【目的】 北方草地过度放牧和刈割造成植被严重退化和土壤养分缺乏。本研究探讨施用氮、磷肥料对退化草地植物群落多样性和生产力的影响。【方法】 在呼伦贝尔退化草地连续进行4年氮、磷添加试验,设置2个施氮水平（0、10 g N·m-2·a-1）和6个施磷水平（0、2、4、6、8和10 g P·m-2·a-1）,共计12个处理,5次重复。每年5月下旬返青时施肥,8月中旬生物量最大时期进行群落调查,主要进行群落生产力、物种多样性及4种功能群相对生物量的分析。【结果】 2014—2017年物种丰富度降低明显,完全对照处理（既不施氮也不施磷）4年的物种丰富度平均分别是20.2、17.1、14.7、15.2种;对植物群落α多样性（丰富度和优势度指数）研究表明,氮添加降低了群落物种多样性,而磷添加及磷的累积效应均对群落物种多样性无影响。多样性指数年际间差异显著,氮和年交互作用对其具有显著影响。草地群落地上生产力（ANPP）年际间变化显著,2014年最高,2015年最低,变化范围从400 g·m-2降到100 g·m-2左右,干旱年份显著低于正常降水年份,磷对群落生产力影响较小,氮添加显著提高了群落地上生产力,而且氮和磷共同添加的影响大于磷单独添加;生长季正常降水年份,氮素是草甸草原植物生长的主要限制因子。氮添加显著影响了各功能群相对生物量,磷添加对各功能群相对生物量影响较小,各功能群相对生物量年际间具有显著差异。氮单独添加显著增加根茎型禾草的相对生物量,但降低了多年生杂类草和丛生禾草的相对生物量,而磷单独添加增加了多年生杂类草和豆科植物功能群的相对生物量,但没有影响根茎型禾草和丛生禾草的相对生物量;氮磷复合添加显著增加了多年生根茎型禾草的相对生物量,但显著降低了其他功能群的相对生物量。此外,氮、磷添加在一定程度上降低植物群落的稳定性。【结论】 氮、磷添加引起不同功能群植物的差异化响应导致群落间原有的等级关系发生变化,尤其是氮添加引起喜氮的根茎型禾草相对生物量迅速增加,最终导致植物群落组成向着根茎型禾草优势度增加的方向发展,物种多样性降低,导致群落稳定性下降。
【目的】 以呼伦贝尔天然羊草草原退化打草场为研究对象,揭示不同有机肥处理对土壤养分状况和土壤细菌群落多样性的影响,为羊草草原的改良、恢复及合理利用提供科学依据。【方法】 田间试验采用单因素随机区组设计,共7个处理分别为:对照（ck）,蚯蚓粪15 t·hm-2（a1）、30 t·hm-2（a2）、45 t·hm-2（a3）,菌渣15 t·hm-2（b1）、30 t·hm-2（b2）、45 t·hm-2（b3）。本研究采用 Miseq高通量测序技术,分析不同有机肥处理对土壤细菌群落多样性的影响机制。同时结合土壤化学性质,探究不同有机肥处理下细菌群落变化的环境驱动因子。【结果】 不同有机肥处理可以改善土壤养分状况并形成明显的细菌群落。a3处理的土壤有效磷含量较对照显著增加37.3%。b3和a3处理土壤有效钾含量较对照显著增加62.99%和40.53%。b3处理下的地上生物量显著高于其他处理（244.11 g·m-2）。此外,施蚯蚓粪和菌渣显著增加了土壤中细菌群落的丰富度。与ck相比,a1和b2处理下丰富度指数显著增加。在门水平上,21个样品共获得31个类群。其中放线菌门（Actinobacteria）,变形菌门（Proteobacteria）,酸杆菌门（Acidobacteria）,疣微菌门（Verrucomicrobia）和绿弯菌门（Chloroflexi）为优势类群,相对丰度共占细菌群落的85%以上。a2处理的放线菌最为丰富（36.79%）。变形菌门（Proteobacteria）在b1和b3处理中含量较高（23.29%,22.32%）。