氮添加对退化草原优势植物多根葱(Allium polyrhizum)生物量的影响

王瑀璠 袁子健 黄富权 赵杨 宋彦涛

摘要：指出了氮素是植物个体生长最常见的限制因子之一，氮限制植物生长更甚于其他营养元素。大气氮沉降增加作为全球变化的重要现象，对草地生态系统及各种植物的生产力可产生重要的影响。采用盆栽法，以退化克氏针茅草原优势植物多根葱为研究对象，设置0、2、5、10、20、50 gN/m26个氮添加水平进行了实验，分析了不同施氮梯度对多根葱生物量的影响。结果表明：多根葱的地上、地下生物量、枯落物量以及总生物量随着氮浓度的增加显著升高，证实了氮添加能显著影响植物的生长，适量氮添加可以提升植物的生产力。

关键词：多根葱;氮沉降;生产力;根冠比

中图分类号：S812

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）8-0010-03

1 引言

自工业革命以来由于化石燃料的燃烧、施肥和其他工业活动向大气中排放大量氮氧化物，导致全球氮沉降量急剧增加[1]。关于氮沉降对植物影响已有大量的研究，包括植物的生理生态响应、形态变化和生物量分配格局等诸多方而。一般情况下，氮适量增加可促进植物的生长，但是过量则会产生负面作用，反而抑制植物的生长。然而，氮素对植物生长的影响因氮含量、植物种类和生长条件等诸多因素的差异而不同[2]。虽然目前针对氮素添加对生物量的影响已有相关研究，但研究结果仍存在较大争议。普遍认为氮添加对生物量的影响主要有显著增加、无影响和显著降低三种情况[3]。

多根葱（ Allium polyrhizum）大量分布在荒漠化草原地带，是百合科葱属多年生草本植物，也是典型的旱生植物，鳞茎外围包着一层很厚的枯死鳞茎皮，于地表处形成保护层，具有防旱和防热，减少鳞茎根系曝晒和蒸发水分的作用[4]。其超强的抗旱能力使其成为退化草原的优势植物之一，本实验选择以多根葱为研究对象，利用人工模拟添加氮素的盆栽实验法，测量多根葱牛物量在不同施氮梯度下的变化趋势，探讨了不同浓度的氮添加对植物生产力的影响，为研究氮素对植物生产力的影响提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 实验设计与测量

多根葱种子采自内蒙古呼伦贝尔克氏针茅草原。实验采用随机区组设计，设置了6个施氮梯度：O、2、5、10、20、5O gN/m2，6次重复，共36盆。实验前先进行育苗，2017年6月初将相似大小的多根葱幼苗移栽入规格相同的花盆，每盆一株。每盆土2.5 kg;土面直径21cm，土高11.5 cm。土壤为土与沙5：1混合土。7月中旬开始进行氮（尿素）添加处理，采用湿法分两次施入，间隔半个月，9月初测量地上生物量、地下生物量、地枯落量。

2.2 数据统计

用Excel2010和SPSS19.O对不同氮添加梯度下多根葱的地上生物量、地下生物量、枯落物量、总生物量和根冠比进行统计分析。

3 结果分析

3.1 不同氮添加梯度对多根葱地上生物量的影响

施氮量为2、5、10 g/m2时，多根葱的地上生物量较没有施氮处理时差异并不湿著，其中2 g/m2和5 g/m2施氮处理间与未施氮时相比，多根葱地卜生物量略有下降，而施氮量为10 g/m2时相比未施氮则略有升高，说明少量的氮添加基本不会影响植物的地卜生物量;当施氮量为20和50 g/ml时，多根葱的地上生物量较没有施氮处理时有明显升高，当施氮量为50 g/m2时，相比于不施氮和施氮为10 g/m2的地上生物量分别增加了47.7%和68.5%。从图1可以看出，地卜生物量与氮梯度整体呈上升趋势，即总的趋势是地上生物量随着氮浓度的增高而增高的。

3.2 不同氮添加梯度对多根葱地下生物量的影响

施氮量为5 g/m2时与未进行施氮处理的多根葱地下生物量相比有较明显增加，而2、10、20 g/m2施氮处理间，多根葱地下生物量较未施氮时相比无明显差异。施氮为50 g/m2的多根葱地下生物量比未施氮时增加了近38%。从图2可以看出，地下生物量与氮梯度整体也呈上升趋势，说明地下生物量也随适量氮添加的增加而增加。

