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

2018-01-30 08:57王瑀璠袁子健黄富权赵杨宋彦涛
绿色科技 2018年8期
关键词:生产力

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.

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