氮素添加对不同放牧强度下荒漠草原生产力的影响_金正亮.pdf

北方农业学报 2022，50（6）：6371JOURNAL OF NORTHERN AGRICULTURE金正亮，樊文韬，张璞进，等.氮素添加对不同放牧强度下荒漠草原生产力的影响 J.北方农业学报，2022，50（6）：63-71.DOI：10.12190/j.issn.2096-1197.2022.06.09收稿日期：2022-06-24基金项目：内蒙古农牧业创新基金项目（2020CXJJM11）；内蒙古科技计划项目（201502106，2019GG015）作者简介：金正亮（1996），男，硕士研究生，研究方向为草地生态学和环境科学研究。通信作者：张璞进（1981），男，副研究员，博士，主要从事草地生态学方面的研究工作。氮素添加对不同放牧强度下荒漠草原生产力的影响金正亮1，2，3，樊文韬2，4，张璞进1，张国龙2，褚文彬5，武典君6，青格乐1（1.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特010031；2.内蒙古大学 生态与环境学院，内蒙古 呼和浩特010020；3.城口县水利局，重庆405900；4.呼和浩特市环境卫生服务中心，内蒙古 呼和浩特010020；5.凉城县农牧和科技局，内蒙古 凉城013750；6.呼和浩特市生态环境科技推广中心，内蒙古 呼和浩特010090）摘要：【目的】研究氮素添加对不同放牧强度下荒漠草原生产力的影响，提出在不同放牧背景下提升荒漠草原生产力的有效措施。【方法】以不同放牧强度下的荒漠草原为研究对象，在内蒙古四子王旗开展氮素添加试验，氮素添加水平分别为 0（CK）、7、14、21 g/（m2 a），分析历史放牧强度和年份对生物量的影响，以及氮素添加量对不同功能群植物生物量的作用。【结果】在少雨年份，植物群落的生物量随放牧强度的增加而降低；在多雨年份，中度放牧背景下植物群落的生物量最高。氮素添加可促进轻度放牧和中度放牧背景下植物群落地上生物量的增加，分别提高 10%65%和 15%35%；氮素添加在多雨年份可促进重度放牧背景下多年生丛生禾草生物量的增加，提高 13%23%。在实施氮素添加恢复措施的 3 年中，轻度放牧背景下最适氮素添加量分别为 7、14、21 g/（m2 a），中度放牧背景下分别为 14、14、7 g/（m2 a）；重度放牧背景下第 1 年为 21 g/（m2 a），后两年为不添加氮素。【结论】氮素添加可促进轻度放牧和中度放牧背景下植物群落生物量的增加；不同放牧背景下促进植物群落生物量恢复的最适氮素添加量不同，这与群落物种组成和年降水量相关。关键词：氮素添加；放牧强度；荒漠草原；生产力中图分类号：S812文献标识码：A文章编号：2096-1197（2022）06006309Influence of nitrogen addition on the productivity of desert steppeunder different grazing intensitiesJIN Zhengliang1，2，3，FAN Wentao2，4，ZHANG Pujin1，ZHANG Guolong2，CHU Wenbin5，WU Dianjun6，Qinggele1（1.Inner Mongolia Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences，Hohhot010031，China；2.School of Ecology andEnvironment，Inner Mongolia University，Hohhot010020，China；3.Chengkou County Bureau of Water Resources，Chongqing405900，China；4.Hohhot Service Center of Environment and Sanitation，Hohhot010020，China；5.Liangcheng County Bureau of Agricultural，Animal Husbandry and Science and Technology，Liangcheng013750，China；6.Hohhot Science and Technology Extension Center ofEcology and Environment，Hohhot010090，China）Abstract：【Objective】To study the influence of nitrogen addition on the productivity of desert steppe under different grazingintensities and to propose effective measures to increase the productivity of desert steppe under different grazing backgrounds.【Methods】In Siziwang Banner，Inner Mongolia，nitrogen addition were conducted on desert steppe that had undergone variousgrazing intensities with addition levels of 0（CK），7，14 and 21 g/（m2a）.The effects of historical grazing intensities and yearson plant biomass as well as the effects of nitrogen addition on biomass of various functional groups were analyzed.