氮磷添加对呼伦贝尔草地凋落物分解的影响_杜鹏冲.pdf

第 32 卷第 2 期Vol.32，No.244-532023 年 2 月草业学报ACTA PRATACULTURAE SINICA杜鹏冲，潘昱臻，侯双利，等.氮磷添加对呼伦贝尔草地凋落物分解的影响.草业学报，2023，32（2）：4453.DU Peng-chong，PAN Yu-zhen，HOU Shuang-li，et al.Effects of nitrogen and phosphorus addition on litter decomposition in Hulunber steppe.ActaPrataculturae Sinica，2023，32（2）：4453.氮磷添加对呼伦贝尔草地凋落物分解的影响杜鹏冲1，潘昱臻1，侯双利2，王智慧1，王洪义1*（1.黑龙江八一农垦大学园艺园林学院，黑龙江 大庆 163319；2.中国科学院沈阳应用生态研究所额尔古纳森林草原过渡带生态系统研究站，辽宁 沈阳 110016）摘要：凋落物分解是草地生态系统能量流动和物质循环的重要过程，其分解与初始化学组成（内因）和土壤环境（外因）等因素有关。氮（N）、磷（P）作为植物生长所必需的大量元素，影响生命活动的很多过程，是凋落物分解中内因和外因的重要调控因素。以呼伦贝尔草甸草原中羊草、糙隐子草和披针叶黄华 3种植物为研究对象，采用网袋分解法，研究氮磷养分添加在内因和外因方面对凋落物分解的影响。结果表明：1）凋落物分解过程受物种内在因素和土壤环境等外在因素的共同影响，在提高凋落物分解速率上，养分添加在外因方面作用大于内因方面；2）外因方面，氮磷养分添加显著促进 3种凋落物分解；内因方面，对糙隐子草和披针叶黄华有促进作用，而对羊草则表现为抑制作用；3）凋落物分解过程中 N、P元素的释放与凋落物初始 N、P含量和土壤中 N、P含量呈正相关关系。研究结果揭示了土壤氮磷养分差异是影响凋落物分解和养分释放的主导因素，今后研究应更多关注外在因素变化对凋落物分解过程的影响。关键词：草甸草原；氮磷添加；凋落物分解；养分释放；分解速率Effects of nitrogen and phosphorus addition on litter decomposition in HulunbersteppeDU Peng-chong1，PAN Yu-zhen1，HOU Shuang-li2，WANG Zhi-hui1，WANG Hong-yi1*1.College of Horticulture and Landscape Architecture，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319，China；2.Erguna Forest-Steppe Ecotone Research Station，Institute of Applied Ecology，Chinese Academy of Sciences，Shenyang 110016，ChinaAbstract：Litter decomposition is an important component process in grassland ecosystem energy flows and cycling ofcarbon（C），nitrogen（N），phosphorus（P）and other elements.Litter decomposition rate depends on its initialchemical composition（internal factors）and soil environment（external factors）.N and P as essential macronutrientsfor plants，are important to regulation of internal and external factors in litter decomposition.Here we report a two-year N and P controlled addition experiment with two N levels（0，10 g N m2yr1）and 2 P levels（0，10 g N m2yr1）in their four combinations to define the NP interaction.There are five replicates.The experiment studiedLeymus chinensis，Cleistogenes squarrosa and Thermopsis lanceolata，which have different nutrient utilizationpatterns and used the net-bag decomposition method to study the effects of N and P addition on litter decomposition.It was found that the litter decomposition process was affected by both internal factors and external factors，with theexternal factors having a greater effect than the internal factors.In the external factors，nutrient addition promotedDOI：10.11686/cyxb2022038http：/收稿日期：2022-01-18；改回日期：2022-03-03基金项目：国家自然科学基金青年基金项目（31901141），大庆市新能源领域“揭榜挂帅”科技攻关项目（2021BD05），黑龙江八一农垦大学学成引进人才科研启动基金（XDB201803）和中国博士后科学基金资助项目（2022M721734）资助。