荒漠草原优势植物养分利用及化学计量特征研究

【摘要】草原生态系统主要受到氮素(N)和水分条件的限制,地处干旱地区的短花针茅荒漠草原更是如此。放牧改变了生境中的养分条件,引起了物种对有限养分条件的利用竞争。植物为了适应生境,不断调节自身养分利用特征和化学计量特征,这种适应策略是决定物种竞争能力和适应能力的重要机制,同时对维持群落地上生物量具有重要的意义。以短花针茅荒漠草原优势植物短花针茅、无芒隐子草、冷蒿等为研究对象,探讨荒漠草原生态系统优势植物养分利用和化学计量特征对N、水分和放牧引起的物种竞争的响应与适应,有助于揭示人类干扰背景下短花针茅荒漠草原生态系统优势植物养分利用策略的变化,并为预测未来生态系统的动态提供理论支持。在荒漠草原典型地段设置了N、水分添加试验区和物种竞争试验区。其中N和水分添加区,选择在自由放牧区和禁牧围封区(至2011年已经围封5年)。分别设对照区(CK)、添加N(ND)、添加水分(WD)、同时添加N和水分(NWD)4种处理,每个处理5次重复。从2011年起连续2年进行N和水分添加。物种竞争试验区,选择在不同载畜率小区。于20()2年开始不同载畜率放牧试验,持续至今。实验采用完全随机区组设计,将放牧区划分为4个处理,分别为对照(CK)、轻度载畜率(LG)、中度载畜率(MG)和重度载畜率(HG),对应的载畜率值分别为0、0.91、].82和2.71羊单位/hm2/半年。每个处理3次重复。供试羊只为当地成年蒙古羯羊。2011年和2012年连续2年采用野外观测、取样和室内分析相结合的方法,分别对N和水分添加试验区群落特征、土壤含水量和养分特征、优势植物养分利用及其化学计量特征、不同载畜率条件下优势植物解剖结构特征、养分利用特征、解剖结构与养分特征的相互关系及其化学计量特征进行了研究。主要研究结果如下：1N和水分的添加分别提高了群落特征指标,有利于退化草地的恢复。在恢复退化草地方面,N和水分具有耦合作用,同时添加比单独添加的影响效果明显。N和水分条件都是草地植被生长的主要限制因子,短花针茅荒漠草原植被对水分条件更为敏.感。2长期放牧引起的物种竞争对优势植物的解剖结构产生了一定程度的影响。一些物种解剖结构的变化更加有利于适应贫瘠的生境。3物种竞争使短花针茅的全N(TN)含量降低,总有机碳(TOC)含量增加,在群落中处于不利的地位；无芒隐子草在调节养分含量方面同样处于不利的地位；而冷蒿能够很好地调节其体内的元素含量,在竞争中占有优势地位。4N和水分的交互作用对短花针茅和无芒隐子草养分利用效率尚没有影响。放牧引起的物种竞争对相对高大的短花针茅的养分利用效率影响相对较小,而对较矮小的无芒隐子草和冷蒿的影响相对较大。5N和水分的添加及其交互作用都显著地降低了短花针茅和无芒隐子草的N利用效率(NUE),植物是通过提高NUE来适应更为贫瘠的生境的。短花针茅和无芒隐子草在一定范围内可以通过增加NUE的机制来适应放牧引起的物种竞争：当超过这一范围,短花针茅和无芒隐子草的NUE下降,在群落中的优势地位有被其他物种取代的可能。6物种竞争压力大时,3种优势植物都采取增加或保持C：N和C：P的同时,降低N：P的方式来加快生长速度,适应物种竞争。植物个体大的短花针茅较个体小的无芒隐子草和冷蒿有更大的弹性空间去适应生境中养分的变化。因此,从调节自身化学元素比值去适应贫瘠生境的角度讲,短花针茅具有较大的优势。但当竞争压力继续增加时,短花针茅更加容易受到N的制约,而逐渐被受N制约相对小的冷蒿和无芒隐子草所取代。
【作者】白春利；
【导师】王明玖；
【作者基本信息】内蒙古农业大学，草业科学，2013，博士
【关键词】荒漠草原；短花针茅；无芒隐子草；冷蒿；养分利用效率；化学计量学；

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