氮肥對草地的影響
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【摘 要】氮肥可以有效地提高草地生產力，然而長期以來的研究并沒有明確的氮肥添加對草地結構和功能的影響，本文對施用氮肥后草地生產力、物種多樣性、草地群落結構和牧草品質等幾方面進行總結。研究得出，氮肥短時間內可以提高草地生產力改善牧草品質，但是破壞了草地群落結構降低了草地物種多樣性，多數研究認為氮肥不利于草地的健康發展。
【關鍵詞】草地;氮肥;生物多樣性
中圖分類號： S688.4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）15-0222-003
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.15.108
Effect of N Fertilizer on Grassland
XIAO Tian-hao
?。˙eijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China）
【Abstract】Apply N fertilizer on grassland can raise the grass production.The impact of N adding on productivity and species diversity of grassland was summarized in this paper.The result is that N fertilizer in grassland would increase the productivity， but N fertilizer can cause damage to the grassland ecological system.
【Key words】Grassland;N fertilizer;Biodiversity
0 前言
氮素是關系到植物的生長與繁殖的重要元素，關系到草地物質與能量循環，影響草地生產力與草地生態系統的組成與功能，人類通過施肥影響草地氮素循環，維持草地地上生產力和補給土壤有效氮。
氮肥的使用氮素利用能力強的草地植物具有更強的競爭能力，影響著草地多樣性，不利于草地生態系統的健康。人們為此做了大量長期的研究，這些研究表明，氮肥的使用導致草地中部分物種急劇的減少，甚至有滅亡的風險。
1 氮肥對草地生產力的影響
氮素添加能夠明顯的提高草地群落的生產力，天然草地氮素的來源少，因此氮素添加能顯著地改變草地生產力[1]。位于黃土高原的研究表明，氮素添加增加了長芒草和百里香群落的生物量;青藏高原的研究同樣表明施肥可以提高垂穗披堿草的地上生物量，而且草產量與氮素添加量呈現正相關關系[2]。由此可見，使用氮素影響物種間有效資源的競爭關系，可以提高草地生產力水平。
植物對氮素添加的響應存在種間差異，高寒矮嵩草草甸各個植物類群和植物種的綜合優勢比和地上生產力對氮素添加響應的研究發現，禾草類對氮素添加的響應最大、雜草類次之、莎草類最小[3];內蒙古連續兩年的施肥試驗顯示，尿素的施用量與草地群落生產力呈正相關關系，但當氮素添加量超過50kg/ha時，雜類草對產量貢獻最大，而禾本科等優質的牧草產量降低[4]。因此，在研究中應該注意尋找優質牧草達到最大增產量時的閾值，這樣有利于草地向良性方向發展。
各草地類型都有不同的限制性資源，這些限制性資源與土壤氮對草地初級生產力存在著交互作用，而不同的草地類型在各種資源上的差異性導致了氮肥的響應存在著差異。由于草甸草原無水分限制因素，草種以禾本科牧草為主，導致土壤有效氮成為這類草地的限制性資源，通過氮素添加可以顯著的提高生產力[5]。典型草原植物生長主要的限制因子是水分，只有在濕潤的年份，氮添加可以有效地提高草地生產力[6]?；哪菰牡厣仙a力對氮素添加的響應同樣與水分條件存在著明顯的關系，地上生產力甚至會隨著氮素添加量的增加而下降[7]。溫度的高低直接影響植物的光合作用，從而影響植物的生長發育，溫度是高寒草甸植物生存的主要限制因子，增溫處理延長了植物的生長時間的同時也增加了植物對氮素的利用時間，氮素添加和增溫共同作用可以提高高寒草甸群落地上生產力。
