本研究依托中国科学院额尔古纳森林草原过渡带生态系统研究站硫添加(0、1、2、5、10、15、20、50 g S·m^(-2)·a^(-1))模拟土壤酸化实验平台,以内蒙古草甸草原禾本科牧草贝加尔针茅和杂类草白头翁2个常见物种为对象,分析了比叶面积、叶干物质含量、叶片厚度、植株高度以及光合色素含量与计量特征的变化,研究草原植物形态性状和光合色素含量对土壤酸化的响应。结果表明:贝加尔针茅主要通过改变形态性状而不是光合色素含量适应土壤酸化。贝加尔针茅和白头翁形态性状对土壤酸化的形态响应基本相似,表现为降低比叶面积(降幅分别为12.0%和8.0%),增加叶干物质含量(增幅分别为3.2%和0.9%)和植株高度(增幅分别为3.4%和15.0%)。贝加尔针茅叶片光合色素含量对土壤酸化无显著响应,而白头翁降低了类胡萝卜素含量(25.7%),但增加了叶绿素与类胡萝卜素的比值(51.4%),这种变化主要受土壤酸化导致的土壤硝态氮和钙镁离子含量下降影响。贝加尔针茅因占据群落上层,拥有获取光资源的优势,主要通过改变形态性状适应土壤酸化。土壤酸化使得白头翁形态性状趋于保守并对光合系统产生了胁迫。
为深入探讨氮沉降影响草原植物金属养分吸收及其与土壤养分的耦合关系,以内蒙古典型草原4种主要物种为研究对象,设置0、5、10、15 g N/(m^(2)·yr)4个氮添加处理,分析不同施氮量对草原物种及群落水平植物叶片盐基、微量元素含量和储量的影响。结果表明:(1)杂类草比禾本科植物具有更高的养分浓度;(2)不同金属养分对氮沉降的响应具有高度的物种特异性;植物群落叶片盐基元素含量对氮添加无显著响应且与土壤盐基离子相关性较低;随氮添加量的增加,叶片中Mn、Cu含量增加,但Fe含量降低,草原植物微量元素失衡严重主要受土壤微量养分有效性和元素拮抗作用的影响;(3)植物金属元素地上储量的饱和阈值出现在10 g N/(m^(2)·yr);优势物种地上生物量对氮添加的非线性响应是驱动植物元素地上储量变化的主要机制。
【目的】探讨尿素氮添加对草原黑钙土酸化指标的影响及交换性盐基离子的酸缓冲机制。【方法】依托内蒙古额尔古纳草甸草原尿素添加试验,测定了尿素添加(加N量0、2.5、5、10、15、20 g m^(−2)a^(−1))4年后的黑钙土酸化参数。【结果】研究发现随尿素氮添加量的增加,表层(0~10 cm)土壤pH和交换性盐基总量(SEB)显著下降,土壤酸化速率(SAR)随N添加量的增加及交换性盐基总量的降低而增大,N添加的土壤酸化速率为0.017∆pH a^(−1)g^(−1)m^(2)a。用二次多项式拟合土壤酸缓冲曲线其决定系数(R^(2))较高,N加量10 g m^(−2)a^(−1)以下各处理的土壤初始pH降低至5.0、4.5、4.0时的酸中和容量ANC_(pH5.0)、ANC_(pH4.5)、ANC_(pH4.0)均无显著差异,N添加量15和20 g m^(−2)a^(−1)处理的ANC_(pH5.0)、ANC_(pH4.5)、ANC_(pH4.0)显著下降。【结论】草原黑钙土酸化速率对外源N添加敏感;土壤交换性盐基离子含量高,对外源H+的输入具有较好的缓冲作用;尿素添加导致的土壤酸中和容量(ANC)下降主要受土壤初始pH和交换性盐基总量下降的影响。