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

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面。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，测量多根葱生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：0、2、5、10、20、50 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21 cm，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SPSS19.0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显著，其中2 g/m2和5 g/m2施氮处理间与未施氮时相比，多根葱地上生物量略有下降，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上生物量；当施氮量为20和50 g/m2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，地上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。

[44]沈讷原为福建按察司佥事，天顺二年（1458年）正月升为副使，仍负责巡视银场。《明英宗实录》（台北1962年影印本）卷二八六。

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。

施氮量为2、5、10、20、50 g/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。当施氮量为2、5、10 g/m2时，枯落物量上升明显，均增加了40%左右；而20 g/m2和50 g/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。

  

图1 不同氮添加梯度对多根葱地上生物量的影响

  

图2 不同氮添加梯度对多根葱地下生物量的影响

3.3 不同氮添加梯度对多根葱地枯落量的影响

从磐安实施的工程情况看，该技术适宜黏土、亚黏土、砾石土、风化岩及弱风化岩等，硬度较大的基岩除效率略低以外也可使用。在铺管材料的选择上可选范围也较大，在弯孔中可铺设柔性管(如PVC、PE管等)、在直孔中除可铺设柔性管道外，也可铺设刚度较大的管材（如钢管、铸铁管等）；铺设管径与长度可根据需要进行选择。磐安县工程地层大多为风化岩或弱风化岩，本次山塘整治铺设管道均采用DN250PE管，铺设长度约40 m～60 m，工程在实施过程中较为顺利。

  

图3 不同氮添加梯度对多根葱地枯落量的影响

3.4 不同氮添加梯度对多根葱总生物量的影响

1.精英赛分为婚纱与艺术、商业儿童和生活纪实三类，婚纱与艺术类包括婚纱摄影、艺术人像、人体摄影、时尚摄影等类别；商业儿童类为商业类的儿童人像；生活纪实类主要为在生活现场拍摄的各类人像摄影作品，此类拒绝电脑创意加工的作品。

施氮量为 5 g/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、10 g/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、50 g/m2的总生物量比未施氮时分别增加了0.996 g、1.829 g，相比于对照增加了18.9%和29.9%，因此氮浓度为50 g/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。

  

图4 不同氮添加梯度对多根葱总生物量的影响

3.5 不同氮添加梯度对多根葱地根冠比的影响

施氮量为2 g/m2和5 g/m2的多根葱枯根冠比相比未施氮时高，相比对照均升高约为19%。当施氮量为10 g/m2时，根冠比升高不明显(图5)；而20 g/m2和50 g/m2的施氮处理间与未施氮时相比略有降低，分别降低了1.216和0.658，说明少量氮添加可提升植物根冠比，而过量氮添加则会使植物根冠比降低。

  

图5 不同氮添加梯度对多根葱地根冠比的影响

4 讨论

土壤氮素是限制植物生长的主要环境因子之一，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枯落物量的积累，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[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50 g/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 earth-system perspective of the globalnitrogen 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.氮素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):658～664.

[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]Flückiger W,Braun S.Nitrogen deposition in Swiss forests and itspossible relevance for leaf nutrient status,parasiteattacks and soil acidification[J].Environmental Pollution，1998，102(1): 69～76．

[9]郭永盛,陆嘉惠,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.