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氮肥对草地的影响

作者:未知

  【摘 要】氮肥可以有效地提高草地生产力,然而长期以来的研究并没有明确的氮肥添加对草地结构和功能的影响,本文对施用氮肥后草地生产力、物种多样性、草地群落结构和牧草品质等几方面进行总结。研究得出,氮肥短时间内可以提高草地生产力改善牧草品质,但是破坏了草地群落结构降低了草地物种多样性,多数研究认为氮肥不利于草地的健康发展。
  【关键词】草地;氮肥;生物多样性
  中图分类号: S688.4 文献标识码: A 文章编号: 2095-2457(2019)15-0222-003
  DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.15.108
  Effect of N Fertilizer on Grassland
  XIAO Tian-hao
  (Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029,China)
  【Abstract】Apply N fertilizer on grassland can raise the grass production.The impact of N adding on productivity and species diversity of grassland was summarized in this paper.The result is that N fertilizer in grassland would increase the productivity, but N fertilizer can cause damage to the grassland ecological system.
  【Key words】Grassland;N fertilizer;Biodiversity
  0 前言
  氮素是关系到植物的生长与繁殖的重要元素,关系到草地物质与能量循环,影响草地生产力与草地生态系统的组成与功能,人类通过施肥影响草地氮素循环,维持草地地上生产力和补给土壤有效氮。
  氮肥的使用氮素利用能力强的草地植物具有更强的竞争能力,影响着草地多样性,不利于草地生态系统的健康。人们为此做了大量长期的研究,这些研究表明,氮肥的使用导致草地中部分物种急剧的减少,甚至有灭亡的风险。
  1 氮肥对草地生产力的影响
  氮素添加能够明显的提高草地群落的生产力,天然草地氮素的来源少,因此氮素添加能显著地改变草地生产力[1]。位于黄土高原的研究表明,氮素添加增加了长芒草和百里香群落的生物量;青藏高原的研究同样表明施肥可以提高垂穗披碱草的地上生物量,而且草产量与氮素添加量呈现正相关关系[2]。由此可见,使用氮素影响物种间有效资源的竞争关系,可以提高草地生产力水平。
  植物对氮素添加的响应存在种间差异,高寒矮嵩草草甸各个植物类群和植物种的综合优势比和地上生产力对氮素添加响应的研究发现,禾草类对氮素添加的响应最大、杂草类次之、莎草类最小[3];内蒙古连续两年的施肥试验显示,尿素的施用量与草地群落生产力呈正相关关系,但当氮素添加量超过50kg/ha时,杂类草对产量贡献最大,而禾本科等优质的牧草产量降低[4]。因此,在研究中应该注意寻找优质牧草达到最大增产量时的阈值,这样有利于草地向良性方向发展。
  各草地类型都有不同的限制性资源,这些限制性资源与土壤氮对草地初级生产力存在着交互作用,而不同的草地类型在各种资源上的差异性导致了氮肥的响应存在着差异。由于草甸草原无水分限制因素,草种以禾本科牧草为主,导致土壤有效氮成为这类草地的限制性资源,通过氮素添加可以显著的提高生产力[5]。典型草原植物生长主要的限制因子是水分,只有在湿润的年份,氮添加可以有效地提高草地生产力[6]。荒漠草原的地上生产力对氮素添加的响应同样与水分条件存在着明显的关系,地上生产力甚至会随着氮素添加量的增加而下降[7]。温度的高低直接影响植物的光合作用,从而影响植物的生长发育,温度是高寒草甸植物生存的主要限制因子,增温处理延长了植物的生长时间的同时也增加了植物对氮素的利用时间,氮素添加和增温共同作用可以提高高寒草甸群落地上生产力。
  2 氮肥對草地植被生物量分配的影响
