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水分和氮素添加对油蒿灌木林地氮储量及氮素损失的影响

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水分和氮素添加对油蒿灌木林地氮储量及氮素损失的影响

作者：白凤北京林业大学

学位级别：硕士

在全球变化和人类活动的双重影响下,中国北方干旱、半干旱区的降水和大气氮沉降未来可能呈现不断增加的趋势,可能会对该类地区荒漠生态系统产生一系列的影响。然而,关于荒漠生态系统对降水和氮沉降增加的响应机制,目前研究非常薄弱,降... 详细信息

在全球变化和人类活动的双重影响下,中国北方干旱、半干旱区的降水和大气氮沉降未来可能呈现不断增加的趋势,可能会对该类地区荒漠生态系统产生一系列的影响。然而,关于荒漠生态系统对降水和氮沉降增加的响应机制,目前研究非常薄弱,降水和氮沉降对荒漠生态系统氮储量和氮素去向的影响效应并不清楚。本研究以毛乌素沙地油蒿（Artemisia ordosica）灌木林地为研究对象,进行了为期7年（2015-2021年）的水分和氮素添加控制实验,以水分（自然降水、增水20%、增水40%）、氮素(0、10、60 kg N hayr)为处理因素,采用双因子交互处理的随机区组设计,分析水分和氮素添加及其交互作用对油蒿灌木林地氮储量和氮素损失的影响。主要研究结果及结论如下:（1）水分和氮素添加显著改变了油蒿灌木林地植物、凋落物和生物土壤结皮的氮储量,水氮交互作用对各组分氮储量均无显著影响。具体而言,水分添加处理下,植物氮储量增加了92.93%,生物土壤结皮氮储量降低了35.49%,凋落物和土壤氮储量无显著变化;氮素添加处理下,凋落物氮储量增加150.83%,生物土壤结皮氮储量降低了43.15%,植物和土壤氮储量无显著变化。（2）水分和氮素添加及其交互作用对油蒿灌木林地总氮储量的影响十分有限,但水分和氮素添加显著改变了植物、凋落物和生物土壤结皮对总氮储量的贡献率。水分添加处理下,植物氮储量的贡献率增加了81.49%,生物土壤结皮氮储量的贡献率降低了31.89%;氮素添加处理下,凋落物氮储量的贡献率增加了124.23%,生物土壤结皮氮储量的贡献率降低了49.54%。当氮素添加水平为60 kg N hayr时,油蒿灌木林地氮素损失量占氮素总添加量的44.06%。（3）水分添加降低了土壤氨挥发损失量（23.80%）,氮素添加则显著促进了土壤氨挥发（78.48%）和土壤硝态氮淋溶（81.36%）,水氮交互作用对土壤氨挥发和土壤硝态氮淋溶均无显著影响。相较于硝态氮淋溶,油蒿灌木林地的氮素更多以氨挥发的途径损失。研究结果表明,水分和氮素添加对油蒿灌木林地总氮储量无显著影响,外源增加的氮素存留量较低、损失率相对较高,氮素主要以氨挥发的途径流失,土壤淋溶量相对较少。总体而言,该生态系统仍处于氮素限制的状态,水分和氮素添加处理需要更长时间的累积才能发挥显著效应。在未来可能的全球变化背景下,水分和氮素添加可能会通过影响氮素在油蒿灌木林地各组分间的分配转化,进而驱动油蒿灌木林地的组分结构发生变化。上述结果有助于预测我国荒漠生态系统对全球变化的响应,也可为荒漠生态系统氮循环及土壤肥力调控提供新的认识。

关键词：水分添加氮素添加油蒿灌木林地氮储量氨挥发土壤氮淋溶

氮素与水分添加对内蒙古温带典型草原生物量的影响

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应用与环境生物学报 2017年第4期23卷 658-664页

作者：薄正熙游成铭胡中民郭群何利元杜勇明李胜功干友民四川农业大学动物科技学院成都611731 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统观测与模拟重点实验室北京100101 四川农业大学生态林业研究所成都611731

