高了无机氮含量,25 g N·m-2·a-1高氮处理显著增加土壤的NO3--N及NH4+-N含量。与施氮相比,施磷处理对土壤NO3--N、NH4+-N及无机氮的影响较为有限,只有12.5 g P2O5·m–2·a–1的磷处理显著促进了NO3--N及无机氮含量。高氮处理对草地土壤氮素转化有明显影响,其中25 g N·m-2·a-1高氮处理对净硝化速率、氨化速率及矿化速率都有显著的促进作用,说明高梯度的施氮处理有利于提高土壤的供氮能力。氮是内蒙古锡林河流域草原生态系统有机氮矿化的限制因子。与施氮相比,施磷处理对草地土壤氮转化的作用较为有限,仅有12.5 g P2O5·m–2·a–1+2 g N·m-2·a-1处理显著促进生长季中期的净氨化速率。说明施磷对土壤氮转化的影响弱于施氮的影响。养分添加显著提高了草地的地上生物量。养分添加情景下,土壤湿度与净矿化速率极显著相关,表明湿度是影响该区域温带草原土壤氮矿化的主效因素。环境因子(如有机碳含量、土壤全氮及土壤C/N)与不同氮处理下的净矿化速率之间显著相关,而土壤微生物碳、氮含量与土壤氮矿化均没有显著相关性。