  植物在不同的环境中物质和能量的分配格局能够体现植物生长过程对环境的响应对策和资源分配策略。生物量的分配格局导致物种间的竞争和共存的改变,影响群落生态功能与演替方向。氮作为植物生长所必需的元素,在植物的生长、发育、繁殖和遗传过程中有着重要的作用。
  不同植物器官对氮素添加的响应也有差异。碳水化合物和氮之间的平衡对地上地下生物量的分配幅度起着重要的作用。地上部分首先获得碳水化合物等光合产物,根部首先获得矿质元素和水分:当植物的光合作用受到影响时,碳水化合物等有机物的供应就会减少,地上部分将会占有比地下部分更大比例的同化产物,从而降低植株根冠比;然而当矿质元素或者水分的供应减少时,地上部分的生长受到限制,根系快速的生长,根冠比增加。同时也有研究发现,当土壤肥力增加时,地上部分与地下部分相比将产生更多的生物量,根冠比往往降低。
  不同物种的生物量分配策略对氮素添加的响应存在一定的差异,不同生活类型及生活史的植物生物量对氮素添加的响应也有一定的差异。逆境环境中的一年生旱生植物,通常分配有限的可利用资源给地上部分,用于竞争光资源并进行植物的生殖生长,通过快速形成种子等形态回避不良的生境,而多年生植物则分配给地下部分。土壤养分缺乏的环境使一年生植物的生殖枝比重随养分的缺乏程度呈现增加趋势,而多年生植物则不会对土壤养分的变化做出响应。氮素添加降低了一年生植物的地下生物量比例增加了地上生物量比例,同时也增加草地群落中多年生丛生禾草地上生物量。   3 氮肥对草地群落结构的影响
  氮素添加不仅仅可以提高草地的生产力,而且可以影响草地的种群结构和生物多样性。在前人的群落结构影响的研究中,物种多样性和密度对氮素添加的响应出现了增加、下降、无影响三种结果,这与试验选取的施肥样地处于群落演替的阶段或者选取草地的限制类型有关。氮素添加导致土壤中可利用氮含量迅速增加,缓解了氮对植物生长的限制,促进一年生的禾本科植物等物种迅速的生长,遮蔽了其他矮小物种,使其得不到光照等生存所必需的资源而在群落中逐渐的消失,进而造成群落中部分物种的减少甚至消失,所以氮素添加降低了物种多样性和丰富度。
  内蒙古退化草地氮素添加处理后,种群结构和主要牧草种类发生了明显的变化,群落中的羊草和委陵菜的比例上升而冷蒿的比例下降草地向恢复演替方向发展。高寒草甸地区随着氮素添加量的增加,禾本科牧草的生物量比例显著上升,当氮素添加量达到150kg/ha时禾本科牧草比例提高了106%[8];同样,在其他的研究中还发现氮素添加改变了草本植物高度及盖度[9]。植物的生物量分配格局与植物的生活史有关系,生活史的差异对氮素添加和改善水分状况的响应有较大的差异,这一差异是导致群落结构与多样性发生变化的动力之一;通过分析不同功能群(以生活史为划分依据)尺度和群落尺度植物生物量分配格局对氮素和水分的响应,发现一年生植物的繁殖生物量比重明显高于多年生植物,但是,多年生植物的叶片与地上生物量比值显著高于一年生植物[10];氮素添加和水分处理改变了群落尺度生物量分配格局。在植物生活型功能群中,氮素和水分的添加显著提高了禾草地上生物量,降低了豆科植物地上生物量;研究不同生态类型植被对氮素和水分添加发现,氮素和水分添加显著提高了中旱生植物地上生物量,降低了旱生植物和旱中生植物地上生物量[11]。以上结果表明氮肥导致植物群落的初级生产力增加的同时降低了植物群落的物种丰富度。
  4 氮肥对牧草产品营养成分的影响
  氮素添加降低了牧草中干物质比例,提高适口性,因此可以通过氮素添加提高天然草地的可利用率以及牧草的消化率。但是,氮素对牧草氮含量的研究结论不统一,有部分研究表明氮素添加直接的导致了植物含氮量的增加,也有研究指出,植物含氮量与土壤氮素之间没有显著的关系。
  5 总结与期望
  目前已有大量的实验进行了草地施用氮肥的研究,但由于人们对氮肥作用于草地的机理并不清楚,加之草地分布广泛、气候多变等因素,导致部分影响结果并不确定。根据当前的研究结果,并不能预测施用氮肥后草地的演替方向。今后的研究中,我们应该更加深入的探寻草地对氮添加的响应机理,以便应用研究结果维护我国草地生态系统健康发展。
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论文来源:《科技视界》 2019年15期
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