3.3 不同氮添加梯度对多根葱地枯落量的影响

施氮量为2、5、10、20、50g/m2的多根葱枯落物量相比未施氮时都有升高，但是程度不同。当施氮量為2、5、10g/m2时，枯落物量上升明显，均增加了40%左右;而20g/m2和50g/m2的施氮处理间与未施氮相比虽有升高，但与少量施氮处理相比则略有下降，均增加了25%左右（图3），说明氮添加可提升植物枯落物量，并且少量施氮枯落物量提升更为明显。

3.4 不同氮添加梯度对多根葱总生物量的影响

施氮量为5g/m2时与未进行施氮处理的多根葱总生物量相比有较明显增加，而2、10g/m2施氮处理间，总生物量较未施氮时相比无明显差异。施氮为20、50g/m2的总生物量比未施氮时分别增加了0.996g、1.829g.相比于对照增加了18.9%和29.9%，因此氮浓度为50g/m2更适合植物的生长。从图4可以看出.总生物量与氮梯度整体呈上升趋势，说明总生物量也随适量氮添加的增加而增加。

4 讨论

土壤氮素是限制植物生长的主要环境冈子之一，直接影响植物的生长发育和生物量积累[2]。本研究的多根葱在不同的施氮梯度下其生物量有不同的变化。施氮促进了多根葱地上、地下生物量以及总生物量（前两者之和）的增加，虽少量施氮提升不显著，但整体均呈线性增长，而不同程度的氮添加都可以促进多根葱桔落物量的积累，但少量施氮提升效果更为显著，证实了氮添加能显著影响植物的整株性状[5]，进而增强植物的生产力，这与祁瑜等[6]、杨浩等[7]的研究结果一致。一般认为“在一定范围内，植物的根生物量比和根冠比通常随供氮水平的增加而降低”[8]。与大多数植物一样，本试验中少量氮添加可提升多根葱根冠比，但更高的氮则会降低其根冠比。在实验中，植物个体间存在差异，其对施氮处理响应的差异的原因是复杂的，与物种氮利用效率、植株生长的微环境等相关，这些都会影响实验结果，有待于今后做进一步研究。生产中应根究其不同植物对氮素的需求特点进行相应的施肥管理，以提高不同植物的生产力。

5 结语

草地作为一种可再生的自然资源，对社会经济可持续发展具有十分重要的意义。但由于人为的不合理利用，目前我国荒漠草地面积正在不断减少，草地退化及沙化不断扩展。因此，施肥是恢复和提高土壤肥力，控制草地植物群落变化的有效手段[9]。有研究显示，氮添加对草地植物多样性和生产力有一定的影响，植物的物种丰富度、多样性以及生物量等都会随着氮梯度而改变，氮含量的增加，在短时间内可以积累更多的生物量同时提高生态系统的生产力口[10]。而以退化草原的优势植物多根葱为研究对象得出的结果显示：经不同程度的人工氮添加的处理后，多根葱的生物量呈明显增长趋势，在50g/m2时达到最大值。由此认为，长期的天然氮沉降与人为氮添加将影响草原植物生产力。

参考文献：

[1]Gruber N，Galloway JN. An carth- systcm pcrspcctive of theglobalnitrogcn cycle [J]. Nature， 2008，451 （7176）：293～296

[2]王满莲，文香英，韦霄，等.施氮对三个南方珍稀树种幼苗生长和生物量分配的影响[J].广西植物，2017，37（1）：127-133.

[3]薄正熙，游成铭，胡中民，等，氮索与水分添加对内蒙古温带典型草原生物量的影响[J].应用与环境生物学报，2017，23 （4）;608～664.

[4]包秀霞，包秀平，廉勇.干旱胁迫对内蒙古草原多根葱生理生化指标的影响[J].华北农学报，2017，32（1）：233～238.

[5]乌仁其其格，辛晓平，阎瑞瑞，等，氮肥对羊草重度退化草地植物群落的影响[J].湖北农业科学，2015，54（2）：301～303.

[6]祁瑜，黄永梅，王艳，等，施氮对几种草地植物生物量及其分配的影响[J].生态学报，2011，31（18）：5121～5129.

[7]杨浩，罗亚晨，糙隐子草功能性状对氮添加和干旱的响应[J].植物生态学报，2015，39（1）：32～42.

[8]Fluckiger W，Braun S. Nitrogen deposition in Swiss forests and its-possible relevance for leaf nutrient status，parasitcattacks and soilacidification [J]. Environmental pollution，1998，102（1）： 69～76.

[9]郭永盛，陸嘉惠，张际昭，等.施氮肥对新疆荒漠草原生产力及植物多样性的影响[J].石河子大学学报（自然科学版），2011，29（5）：536～541.

[10]何丹，李向林，何峰，等，施氮对退化天然草地主要物种地上生物量和重要值的影响[J].中国草地学报，2009，31（5）：42～46.