酸杆菌门（Acidobacteria）在a1处理中最高（20.69%）。而LEfSe表明在b3处理下检测到更多的细菌分类群（17个进化枝,1个纲,1个目,4个科和11个属）。另外,土壤有效氮（P=0.001）、有效钾（P=0.005）和有机质（P=0.006）对土壤中的细菌群落组成有极显著的影响（P<0.01）,全钾（P=0.014）对土壤细菌群落组成有显著影响（P<0.05）。说明有效氮、有效钾、有机质和全钾是细菌群落的主要驱动因素。【结论】 有机肥在羊草草原的应用改变了土壤细菌群落结构。蚯蚓粪和菌渣在45 t·hm-2施肥量情况下提高了速效养分含量,也提高了羊草草原土壤细菌群落的生物多样性,有利于草地农业生态系统的可持续发展。
【目的】 改善打草场土壤养分,提高草地生产力及维持草地可持续利用。【方法】 2016—2018年在呼伦贝尔草地农业生态系统实验站打草场设置5个施氮水平（0、10、20、30、40 g·m-2·a-1）与2个刈割留茬高度（4、8 cm）,裂区试验设计,分别于每年6月中旬和8月中旬进行试验处理,研究其对草地植物群落及功能群的物种丰富度、地上生物量、主要物种组成的重要值、优势种功能性状及土壤理化性质的影响过程。【结果】 施氮与刈割留茬高度对群落及功能群的物种丰富度无显著影响（P<0.05）。施氮显著增加禾草功能群及群落的地上生物量（P<0.05）,分别提高了72.7%—126.3%、61.6%—96.1%,但施氮量在10—40 g·m-2·a-1的各处理间差异不显著（P<0.05）,低刈割留茬高度使禾草的地上生物量显著降低了18.3%（P<0.05）。施氮显著增加羊草（Leymus chinensis）的重要值,降低无芒雀麦（Bromus inermis）的重要值（P<0.05）。施氮时低刈割留茬高度显著降低羊草的重要值,增加无芒雀麦的重要值,不施氮时则相反。低留茬高度显著增加二裂委陵菜（Potentilla bifurca）和星毛委陵菜（Potentilla acaulis）的重要值,降低糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）的重要值（P<0.05）。施氮显著增加无芒雀麦及羊草的株高、叶面积和地上部氮素含量（P<0.05）,但施氮量在20—40 g·m-2·a-1的各处理间差异不显著。土壤pH、土壤含水量随施氮量增加而显著降低,土壤NH4+-N、NO3--N及总无机氮（ION）含量随施氮量增加而显著增加（P<0.05）。群落、禾草及杂类草的物种丰富度与土壤含水量显著正相关,群落及禾草的地上生物量与土壤含水量显著负相关（P<0.05）。【结论】 短期施氮与适宜的刈割留茬高度提高草地植物群落生产力及稳定群落的物种组成,施氮效应依赖于水分的有效性。呼伦贝尔草甸草原打草适宜刈割留茬高度为8 cm,适宜施氮量为10—20 g·m-2·a-1。
【目的】 氮素输入影响着全球草地生态系统的可持续性,关注施氮对土壤微生物群落的影响及其分子生态网络,为草地退化修复提供理论依据。【方法】 以松嫩退化羊草草地为研究对象,通过施氮和未施氮处理,利用高通量测序和随机矩阵网络构建理论构建土壤微生物群落分子生态网络。探讨氮素管理对退化羊草草地土壤微生物群落结构及网络的影响,氮添加条件下微生物网络结构中的关键微生物变化规律,以及该过程中微生物之间的互作关系,解析外源氮素添加条件下土壤细菌动态变化的关键结点和规律。【结果】 在门分类水平上施氮处理草地有细菌门22个,未施氮处理23个。