作者简介：杜鹏冲（1998-），男，黑龙江哈尔滨人，在读硕士。E-mail： 通信作者 Corresponding author.E-mail：第 32 卷第 2 期草业学报 2023 年the decomposition of all three litter types.With respect to the internal factors，nutrient addition promoted thedegradation of C.Squarrosa and T.lanceolata，but inhibited the degradation of L.chinensis.The rate of release ofN and P was positively correlated with the contents of N and P in the initial litter and soil environment.This studyrevealed that the differences of nitrogen and phosphorus nutrient in soil were the main factors affecting litterdecomposition and nutrient release.In future studies，more attention should be paid to the influence of externalfactors on the litter decomposition process.Key words：meadow steppe；nitrogen and phosphorus addition；litter decomposition；nutrient release；decompositionrate凋落物是草地生态系统能量流动和物质循环的重要组成部分，对维持草地生态系统服务功能具有重要作用1。陆地生态系统中约 50%的净初级生产力以凋落物的形式返回土壤，成为土壤有机质的主要来源2。凋落物分解作为养分和碳（carbon，C）循环的关键环节，推动着土壤有机质矿化分解和营养元素的循环转化，是土壤和植物之间相互作用的重要纽带，对全球 C循环具有重要意义3-4。凋落物分解是一系列物理和化学过程作用的结果，包括淋洗作用、机械破碎、土壤动物及微生物分解等5-6。凋落物分解受到内部因素和外部因素共同影响，其中内部因素包括纤维素、木质素、氮（nitrogen，N）、磷（phosphorus，P）含量及其比值等7，外部因素包括气候、土壤理化性质及土壤微生物生物量等8-9。养分是草地生态系统净初级生产力的主要限制因素之一。养分添加可以增加土壤肥力，促进退化草地恢复，以及提高净初级生产力10。畜牧业发达国家通常将施肥作为草原管理的重要措施11。氮（N）和磷（P）作为植物生长所必需的大量营养元素，是植物生长发育、群落动态、生态系统结构与功能的重要调控者，是北方草地生态系统的主要限制因子1，12-13。N、P养分添加对凋落物分解的影响存在较多争议14：有些研究认为养分增加能够促进凋落物的分解15，尤其 N 素添加，较具有普遍性3，16，而 P素添加开展较少，多数情况下没有 N 添加作用明显；而有些研究发现养分添加对凋落物分解无显著作用17或有抑制作用18。其中植物种类及试验位点生境差异是产生不同影响结果的重要原因。关于养分添加对凋落物分解的影响研究主要有两种类型试验，一种是天然草地的凋落物放入养分添加处理的样地做模拟分解试验；另一种是养分添加处理的凋落物在本样地做原位分解试验。两种情况还不完全一样，第一种是只考虑环境因子变化的作用；第二种是考虑了植物和环境，但是无法区分二者的相对作用。因此，为厘清内在和外在因素对凋落物分解的影响程度，有必要同时开展植物自身养分和土壤养分差异对凋落物分解影响的研究。为解决以上问题，本研究依托中国科学院沈阳应用生态研究所额尔古纳站氮磷添加控制实验平台，以羊草（Leymus chinensis）、糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）和披针叶黄华（Thermopsis lanceolata）3 种不同养分利用方式物种为研究对象，设置了样方内分解和样方外分解两个对比试验。研究 N、P添加对呼伦贝尔草地凋落物分解的影响以及分析植物内在养分因素和土壤养分因素对凋落物分解的影响程度。1材料与方法1.1研究区概况研究地点位于内蒙古自治区呼伦贝尔市额尔古纳市境内，依托中国科学院沈阳应用生态研究所额尔古纳森林草原过渡带生态系统研究站（5010 46 N，11922 56 E）。该地区属于温带大陆性季风气候，冬季寒冷，夏季高温；年平均温度-2.5；年均降水量 360 mm19；土壤类型为黑钙土；地带性植被类型为草甸草原，植被组成以禾本科、菊科、豆科、蔷薇科植物为主，羊草和贝加尔针茅（Stipa baicalensis）为优势种，常见种有糙隐子草、披针叶黄华、寸草苔（Carex duriuscula）、达乌里芯芭（Cymbaria dahurica）和阿尔泰狗娃花（Heteropappus altaicus）等19。1.2试验设计本试验在额尔古纳站氮磷添加控制实验平台开展，试验处理分别为对照（CK）、加氮（硝酸铵，NH4NO3，10 g45Vol.32，No.2ACTA PRATACULTURAE SINICA（2023）N m-2yr-1）、加磷（磷酸二氢钾，KH2PO4，10 g P m-2yr-1）、氮磷共同添加（10 g N m-2yr-1、10 g P m-2yr-1），每个处理 5次重复，一共 20个样方。从 2014年开始，在每年 5月下旬植物返青时进行施肥，氮、磷肥料均