不同放牧强度下水分和氮素添加对荒漠草原土壤氮矿化过程的调控机制

Nitrogen mineralization is the key link in ecosystem nitrogen cycling, also the ecological research hotspot in two decades. The aridification caused by global changes has become in the rise and nitrogen deposition increasing by years, profoundly influencing the ecosystem function including nitrogen mineralization. Desert steppe is the leading ecosystem-type in Inner Mongolia, the response of nitrogen mineralization on moisture variation and nitrogen deposition had received attention, however, it has no focus that the response is enslaved to grazing which is primary land use pattern in desert steppe. So the research regards desert steppe ecosystem as object to explore the effects of grazing, precipitation change and nitrogen deposition on soil nitrogen mineralization. The study has important theoretical significance to profoundly reveal ecological efficiency mechanism and ecosystem adaptive mechanism of global change. Meanwhile, it has important directive significance to predict desert steppe variation caused by global changes and grazing, sustainably manage desert steppe, and govern desert steppe ecosystem restoration.

氮素矿化是生态系统氮循环过程中的关键环节，是最近二十年生态学的研究热点。全球变化引发的干旱化日趋严重，氮沉降逐年增加，深刻影响包括氮矿化在内的生态系统基本功能。荒漠草原作为内蒙古最主要的生态系统类型，其氮矿化过程对水分变化和氮沉降的响应已受到关注，但这种响应如何受制于放牧这一荒漠草原首要的利用方式尚无人关注。因此，本项目以荒漠草原生态系统为对象，利用人为模拟控制实验方式，系统开展放牧、降水变化和氮沉降及其交互作用对荒漠草原生态系统氮矿化过程的影响研究，对于深刻揭示全球变化的生态效应机理和生态系统的适应机制具有重要的理论意义，同时对于荒漠草原在全球变化和放牧干扰条件下的情景预测，以及荒漠草原的可持续管理和退化荒漠草原生态系统的恢复治理都具有重要的指导意义。

本研究以内蒙古荒漠草原为研究对象，通过采用水分添加、氮素添加以及二者互作处理，测定生态系统的结构与功能的部分指标，包括植被结构与组成、土壤理化性质及土壤氮矿化过程等，探讨不同放牧强度下水分和氮素添加以及三者交互对植被组成和土壤氮矿化过程的影响，为退化草地的恢复提供技术指导和理论支撑。.试验区设置在内蒙古农牧业科学院综合试验示范中心的长期放牧控制试验平台，试验区采用随机区组设计，共设3个区组，每个区组内设1个无牧区和3个放牧强度，分别表示对照（CK）、轻度放牧（LG）、中度放牧（MG）和重度放牧（HG），区组作为重复，共计12个试验区。在每个试验区设置一个处理围栏，每个处理围栏内设置4个处理小区 ，分别为对照（C）、加氮（N）、加水（W）和氮+水（NW）。 .主要研究结果：.（1）氮素添加显著增加了土壤无机氮含量和土壤累积氮矿化量，有效地促进了土壤氮矿化作用，在生长季初期各处理均发生了土壤氮固持作用；水分添加在非生长季和生长季盛期，显著促进了土壤氮矿化过程；放牧强度在返青期和生长季初期对土壤无机氮含量、累积氮矿化量和净氮矿化速率均有显著影响；氮水耦合作用在非生长季和生长季盛期对土壤无机氮库有显著影响；水分、氮素和放牧强度三者的交互作用除非生长季外，其他季节均显著影响着土壤无机氮含量、累积氮矿化量和净氮矿化速率。.（2）氮水添加对内蒙古荒漠草原植被特征的影响主要表现在水分添加的效果上，水分添加对荒漠草原植物特征的影响较大，可以提高群落地上和地下生物量、增加群落高度、盖度和密度，与氮素添加处理相比，群落Margalef丰富度指数、Shannon-Weiner指数、Pielou均匀度指数、Simpson指数均有增加的趋势，氮水共同添加的效果最佳，但各处理间的差异显著性因放牧背景和年份不同而表现各异。.（3）氮水添加可以增加BNPP，放牧强度、加水和加氮对总BNPP均有显著影响，这主要是由于土壤浅层BNPP（0-10cm和10-20cm）的变化引起的，它们的交互作用对BNPP无显著影响。