为了解大气氮沉降和降水格局改变对草原生物量的影响,在内蒙古温带典型草原开展氮、水添加控制试验.试验设置对照(CK),氮素添加(10 g m^(-2) a^(-1)),水分添加(60 mm m^(-2) a^(-1)),氮、水同时添加(N 10 g m^(-2) a^(-1)+水60 mm m^(-2... 详细信息

为了解大气氮沉降和降水格局改变对草原生物量的影响,在内蒙古温带典型草原开展氮、水添加控制试验.试验设置对照(CK),氮素添加(10 g m^(-2) a^(-1)),水分添加(60 mm m^(-2) a^(-1)),氮、水同时添加(N 10 g m^(-2) a^(-1)+水60 mm m^(-2) a^(-1))4种处理.经过两年试验处理,结果显示:(1)较对照处理,氮添加处理下总生物量(403.03 g/m^2)、地上生物量(279.97 g/m^2)、地下生物量(123.07 g/m^2)和禾类草地上生物量(165.35 g/m^2)均显著增加,而杂类草地上生物量变化不显著.(2)水添加较对照显著增加了地上生物量(200.93 g/m^2)、杂类草地上生物量(177.82 g/m^2),但显著降低了地下生物量(-110.39 g/m^2),而总生物量与禾类草地上生物量变化不显著.(3)氮添加处理下,水添加显著增加了地下生物量与禾类草地上生物量,但对总生物量、地上生物量、杂类草地上生物量没有显著影响.进一步分析显示,在不添加水分条件下,氮添加较对照显著增加禾类草地上生物量(107.15 g/m^2)与地下生物量(5.43 g/m^2);而在水分添加条件下,氮添加较对照分别增加58.2 g/m^2和117.64 g/m^2.本研究结果表明,禾类草地上生物量与其氮含量呈正相关关系,杂类草地上生物量与土壤含水量呈正相关关系,这可能是氮素添加提高禾类草地上生物量和水分添加提高杂类草地上生物量的重要机制之一;在内蒙古干旱半干旱地区仅氮素添加(10 g m^(-2) a^(-1))的措施可显著增加禾类草的地上生物量,有利饲草产量的增加,如需增加菊科、豆科等其他杂草的生物量,可考虑水分的补给.

关键词：氮素添加水分添加温带草原功能群生物量地下生物量地上生物量总生物量

氮素和水分添加对贝加尔针茅草原植物多样性及生物量的影响

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生态学报 2015年第19期35卷 6460-6469页

作者：李文娇刘红梅赵建宁修伟明张贵龙皇甫超河杨殿林沈阳农业大学园艺学院沈阳110866 农业部环境保护科研监测所天津300191 农业部产地环境质量重点实验室天津300191

为了解草原植物群落物种多样性和植物地上生物量对氮沉降增加和降水变化的响应,在内蒙古贝加尔针茅(Stipa baicalensis)草原,分别设置对照(N0)、1.5 g/m2(N15)、3.0 g/m2(N30)、5.0 g/m2(N50)、10.0 g/m2(N100)、15.0 g/m2(N150)、20.0g/m2(N200)和30.0 g/m2(N300)(不包括大气沉降的氮量)8个氮素(NH4NO3)添加梯度和模拟夏季增加降水100mm的水分添加交互试验,研究氮素和水分添加对草原群落植物物种多样性和几种常见植物地上生物量的影响。结果表明:(1)氮素和水分的添加降低了草原群落植物物种多样性,且氮素和水分有显著的互作效应。在水分添加的条件下,随着施氮水平的增加,群落植物物种多样性减小;在无水分添加的条件下,随着施氮水平的增加,群落植物物种多样性呈先增加后减小的"单峰"变化趋势。(2)不同植物对氮素和水分添加的响应不同,随着施氮水平的增加,羊草地上生物量显著增加;贝加尔针茅、羽茅、糙隐子草、寸草苔和冷蒿先增加后减少,呈单峰曲线;星毛委陵菜、牧马豆、扁蓄豆和线叶菊地上生物量则逐渐减少。而且氮素和水分对贝加尔针茅、羽茅、扁蓄豆地上生物量有显著的交互作用。