2 氮肥對草地植被生物量分配的影響
植物在不同的環境中物質和能量的分配格局能夠體現植物生長過程對環境的響應對策和資源分配策略。生物量的分配格局導致物種間的競爭和共存的改變，影響群落生態功能與演替方向。氮作為植物生長所必需的元素，在植物的生長、發育、繁殖和遺傳過程中有著重要的作用。
不同植物器官對氮素添加的響應也有差異。碳水化合物和氮之間的平衡對地上地下生物量的分配幅度起著重要的作用。地上部分首先獲得碳水化合物等光合產物，根部首先獲得礦質元素和水分：當植物的光合作用受到影響時，碳水化合物等有機物的供應就會減少，地上部分將會占有比地下部分更大比例的同化產物，從而降低植株根冠比;然而當礦質元素或者水分的供應減少時，地上部分的生長受到限制，根系快速的生長，根冠比增加。同時也有研究發現，當土壤肥力增加時，地上部分與地下部分相比將產生更多的生物量，根冠比往往降低。
不同物種的生物量分配策略對氮素添加的響應存在一定的差異，不同生活類型及生活史的植物生物量對氮素添加的響應也有一定的差異。逆境環境中的一年生旱生植物，通常分配有限的可利用資源給地上部分，用于競爭光資源并進行植物的生殖生長，通過快速形成種子等形態回避不良的生境，而多年生植物則分配給地下部分。土壤養分缺乏的環境使一年生植物的生殖枝比重隨養分的缺乏程度呈現增加趨勢，而多年生植物則不會對土壤養分的變化做出響應。氮素添加降低了一年生植物的地下生物量比例增加了地上生物量比例，同時也增加草地群落中多年生叢生禾草地上生物量。 3 氮肥對草地群落結構的影響
氮素添加不僅僅可以提高草地的生產力，而且可以影響草地的種群結構和生物多樣性。在前人的群落結構影響的研究中，物種多樣性和密度對氮素添加的響應出現了增加、下降、無影響三種結果，這與試驗選取的施肥樣地處于群落演替的階段或者選取草地的限制類型有關。氮素添加導致土壤中可利用氮含量迅速增加，緩解了氮對植物生長的限制，促進一年生的禾本科植物等物種迅速的生長，遮蔽了其他矮小物種，使其得不到光照等生存所必需的資源而在群落中逐漸的消失，進而造成群落中部分物種的減少甚至消失，所以氮素添加降低了物種多樣性和豐富度。
內蒙古退化草地氮素添加處理后，種群結構和主要牧草種類發生了明顯的變化，群落中的羊草和委陵菜的比例上升而冷蒿的比例下降草地向恢復演替方向發展。高寒草甸地區隨著氮素添加量的增加，禾本科牧草的生物量比例顯著上升，當氮素添加量達到150kg/ha時禾本科牧草比例提高了106%[8];同樣，在其他的研究中還發現氮素添加改變了草本植物高度及蓋度[9]。植物的生物量分配格局與植物的生活史有關系，生活史的差異對氮素添加和改善水分狀況的響應有較大的差異，這一差異是導致群落結構與多樣性發生變化的動力之一;通過分析不同功能群（以生活史為劃分依據）尺度和群落尺度植物生物量分配格局對氮素和水分的響應，發現一年生植物的繁殖生物量比重明顯高于多年生植物，但是，多年生植物的葉片與地上生物量比值顯著高于一年生植物[10];氮素添加和水分處理改變了群落尺度生物量分配格局。在植物生活型功能群中，氮素和水分的添加顯著提高了禾草地上生物量，降低了豆科植物地上生物量;研究不同生態類型植被對氮素和水分添加發現，氮素和水分添加顯著提高了中旱生植物地上生物量，降低了旱生植物和旱中生植物地上生物量[11]。以上結果表明氮肥導致植物群落的初級生產力增加的同時降低了植物群落的物種豐富度。
4 氮肥對牧草產品營養成分的影響
氮素添加降低了牧草中干物質比例，提高適口性，因此可以通過氮素添加提高天然草地的可利用率以及牧草的消化率。但是，氮素對牧草氮含量的研究結論不統一，有部分研究表明氮素添加直接的導致了植物含氮量的增加，也有研究指出，植物含氮量與土壤氮素之間沒有顯著的關系。
5 總結與期望
目前已有大量的實驗進行了草地施用氮肥的研究，但由于人們對氮肥作用于草地的機理并不清楚，加之草地分布廣泛、氣候多變等因素，導致部分影響結果并不確定。根據當前的研究結果，并不能預測施用氮肥后草地的演替方向。今后的研究中，我們應該更加深入的探尋草地對氮添加的響應機理，以便應用研究結果維護我國草地生態系統健康發展。
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