题名氮磷添加对北方草原生态系统群落和碳氮磷化学计量特征的影响
作者李冬冬
答辩日期2020-05-25
文献子类硕士
授予单位中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心)
授予地点北京
导师焦峰
关键词氮磷添加 物种多样性 生物量 根冠比 生态化学计量特征
学位名称农学硕士
学位专业水土保持与荒漠化防治
英文摘要

    由于人们在工业生产和农业种植过程中过渡的依赖化石燃料和化肥,导致全球范围内大气氮沉降的含量连年上升,草地生态系统可能由氮限制慢慢转化为受其他营养元素限制。氮磷在植物代谢中存在协同作用,磷对植物营养浓度的影响与氮添加相关。本研究以内蒙古自治区3种草原类型区(草甸草原、典型草原、荒漠草原)为研究对象,研究氮磷添加对不同草原类型区草原生物量及根冠比,物种多样性和生产力,土壤、叶片和根系CNP及化学计量比的影响,主要结论如下:

1通过对3种草原类型区站点草地群落科的种数分布组成分析,均以禾本科、菊科和豆科三大科为主;而且物种丰富度指数随着氮素或磷素添加浓度呈现降低的趋势,依次为荒漠草原>草甸草原>典型草原。对于物种多样性指数而言,无论氮素或磷素添加对3种草原类型区的Shannon-Wiener指数远远大于Simpson指数和Pielou指数,而且Simpson指数和Pielou指数的大小基本接近,且呈现出相似的变化趋势。物种丰富度指数与年均温和生长季月均温均呈显著负相关(P < 0.05),与年降水量(P < 0.05)和生长季月降水量(P < 0.01)呈显著或极显著的正相关关系。

2氮磷添加试验显著提高了草甸草原和荒漠草原草地群落地上生物量,并且随着施氮浓度越高,地上生物量呈现上升变化趋势,而对典型草原草地群落地上生物量影响不显著(P > 0.05);NP添加显著提高了典型草原和荒漠草原草地群落地下生物量,而对草甸草原草地群落地下生物量略微下降趋势(P > 0.05)。

3)不同N添加水平对三种不同草原类型区草地群落生物量存在正相关关系,同时植物生物量还明显受到年降雨量和干旱指数的影响。不同P添加水平对三种不同草原类型区草地群落地上生物量、地下生物量和总生物量均没有明显的相关关系。NP添加对草原类型区各个生物量也存在一定的差异性(P < 0.05),地下、地下/地上和总生物量的空间分布存差异性最显著。

4)氮添加处理下,对3种不同草原类型区0-10 cm10-30 cm的土壤有机碳和全氮没有显著影响。典型草原类型区0-10 cm10-30 cm土壤C:N均表现为先上升后下降的趋势,其他类型不同土层土壤C:N的基本不变,总体上对土壤C:N影响不显著;草甸草原类型区0-10 cm土壤C:PN:P均下降的趋势,而其它类型区的0-10 cm10-30 cm土壤C:PN:P呈现上升趋势。

5)在氮添加条件下,叶片、根系的CNP各元素之间的相关性相对较弱,相比而言叶片与根系之间的相关性较显著。在氮添加处理下,3种草原类型区叶片-根系的CN之间的相关性比较强,各元素化学计量比相关性相对较弱。在磷添加处理下,典型草原整体相关性比较弱,而草甸草原和荒漠草原相关性比较显著。

由于人们在工业生产和农业种植过程中过渡的依赖化石燃料和化肥,导致全球范围内大气氮沉降的含量连年上升,草地生态系统可能由氮限制慢慢转化为受其他营养元素限制。氮磷在植物代谢中存在协同作用,磷对植物营养浓度的影响与氮添加相关。本研究以内蒙古自治区3种草原类型区(草甸草原、典型草原、荒漠草原)为研究对象,研究氮磷添加对不同草原类型区草原生物量及根冠比,物种多样性和生产力,土壤、叶片和根系CNP及化学计量比的影响,主要结论如下:

1通过对3种草原类型区站点草地群落科的种数分布组成分析,均以禾本科、菊科和豆科三大科为主;而且物种丰富度指数随着氮素或磷素添加浓度呈现降低的趋势,依次为荒漠草原>草甸草原>典型草原。对于物种多样性指数而言,无论氮素或磷素添加对3种草原类型区的Shannon-Wiener指数远远大于Simpson指数和Pielou指数,而且Simpson指数和Pielou指数的大小基本接近,且呈现出相似的变化趋势。物种丰富度指数与年均温和生长季月均温均呈显著负相关(P < 0.05),与年降水量(P < 0.05)和生长季月降水量(P < 0.01)呈显著或极显著的正相关关系。