关键词：氮素添加水分添加植物多样性地上生物量贝加尔针茅草原

氮素和水分添加对荒漠草原短花针茅氮磷特征的影响

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草业学报 2016年第3期25卷 251-256页

作者：白春利刘永志王明玖单玉梅哈斯呼内蒙古农业大学生态环境学院内蒙古呼和浩特010019 内蒙古自治区农牧业科学院内蒙古呼和浩特010031

植物氮(N)、磷(P)含量特征为研究植物的养分利用状况提供了重要的手段。为判断草地生态系统植被限制性元素及对环境的适应策略,在短花针茅荒漠草原的自由放牧区进行了N和水分添加试验,研究在N和水分添加条件下优势植物短花针茅叶的N、P... 详细信息

植物氮(N)、磷(P)含量特征为研究植物的养分利用状况提供了重要的手段。为判断草地生态系统植被限制性元素及对环境的适应策略,在短花针茅荒漠草原的自由放牧区进行了N和水分添加试验,研究在N和水分添加条件下优势植物短花针茅叶的N、P含量及其化学计量特征。通过对N添加、水添加和N水同时添加3个处理的测定表明,短花针茅通过提高叶N含量来增强对贫瘠生境的适应能力。N和水分是影响短花针茅N吸收的限制因子。短花针茅叶N、P含量及N∶P对N添加和水添加的响应在成熟期较枯萎期敏感;N对成熟期叶的N、P含量、N∶P以及枯萎期的N∶P有显著影响,而水分仅对成熟期叶的N、P含量有影响。

关键词：氮素添加水分添加短花针茅氮含量磷含量氮磷比

荒漠生境下柠条幼苗存活与生长对水分添加和沙埋的响应

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生态学杂志 2018年第5期37卷 1382-1390页

作者：罗永红闫兴富孙毅张金峰国家民委生态系统模型及应用重点实验室北方民族大学生物科学与工程学院银川750021

为了解柠条幼苗生长与存活对荒漠生境下沙埋和水分添加的响应,在宁夏灵武白芨滩国家级自然保护区南部荒漠灌丛群落,通过水分添加和持续沙埋处理,研究了柠条幼苗的存活与生长对水分添加和沙埋的响应。结果表明:水分添加有利于柠条幼苗的... 详细信息

为了解柠条幼苗生长与存活对荒漠生境下沙埋和水分添加的响应,在宁夏灵武白芨滩国家级自然保护区南部荒漠灌丛群落,通过水分添加和持续沙埋处理,研究了柠条幼苗的存活与生长对水分添加和沙埋的响应。结果表明:水分添加有利于柠条幼苗的存活与生长,幼苗最终留存率显著提高(P水分添加条件下的最终留存率显著低于无沙埋幼苗(P水分添加条件下显著减小(P水分添加间均差异不显著。

关键词：柠条水分添加持续沙埋幼苗存活幼苗生长形态学可塑性

滇南喀斯特地区不同季节土壤和灌木叶片化学计量特征及对水分添加的响应

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植物生态学报 2020年第1期44卷 56-69页

作者：敬洪霞孙宁骁 Muhammad UMAIR 刘春江杜红梅上海交通大学设计学院上海200240 上海交通大学农业与生物学院上海200240

干旱是影响南方喀斯特地区植物生长的重要限制因子,气候变化会影响该地区的降水量和分布格局。研究该地区土壤和植物化学计量特征及其水分响应格局,具有重要意义。自2017年4月开始,在云南建水喀斯特植物群落进行加水试验,2018年4月(旱季... 详细信息