【Results】内蒙古自治区拥有荒漠草原约 841 万 hm2，荒漠草原是草原类型中旱生性最强的类型1，约占全区草原总面积的 10.7%，主要分布在苏尼特左旗、苏尼特右旗、二连浩特市、镶黄旗、四子王旗、达尔罕茂明安联合旗、乌拉特中旗、杭锦旗、鄂托克旗和鄂托克前旗，是我国北方畜牧业生产基地和生态安全屏障的最重要组成部分2。由于荒漠草原处于一个对人类活动和自然干扰相对敏感的地带，其植被成分简单、产草量低而不稳定、生物多样性贫乏，与草甸草原和典型草原相比，荒漠草原的恢复力较小，在剧烈的环境变化和人为干扰影响下发生退化的速度快、危害严重1。放牧是草原的主要利用方式，也是决定和影响草原生态系统结构和功能的重要因子3-4。过度放牧是引起草地退化的主要因素5-6，长期的过度放牧一方面因家畜对地上生物量的过度采食，导致植物小型化、生产力下降、植被逆向演替、草品质变差、土壤的养分来源减少4，7；另一方面因家畜对土壤的过度践踏，引起土壤养分流失、土壤紧实、土壤持水能力差、养分利用效率低等3，8，出现草地生产与生态功能不协调的问题，使得生态系统不可持续。已有研究表明，草原群落组成和生产力对不同放牧利用强度的响应具有显著差异9-11。因此，研究放牧对草原植被生产力的影响机制，揭示退化草原植被的管理和可持续利用技术的制定具有非常重要的科学意义。氮素是植物的必需营养元素，是植物生长的主要限制因子，对草原的植物生长有促进作用，可增加植被地上生物量12-13，此外，适当的氮素管理措施会使土壤肥力不断提高，并改善土壤的理化性质14-18。有研究表明，氮素添加可显著提高草原植物群落的初级生产力，但过量会降低群落的物种丰富度19-20，适当的氮素添加能促进植被恢复21-24，是增加草地物种资源多样性和持续利用草地的有效途径25-26，也是退化草地的有效管理技术18。也有研究表明，对于干旱和半干旱草地生态系统，氮素和水分是生产力的共同限制性因子27-28，当干旱解除后氮素才会成为生产力的限制因子，物种丰富度在年际因季节降水的变化而变化，但不受氮素添加的影响29。此外，氮素添加对草原群落结构和功能的影响与放牧强度和植物功能群的组成有关13，18，30。王晶等30研究表明，高、中水平氮均可显著提高典型草原轻度放牧下植物群落地上生物量和多年生根茎型禾草生物量，降低杂类草生物量，对中度放牧和重度放牧背景下地上生物量和不同功能群的生物量无显著影响。而杨倩等31则研究表明，氮素添加促进了不同退化程度草地生物量的增加，显著增加了群落中禾草的生物量和占比，降低了杂类草的生物量和占比，但差异不显著。这些不一致的结论可能是因为植物群落优势种组成的差异导致的。有研究指出，氮素添加降低了草地生态系统的稳定性、物种丰富度和系统发育多样性，增加了物种优势度，生态系统稳定性的降低是由优势种稳定性的降低导致的，氮素添加对地上净初级生产力时间稳定性的影响由优势种控制32。因此，氮素对草地生产力的影响与降雨、放牧强度和植被特征相关。目前，氮素添加对我国北方典型草原和草甸草原植被物种组成和生产力影响的研究已有诸多报道30，33-34，在荒漠草原中亦有开展氮素添加的相关研究35-37，研究显示，氮素添加改变了荒漠草原物种组成，并提高了地上生物量，但在不同放牧强度背景下Plant community biomass decreased as grazing intensity increased in the drought years，and was highest under moderategrazing in the rainy years.Nitrogen addition promoted the increase of above ground biomass of plant community under lightgrazing and moderate grazing，with increases of 10%-65%and 15%-35%respectively.Nitrogen addition in the rainy yearsincreased the biomass of perennial bunch grasses under heavy grazing by 13%-23%.The optimum amount of nitrogenaddition in the three-year experiment was 7，14 and 21 g/（m2a）under light grazing，14，14 and 7 g/（m2a）under moderategrazing，and 21 g/（m2a）in the first year，with no addition in the following two years under heavy grazing.【Conclusion】Nitrogen addition promoted the increase of plant community biomass under light and moderate grazing.The optimum amountof nitrogen addition to promote the plant community biomass recovery was different under different grazing backgrounds，thisrelates to community species composition and annual precipitation.Keywords：Nitrogen addition；Grazing intensity；Desert steppe；Productivity64北 方 农 业 学 报50 卷荒漠草原的生产力对氮素添加的响应鲜有报道。因此，氮素添加是如何影响不同放牧强度下荒漠草原的生产力有待进一步研究。目前，国家和内蒙古自治区实施的草原生态建设重大工程，亟须强有力的科技支撑。