内蒙古典型草原净初级生产力对水氮资源有效性的响应机理

半干旱典型草原生态系统中，大部分光合作用产物分配到地下部，根系生物量比当季地上部生物量高2-5倍，甚至高达10倍以上。根系及其凋落物在草原生态系统的稳定性及可塑性方面发挥了核心作用。植物对地上资源减少的响应，是将更多的光合产物储存到茎叶；而对地下资源减少的响应，则是将光合产物储存到根系。因此，研究水氮资源对净初级产物向地下部的分配和物种组成的影响，对于揭示过度放牧导致草原土壤和植物退化的机理、提出植被恢复的可能途径均十分有益。少量施用氮肥（尤其在丰水年）可以大幅度地提高草地生产力和水分利用效率，但这一措施对物种组成、光合产物在地上部和地下部的分配以及系统稳定性的影响具有一定程度的不确定性。主要研究内容：① 地上/地下部净光合生产率和植物种群组成对水氮资源投入的响应机理；② 有机物料矿化速率和土壤养分动态与光合产物数量和分配的关系；③ 主要物种根系形态和分布对水分和氮素的响应。

过度放牧造成内蒙古典型草原生态系统氮素输出远远大于输入，少量施用氮肥可能成为退化草原恢复的潜在有效措施之一。水分是内蒙古典型草原重要限制因子，施用少量氮肥是否有效，在一定程度上取决于降水数量和分布。因此，研究不同放牧强度下，水分和氮素及其交互作用对净初级生产力和物种组成的影响，对于揭示过度放牧导致草原植物和土壤退化的机理和提出植被恢复的可能途径均十分有益。经过三年的研究获得以下主要结果：（1）、水分是内蒙古典型草原地上部净初级生产力的首要限制因子，随降雨量增加，水分有效性提高，限制因子由水分向氮素转移；群落物种组成影响群落初级生产力对水氮资源投入的响应。（2）、中度放牧样地，水氮投入使多年生根茎禾草的生物量显著增加，过度放牧样地水氮投入主要使多年生根茎禾草和丛生禾草生物量显著增加。（3）、放牧强度将影响植物根系在土壤剖面中的分布，过度放牧造成地下部生物量的减少大于地上部、植物根系分布较浅，进而加剧植物水分胁迫；降水量的增加会促进初级产物向地下部分配，施用少量氮肥可能会降低初级产物向地下部分配的比例，但总量仍然增加，对系统稳定性的影响取决于根系形态学变化趋势。（4）、通过测定植物稳定性同位素15N和13C自然丰度，间接研究植物根系分布以及对氮素资源的吸收竞争能力，得出糙隐子草和苔草为浅根系植物，猪毛菜和冷蒿为深根系植物，羊草、大针茅、冰草和灰绿藜为T型分布根系，猪毛菜对氮素的竞争吸收能力最强；（5）、植物与土壤之间存在互反馈作用，当植物生长在不灭菌土壤上其生长受到抑制，如果将土壤灭菌，这种抑制作用将会减弱，生物量增加，表明土壤中的微生物对植物的生长存在负反馈作用。