干旱是影响南方喀斯特地区植物生长的重要限制因子,气候变化会影响该地区的降水量和分布格局。研究该地区土壤和植物化学计量特征及其水分响应格局,具有重要意义。自2017年4月开始,在云南建水喀斯特植物群落进行加水试验,2018年4月(旱季)和8月(雨季)分别采集土壤和优势灌木鞍叶羊蹄甲(Bauhinia brachycarpa)和假虎刺(Carissa spinarum)叶片样品,测定碳、氢、氮、磷、硫、钾、钙、镁、铝、钠、铁、锰、锌、铜14种元素含量。结果表明,水分添加影响了表层土壤中碳、氮、钠的含量,相比于旱季,雨季土壤中钠和硫含量明显减少,其余土壤元素在水分添加和季节变化下并未表现出明显差异。土壤水分含量的增加使得鞍叶羊蹄甲和假虎刺叶片中钾含量下降,钙含量上升。在水分条件变化下,两种植物叶元素含量的稳定性与植物中元素的含量有关,含量越接近极大值(基本元素碳、氢、氮等)或极小值(微量元素铜、锌等)的元素其变异系数越小(越稳定),两种植物中含量接近于1 mg·g-1的元素磷、硫、镁的变异系数最高。在土壤水分条件变化下,假虎刺中碳、氮、磷等大量元素含量的稳定性显著高于鞍叶羊蹄甲。降水变化和水分添加导致的土壤水分变化,对滇南喀斯特地区土壤和植物中不同元素含量的影响不同,这些结果将为该地区的土壤、植被修复和管理提供科学参考。

关键词：喀斯特地貌水分添加化学计量学叶片灌木土壤

水分和养分添加对内蒙古荒漠草原沙生针茅生长与生理特性及其敏感性的影响

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干旱区研究 2021年第2期38卷 487-493页

作者：胡亚郭新新岳平李香云赵生龙郭爱霞左小安中国科学院西北生态环境资源研究院乌拉特荒漠草原研究站甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 中国科学院西北生态环境资源研究院奈曼沙漠化研究站甘肃兰州730000

为了探究荒漠草原优势植物对水分和养分输入的响应特征和适应规律,通过设置2个水分水平(自然降雨、水分添加)和3个养分水平(无养分添加、N添加、NPK添加),共6个处理,研究水分与养分添加对荒漠草原优势植物沙生针茅(Stipa glareosa)生长... 详细信息

为了探究荒漠草原优势植物对水分和养分输入的响应特征和适应规律,通过设置2个水分水平(自然降雨、水分添加)和3个养分水平(无养分添加、N添加、NPK添加),共6个处理,研究水分与养分添加对荒漠草原优势植物沙生针茅(Stipa glareosa)生长、生理及其敏感性的影响。双因素方差分析结果表明:水分主效应、养分主效应及水分和养分的交互作用对沙生针茅的生长生理特性具有显著影响(P水分添加显著增加了沙生针茅的叶片鲜重、干重、株高和相对电导率,降低了SOD酶活性;养分添加增加沙生针茅的叶面积,N添加增加了丙二醛含量,NPK添加降低了叶绿素a/b(Ca/Cb)和SOD酶活性;水分和养分的交互作用对叶面积、叶片厚度、叶绿素a(Ca)、脯氨酸、蛋白质含量和SOD酶活性具有显著影响。敏感性分析表明,叶面积和Ca含量对同时添加水分和NPK处理较为敏感,而Ca/Cb对水分添加处理更为敏感。综上所述,沙生针茅可以通过改变特定的生长生理特性适应水分和养分的变化,这对于揭示荒漠草原植物对全球变化的响应机制具有重要意义。

关键词：养分添加水分添加氮素敏感性荒漠草原

养分与水分添加对荒漠草地植物钠猪毛菜功能性状的影响

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植物生态学报 2014年第2期38卷 134-146页

作者：赵新风徐海量张鹏张青青中国科学院新疆生态与地理研究所乌鲁木齐830011 新疆生态与地理研究所阿克苏水平衡试验站新疆阿拉尔843300 新疆农业大学草业与环境科学学院乌鲁木齐830052