7个菌门是施氮和未施氮处理草地的优势菌门,其中变形菌门（Proteobacteria）是含有OTU数量最多的门类,约占总序列的30.46%,酸杆菌门（Acidobacteria）是含有OTU数量次之的门类,约占总序列的30.15%,芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）是含有OTU数量第3的门类,约占总序列的8.14%,放线菌（Actinomycete）约占总序列的6.15%,绿弯菌门（Chloroflexi）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae）三者约占总序列的17.16%。施氮处理草地土壤微生物中的变形菌门、放线菌门、拟杆菌门的相对丰度均显著高于未施氮处理草地土壤（P<0.01）;未施氮草地土壤中绿弯菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门相对丰度显著高于施氮草地土壤（P<0.01）,其他各门细菌施氮与未施氮处理间未呈现出显著差异。表征网络的正向连接比、平均路径长度、平均聚类系数和模块性均为施氮处理显著低于未施氮处理（P<0.001）。在土壤的分子生态网络中,未施氮处理有16个模块枢纽（Zi>2.5,Pi≤0.62）,施氮处理有6个模块枢纽,均属于酸杆菌门、芽单胞菌门和放线菌门。施氮导致土壤微生物种间关系改变,进而改变土壤整体生态网络。【结论】 施氮降低了退化草地土壤网络结构的复杂程度和紧密性;降低了退化草地土壤中的酸杆菌门和绿弯菌门相对丰度,提高了变形菌门、放线菌门和芽单胞菌门相对丰度。土壤中微生物关键物种（OTU）由16个（未施氮）减少为6个,且二者土壤中均没有重叠OTU,这表明施氮调控微生物群落网络的关键物种,进而改变其分子生态网络结构。
【目的】 通过研究豆草比例对紫花苜蓿-羊草混播草地豆科植物生物固氮的影响及其生理生态机制,深化对混播群落结构和生物固氮功能关系的理解,辅助豆-禾混播草地的科学建植和管理,提高混播草地生物固氮和土壤肥力,提升草地资源生产和生态保障能力。【方法】 2017年5月,利用紫花苜蓿和羊草为试验材料,采取随机区组设计,于中国科学院长岭草地农牧生态研究站内建植不同豆草比例（紫花苜蓿占比为25%、50%、75%、100%）的紫花苜蓿-羊草混播草地,4次重复。建植一年后,通过样方取样法调查混播草地群落结构变化,测定紫花苜蓿叶片、枝条和根系生长发育、光合和水分等生理代谢特征,在测定根系结瘤特征基础上,采取15N同位素自然丰度法评估紫花苜蓿固氮效率,结合土壤水分动态监测,分析豆草比例对紫花苜蓿生物固氮的影响及其生理生态机制。【结果】 （1）混播草地建植一年后,对应25%、50%、75% 和100%设计的豆草混播比例,混播草地实际紫花苜蓿占比分别为11%、27%、53%和100%。（2）对比25%、75%和100%的初始豆草种植比例,50%的初始豆草比例下,生长季平均土壤水分含量分别增加了21.4%、36.4%和51.7%。（3）50%豆草种植比例下,紫花苜蓿植株有更大的枝条和根系生物量、叶片数量、叶片面积、叶片厚度和叶片生物量,上述指标最小值出现在100%的豆草播种比例。（4）50%豆草种植比例下,紫花苜蓿具有最大的光合速率,枝条和根系中淀粉含量最高,但枝条和根系中可溶性糖含量最低。（5）50%的初始豆草混播比例下,紫花苜蓿根瘤发育更完善,其生物固氮率较25%、75%和100%的豆草混播比例分别提高了13.5%、44.6%和79.2%。回归分析表明,随豆草比例变化,紫花苜蓿生物固氮效率与土壤含水量呈正相关。【结论】 紫花苜蓿-羊草混播草地中,紫花苜蓿生物固氮能力与豆草比例间存在非直线型变化关系。当初始豆草种植比例为50%时,紫花苜蓿生物固氮率最大。豆草比例驱动土壤水分变化,进而通过调控叶片发育和光合等途径改变了紫花苜蓿植株和根瘤发育,是其影响生物固氮的潜在机制。