2氮磷添加试验显著提高了草甸草原和荒漠草原草地群落地上生物量,并且随着施氮浓度越高,地上生物量呈现上升变化趋势,而对典型草原草地群落地上生物量影响不显著(P > 0.05);NP添加显著提高了典型草原和荒漠草原草地群落地下生物量,而对草甸草原草地群落地下生物量略微下降趋势(P > 0.05)。

3)不同N添加水平对三种不同草原类型区草地群落生物量存在正相关关系,同时植物生物量还明显受到年降雨量和干旱指数的影响。不同P添加水平对三种不同草原类型区草地群落地上生物量、地下生物量和总生物量均没有明显的相关关系。NP添加对草原类型区各个生物量也存在一定的差异性(P < 0.05),地下、地下/地上和总生物量的空间分布存差异性最显著。

4)氮添加处理下,对3种不同草原类型区0-10 cm10-30 cm的土壤有机碳和全氮没有显著影响。典型草原类型区0-10 cm10-30 cm土壤C:N均表现为先上升后下降的趋势,其他类型不同土层土壤C:N的基本不变,总体上对土壤C:N影响不显著;草甸草原类型区0-10 cm土壤C:PN:P均下降的趋势,而其它类型区的0-10 cm10-30 cm土壤C:PN:P呈现上升趋势。

5)在氮添加条件下,叶片、根系的CNP各元素之间的相关性相对较弱,相比而言叶片与根系之间的相关性较显著。在氮添加处理下,3种草原类型区叶片-根系的CN之间的相关性比较强,各元素化学计量比相关性相对较弱。在磷添加处理下,典型草原整体相关性比较弱,而草甸草原和荒漠草原相关性比较显著。

由于人们在工业生产和农业种植过程中过渡的依赖化石燃料和化肥,导致全球范围内大气氮沉降的含量连年上升,草地生态系统可能由氮限制慢慢转化为受其他营养元素限制。氮磷在植物代谢中存在协同作用,磷对植物营养浓度的影响与氮添加相关。本研究以内蒙古自治区3种草原类型区(草甸草原、典型草原、荒漠草原)为研究对象,研究氮磷添加对不同草原类型区草原生物量及根冠比,物种多样性和生产力,土壤、叶片和根系CNP及化学计量比的影响,主要结论如下:

1通过对3种草原类型区站点草地群落科的种数分布组成分析,均以禾本科、菊科和豆科三大科为主;而且物种丰富度指数随着氮素或磷素添加浓度呈现降低的趋势,依次为荒漠草原>草甸草原>典型草原。对于物种多样性指数而言,无论氮素或磷素添加对3种草原类型区的Shannon-Wiener指数远远大于Simpson指数和Pielou指数,而且Simpson指数和Pielou指数的大小基本接近,且呈现出相似的变化趋势。物种丰富度指数与年均温和生长季月均温均呈显著负相关(P < 0.05),与年降水量(P < 0.05)和生长季月降水量(P < 0.01)呈显著或极显著的正相关关系。

2氮磷添加试验显著提高了草甸草原和荒漠草原草地群落地上生物量,并且随着施氮浓度越高,地上生物量呈现上升变化趋势,而对典型草原草地群落地上生物量影响不显著(P > 0.05);NP添加显著提高了典型草原和荒漠草原草地群落地下生物量,而对草甸草原草地群落地下生物量略微下降趋势(P > 0.05)。

3)不同N添加水平对三种不同草原类型区草地群落生物量存在正相关关系,同时植物生物量还明显受到年降雨量和干旱指数的影响。不同P添加水平对三种不同草原类型区草地群落地上生物量、地下生物量和总生物量均没有明显的相关关系。NP添加对草原类型区各个生物量也存在一定的差异性(P < 0.05),地下、地下/地上和总生物量的空间分布存差异性最显著。

4)氮添加处理下,对3种不同草原类型区0-10 cm10-30 cm的土壤有机碳和全氮没有显著影响。典型草原类型区0-10 cm10-30 cm土壤C:N均表现为先上升后下降的趋势,其他类型不同土层土壤C:N的基本不变,总体上对土壤C:N影响不显著;草甸草原类型区0-10 cm土壤C:PN:P均下降的趋势,而其它类型区的0-10 cm10-30 cm土壤C:PN:P呈现上升趋势。

5)在氮添加条件下,叶片、根系的CNP各元素之间的相关性相对较弱,相比而言叶片与根系之间的相关性较显著。在氮添加处理下,3种草原类型区叶片-根系的CN之间的相关性比较强,各元素化学计量比相关性相对较弱。在磷添加处理下,典型草原整体相关性比较弱,而草甸草原和荒漠草原相关性比较显著。

语种中文
内容类型学位论文
源URL[http://ir.iswc.ac.cn/handle/361005/9198]  
专题水保所2018届毕业生论文
推荐引用方式
GB/T 7714
李冬冬. 氮磷添加对北方草原生态系统群落和碳氮磷化学计量特征的影响[D]. 北京. 中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心). 2020.
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