東北地理所在草原不同演替階段優(yōu)勢(shì)種對(duì)水氮添加的響應(yīng)機(jī)理方面取得進(jìn)展
水分和氮素是植物生長(zhǎng)必需的資源，近年來(lái)氣候變化和人類活動(dòng)造成水分和氮素有效性在時(shí)空尺度上的重新配置，進(jìn)而影響陸地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和群落組成。內(nèi)蒙古草原是水分和氮素限制的地區(qū)，對(duì)水分和氮素有效性的變化尤其敏感。在內(nèi)蒙古草原，長(zhǎng)期過(guò)度放牧導(dǎo)致土壤水分和氮素有效性降低，同時(shí)草地發(fā)生不同程度的退化及群落組成的改變，很多草場(chǎng)由大針茅（Stipa grandis）和羊草（Leymus chinensis）為優(yōu)勢(shì)的群落退化為糙隱子草（Cleistogenes squarrosa）為優(yōu)勢(shì)的群落。目前，不同演替階段優(yōu)勢(shì)種對(duì)水氮添加的響應(yīng)是否有差異，重度退化草場(chǎng)優(yōu)勢(shì)植物是否具有更高的水分和氮素利用效率并不清楚。
為回答這一科學(xué)問(wèn)題，東北地理所草地農(nóng)牧業(yè)學(xué)科組以同為多年生叢生型禾草的不同演替階段優(yōu)勢(shì)種大針茅、冰草（Agropyron cristatum）和糙隱子草為對(duì)象，研究它們幼苗期對(duì)施氮處理（0.53和16.25 gm-2y-1 N）、水分處理（田間持水量的50%和70%）及水氮交互作用的響應(yīng)及其生理生態(tài)機(jī)理。研究結(jié)果表明，非退化草場(chǎng)優(yōu)勢(shì)種大針茅對(duì)水氮添加不敏感，生物量分配、水分和氮素利用效率在不同處理下保持相對(duì)穩(wěn)定。而重度退化草場(chǎng)優(yōu)勢(shì)種糙隱子草對(duì)水氮添加積極響應(yīng)，高水和高氮顯著增加其各部分器官的生物量、總生物量及莖的生物量分配（圖1）。糙隱子草在高水高氮條件下的水分利用效率最高，在低水低氮條件下的氮素利用效率最高（圖2）。中度退化草場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)種冰草的響應(yīng)介于二者之間。不同物種對(duì)水氮添加響應(yīng)的策略差異能夠反映它們?cè)诓煌嘶潭炔菰姆植家?guī)律。全球變化模型預(yù)測(cè)未來(lái)內(nèi)蒙古草原地區(qū)降雨和氮沉降都將增加，由我們的結(jié)果可以推測(cè)，水分和氮素有效性增加有利于內(nèi)蒙古草原退化的恢復(fù)，然而這種變化對(duì)優(yōu)勢(shì)種大針茅不利，其在內(nèi)蒙古草原的優(yōu)勢(shì)度很可能降低。
本研究結(jié)果發(fā)表在國(guó)際期刊Science of the Total Environment上，由東北地理所張紅香副研究員（第一作者）和東北師范大學(xué)高英志教授（通信作者）等合作完成。研究得到了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。
論文信息：
Zhang H, Gao Y, Tasisa BY, Baskin JM, Baskin CC, Lü X, Zhou D. (2019) Divergent responses to water and nitrogen addition of three perennial bunchgrass species from variously degraded typical steppe in Inner Mongolia. Science of the Total Environment, 647: 1344-1350.
圖1 三個(gè)物種總生物量（a）和莖、葉、根生物量分配（%，b-d）對(duì)水氮添加的響應(yīng)。N1W1，低氮低水；N1W2，低氮高水；N2W1，高氮低水；N2W2，高氮高水。
圖2 大針茅、冰草和糙隱子草在不同水氮條件下的水分利用效率（a）和氮素利用效率（b）。
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