为深入探讨氮沉降影响草原植物金属养分吸收及其与土壤养分的耦合关系,以内蒙古典型草原4种主要物种为研究对象,设置0、5、10、15 g N/(m^(2)·yr)4个氮添加处理,分析不同施氮量对草原物种及群落水平植物叶片盐基、微量元素含量和储量的影响。结果表明:(1)杂类草比禾本科植物具有更高的养分浓度;(2)不同金属养分对氮沉降的响应具有高度的物种特异性;植物群落叶片盐基元素含量对氮添加无显著响应且与土壤盐基离子相关性较低;随氮添加量的增加,叶片中Mn、Cu含量增加,但Fe含量降低,草原植物微量元素失衡严重主要受土壤微量养分有效性和元素拮抗作用的影响;(3)植物金属元素地上储量的饱和阈值出现在10 g N/(m^(2)·yr);优势物种地上生物量对氮添加的非线性响应是驱动植物元素地上储量变化的主要机制。
据预测,内蒙古东部地区未来将出现氮沉降加剧和夏季降水增加的趋势,但大气氮沉降和降水增加都是不可持续的,增加强度可能减弱,也可能出现降低趋势。目前,历史氮、水输入停止后对生态系统的遗留效应尚不明确。本研究基于中国北方温带草原长达13年的氮、水添加实验平台,于处理第14年开始定向停止氮、水添加处理,探讨了历史氮、水添加在短期(2年)内对土壤理化性质和微生物学特性的遗留效应。结果表明:停止添加两年后,历史氮添加对铵态氮、硝态氮、可溶性有机碳、氮和速效磷等土壤养分指标的正向遗留效应消失;但对大部分土壤微生物学特性指标仍存在遗留效应,历史15 g N·m^(-2)·a^(-1)添加处理微生物生物量碳、土壤呼吸和碱性磷酸单酯酶活性分别降低73.3%、81.9%和70.3%,表明氮输入停止后微生物学指标的恢复比土壤养分指标慢,具有迟滞效应。相关分析和冗余分析表明,氮对微生物学特性的负向遗留效应与对土壤pH的负向遗留效应有关。历史水添加在处理停止两年后,对土壤pH、铵态氮、可溶性有机碳、氮等以及土壤呼吸、酶活性等仍表现出显著的遗留效应,并与氮沉降的遗留效应存在交互作用。研究结果对预测局域环境改善条件下草地生态系统功能和服务变化趋势及揭示退化草地恢复机制具有重要意义。
培肥是辽宁省西北部风沙区生态恢复的关键措施之一。本研究以辽西北沙化草地为对象,设置施用无机肥(氮磷钾肥)、有机肥、有机肥+无机肥配施、有机肥+生物有机基质(γ-聚谷氨酸)配施处理,以不施肥为对照,分析不同培肥模式下土壤有机质及养分含量、地上植被盖度和生物量的变化特征,以筛选辽西北沙化草地适宜培肥模式。结果表明:与对照相比,施用无机肥能够快速提升地上植被盖度和生物量,但施用高量无机肥(150 kg N·hm^(-2))会导致土壤pH降低及Ca^(2+)的淋失;施用有机肥提高了土壤有机质含量,显著提高了土壤交换性K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)含量及地上植被盖度和生物量,以有机肥配施γ-聚谷氨酸处理效果最好。在不加生物有机基质的培肥处理中,低量无机肥(50 kg N·hm^(-2))与中量有机肥(30000 kg·hm^(-2))配施对天然草地的快速、稳定性恢复效果最好,若配施有机基质(60 kg·hm^(-2)γ-聚谷氨酸),则能够起到更好的土壤改良与养分调控作用。