分析水分与养分添加对植物功能性状的影响,对揭示植物对环境变化的响应和适应规律至关重要。该文通过施氮与增水(包括增雨、增雪)共6种处理(对照(N0W0)、雨添加(N0W1)、雪添加(N0W2)、氮添加(N1W0)、氮雨添加(N1W1)、氮雪添加(N1W2)),... 详细信息

分析水分与养分添加对植物功能性状的影响,对揭示植物对环境变化的响应和适应规律至关重要。该文通过施氮与增水(包括增雨、增雪)共6种处理(对照(N0W0)、雨添加(N0W1)、雪添加(N0W2)、氮添加(N1W0)、氮雨添加(N1W1)、氮雪添加(N1W2)),对荒漠草地进行氮肥添加、水分添加的实验。实验持续了3年,第4年以荒漠草地建群种植物钠猪毛菜(Salsola nitraria)植物功能性状为研究对象,量化分析了钠猪毛菜10种植物功能性状对氮素和水分添加的不同响应。得出以下结论:(1)双因素方差分析结果表明,施氮、增水的交互作用对钠猪毛菜的茎鲜质量、叶鲜质量、叶面积、比叶面积、叶饱和含水量、叶干物质含量存在显著影响(p<0.05),而施氮主效应对钠猪毛菜各植物功能性状指标不存在显著影响、增水主效应对钠猪毛菜各植物功能性状指标不存在显著影响。(2)在钠猪毛菜10种植物功能性状指标中,株高、茎鲜质量、茎干质量、叶饱和鲜质量、叶干质量、叶面积、比叶面积的最大值均出现于N1W2处理中(p<0.05),其次为N0W0处理。叶饱和含水量的最大值出现于N0W0中,其次为N1W2处理中。N1W0处理显著降低了叶饱和含水量(p<0.05);叶干物质含量值在各处理下均高于N0W0,其中N0W1处理的叶干物质含量显著高于N0W0(p<0.05)。(3)各处理下,叶干物质含量与比叶面积为负相关关系。在准噶尔荒漠草地,钠猪毛菜植物功能性状在不同处理下的不同表现是适应环境变化的结果。

关键词：荒漠草地氮添加植物功能性状水分添加

氮素和水分添加对短花针茅荒漠草原植物群落特征的影响

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中国草地学报 2013年第2期35卷 69-75页

作者：白春利阿拉塔陈海军单玉梅额尔敦花王明玖内蒙古农业大学生态环境学院内蒙古呼和浩特010019 内蒙古自治区农牧业科学院内蒙古呼和浩特010031 中国农业科学院草原研究所内蒙古呼和浩特010010

为研究氮素和水分添加对草原群落结构的影响,于2011年5月初在短花针茅荒漠草原的自由放牧区和禁牧围封区进行了添加氮素、添加水分、添加氮素和水分三种处理,并于当年6月、8月、10月分别在各处理区对植物群落的盖度、高度、株丛数、植... 详细信息

为研究氮素和水分添加对草原群落结构的影响,于2011年5月初在短花针茅荒漠草原的自由放牧区和禁牧围封区进行了添加氮素、添加水分、添加氮素和水分三种处理,并于当年6月、8月、10月分别在各处理区对植物群落的盖度、高度、株丛数、植物地上生物量进行了调查。结果表明,添加氮素对群落特征、群落α多样性和群落地上生物量产生了一定的影响;添加水分显著增加了群落的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数(P添加水分和氮素对短花针茅群落的重要值影响较大,有利于降低群落的生态优势度,在植物生长旺盛期显著增加了自由放牧区群落地上生物量(P水分有互作效应,各处理对群落特征的影响有赖于时间的积累,对土壤养分含量较低的自由放牧区产生影响所需时间较禁牧围封区短。

关键词：短花针茅氮素添加水分添加荒漠草原群落特征