论文部分内容阅读
水分是干旱地区生态过程的第一非生物限制因子,较低的土壤水分含量导致了干旱区植被盖度的低下,且呈斑块状分布,旱生灌木成为优势种,草本发育受到限制；而土壤养分因直接影响着生物生产力和土壤生态过程,被认为是仅次于水分而影响植被的限制性因子。土壤养分动态,特别是大气氮沉降的累积直接关系着荒漠生态系统组成、结构和功能的演变,而导致这一结果的最显著表征是对物种多样性的深刻影响,包括N、P、K累积对优势种或关键种及功能群的影响。目前,利用施肥和控制实验来解析验证这一科学问题的大量研究多集中在较湿润的天然草地或高寒草原草甸地区,针对盖度和生产力较低的温带荒漠草本植物的研究相对较少。本文以分布在腾格里沙漠东南缘的沙坡头草本植物为研究对象,采用施加N、P、K的野外控制实验,研究了该区草本植物物种丰富度、多度、盖度、生物量和高生长及植物体养分含量等群落学特征对不同施肥处理的响应,研究结果可为干旱区荒漠植被的生态系统管理和恢复提供一定的科学依据。
实验处理包括施氮肥、磷肥、钾肥和混合肥(N:P:K=1:1:1),施肥量有0(对照)、12.5、25、50g·m-24个水平。采用含区组因素的两因素析因设计实验分析了肥料种类及施肥水平对荒漠草本层片植被生物多样性及生物生产力的影响,其主要研究结果如下:
1、草本植物物种丰富度与养分水平梯度成负相关关系,不同肥料的这种影响程度依次为:P>N>K>M,相关系数(R)依次为:-0.989、-0.898、-0.848和-0.824。物种多度也随着N、K、P含量的增加而降低,但对多度降低的影响程度依次为:N>M>K>P,R分别为:-0.966、-0.909、-0.856和-0.848。说明不同的养分配置对物种丰富度和多度的影响存在一定的差异。
2、草本盖度在养分的影响下,也表现出了减少的趋势,其中N的影响作用最明显,其次是M、P和K,R分别为:-0.999、-0.931、-0.814和-0.808。结果表明养分增加会降低荒漠化草本植物物种多样性,尤其以N的降低作用最明显。
3、不同养分配置下,草本植物地上部生物量的差异也很明显。在施肥当年(07年)随着施肥水平梯度的增大而增加,在次年和第三年,地上部生物量对不同养分水平的响应不再敏感,其变化幅度不大。不同肥料对草本植物地上部生物量的促进作用表现为:N>P>K>M,R分别为:0.957、0.828、0.636和0.634。草本植物地下部生物量与不施肥的对照处理相比较,施肥处理均在不同程度上降低了草本根系生物量,N对草本植物根系的降低程度最高,其次是P、K和M,地上和地下生物量对N、P、K和M的响应表现出相反的变化规律。此外,不同优势种植物(无芒隐子草、多根葱和茵陈蒿等)高生长对不同养分配置的响应存在显著的差异性(p<0.05),养分配置对荒漠化草本植物生产力的影响较为复杂,N素对其影响较其它养分更加显著,植物对养分的需求存在物种特异性。
4、植物体内养分含量的变化与土壤养分含量的增加呈负相关关系。实验结果表明,土壤中养分的增加并不能带来植物体内养分的正积累,不同肥料对植物体内养分贡献的大小顺序为:N>K>M>P。
5、草本植物的不同群落学特征在养分配置上受不同年份的降雨量影响较大,这主要与年际、年内间的降水多寡及分配不均有关。施肥当年(07年)的降水量为多年平均降水量的1.4倍,而08和09年的降雨量仅为07年降雨量的1/2；同时,年内降雨也主要集中在6-9月份,07年6-9月份的降水量占到了全年降水量的81％,充足的水分对草本植物生产力的恢复起着关键性的作用,水肥耦合更有利于荒漠地区草本植物生产力的提高。
6、N、P、K会降低荒漠草本植物的物种多样性,但在降水充足的年份,却又能提高草本植物的生产力,物种多样性和植被生产力对人工施加 N、P、K的响应存在差异,高的物种多样性可能并不会带来高的生物生产力。