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为了揭示CO2浓度升高对羊草草原生产力及群落组成的生态效应及其机制,本实验研究了不同N素水平下,CO2浓度升高对两个植物种生物量和N素利用的影响。本人于2007年在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站附近的六个CO2倍增控制实验的开顶式气室中展开研究:其中三个为正常CO2浓度(约380μmol·mol-1)气室,另外三个气室在生长季(5月初到8月底)通入加倍CO2浓度处理(约760μmol·mol-1);选取的两个植物种分别是羊草草原优势种禾本科C3植物羊草(Leymus chinensis(Trin.)Tzvel.)和具有共生固氮作用的灌丛优势种豆科半灌木植物小叶锦鸡儿(Caragana microphylla Lam.);设置的N素梯度水平分别是向原位所取的栗钙土中不添加和添加17.5g·m-2·y-1N;每个处理设置三个重复。
2007年主要研究结果与结论如下:
1)CO2浓度升高对羊草和小叶锦鸡儿生物量的影响机制不同,且与N素供应水平密切相关:CO2浓度升高对羊草和小叶锦鸡儿生物量的促进效应在添加N素条件下表现明显,而在低N水平下CO2浓度升高使羊草的根冠比显著增加,同时,N素添加对羊草生物量具有显著影响,但对小叶锦鸡儿生物量无明显影响,说明羊草本身生长及对于CO2的响应都受到N素的限制,但是小叶锦鸡儿在正常CO2条件下生长不受到N素限制,CO2可以缓解高N对于小叶锦鸡儿生长的逆境作用。
2)在添加N素的条件下,小叶锦鸡儿固氮作用受到抑制,但高CO2浓度一定程度上缓和了高土壤N水平对小叶锦鸡儿共生固氮作用的抑制,这一点也正证明了以上高CO2和高N对于小叶锦鸡儿地上的拮抗作用。
3)CO2浓度升高对羊草的植物体内N素分配可能具有调节作用,促进N素从枯死组织向绿叶、绿茎的转移,但对小叶锦鸡儿地上部分N素浓度无显著影响。
4)CO2浓度升高使种植羊草和小叶锦鸡儿的土壤中有效N含量减少,且与N素供应水平密切相关:在未添加N素条件下,CO2浓度升高使小叶锦鸡儿土壤中有效氮含量显著减少,而添加N素条件下,CO2浓度升高使羊草土壤有效氮含量显著减少;同时未添加N素条件下,由于豆科植物的固氮作用,生长在正常CO2浓度环境下种植小叶锦鸡儿的土壤有效N显著高于种植羊草的土壤。