【摘 要】
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全球氮沉降速率的急剧增加对陆地生态系统产生了复杂的影响,特别是在受氮限制较严重的草地生态系统。草地生态系统对全球变化比较敏感,是重要的生态安全屏障,在维持陆地生态系统功能中发挥着重要作用。虽然已有很多研究关注了氮沉降增加对草地植物生物量、多样性及生物量稳定性的影响,但是氮沉降的生态系统效应因气候区、草地类型、氮沉降水平和持续时间等因素的不同而存在较大差异,致使研究结果间仍存在较大争议。本研究以祁连
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全球氮沉降速率的急剧增加对陆地生态系统产生了复杂的影响,特别是在受氮限制较严重的草地生态系统。草地生态系统对全球变化比较敏感,是重要的生态安全屏障,在维持陆地生态系统功能中发挥着重要作用。虽然已有很多研究关注了氮沉降增加对草地植物生物量、多样性及生物量稳定性的影响,但是氮沉降的生态系统效应因气候区、草地类型、氮沉降水平和持续时间等因素的不同而存在较大差异,致使研究结果间仍存在较大争议。本研究以祁连山中部天涝池流域的典型亚高山草地为研究对象,采用随机区组试验设计,设置了7个氮添加处理水平(0、2、5、10、15、25和50 g N m-2yr-1)分别标为N0～N6和1个完全对照处理（CK:既不添加氮肥,也不加水或砂子）的氮添加试验。通过连续3年（2019～2021）的植物生物量以及群落调查来分析氮添加对草地植物生物量、物种多样性和生物量稳定性的影响。主要结果如下:（1）氮添加一年后草地群落地上生物量随着氮添加量的增加而显著增加,在氮添加量为50 g N m-2yr-1时达到最大值,较未添加氮(0 g N m-2yr-1)提高了46.86%;而在氮添加后两年,群落地上生物量随着氮添加量的增加呈先上升后下降的单峰曲线模式,在氮添加量为2 g N m-2yr-1时最大,较未添加氮(0 g N m-2yr-1)提高了14.57%（第二年）和19.41%（第三年）。在氮添加第一年杂类草生物量随着氮添加量的增加呈上升趋势（P＜0.05）,而禾本科生物量变化规律不明显;在氮添加后两年杂类草生物量无明显变化而禾本科生物量随着氮添加量的增加而降低（P＜0.05）。在氮添加第一年,由于地上生物量和地下生物量随着氮添加量的增加同步增加（P＜0.05）,降低了不同处理间根冠比的变化率;而在氮添加后两年地下生物量变化规律不明显但随着氮沉降量的增加地上生物量开始下降,这增加了根冠比。（2）氮添加前两年植物物种多样性对氮添加无明显的响应规律,而第三年植物物种多样性随着氮添加量的增加呈先上升后下降的单峰曲线模式（P＜0.01）,且在氮添加量为5 g N m-2yr-1时植物物种多样性最大。此外,氮添加持续时间和氮素累积量加强了氮添加对植物物种多样性的负效应。（3）群落生物量时间稳定性随着氮添加量的增加呈先上升后下降的趋势,在氮素添加量为5 g N m-2yr-1时达到最大。低氮添加量(0～5 g N m-2yr-1)处理中物种之间存在补偿效应且物种异步性较高,而高氮添加量(10～50 g N m-2yr-1)处理中物种之间存在同向变化关系且物种异步性较低;植物物种多样性可以通过投资组合效应（2＞z＞1）增强生物量时间稳定性,但这并不是氮添加影响草地物种多样性—生物量稳定性关系的机制。综上所述,氮添加第一年显著提高了草地植物生物量,但对植物物种多样性的影响不显著;在氮添加进行到第二年或第三年时,当氮添加量小于2 g N m-2yr-1时有利于植物生物量的积累,以及当氮添加量小于5 g N m-2yr-1时有利于植物物种多样性的维持,超出相应的氮添加量后植物生物量和物种多样性均会降低。虽然本研究没有发现群落生物量时间稳定性在各处理间的明显差异,但其随着氮添加量的增加呈先上升后下降的趋势,表明群落生物量时间稳定性依旧存在下降的风险。因此,还需要对该草地植物进行更长时间的连续观测以分析氮沉降增加对植物生物量、物种多样性及生物量时间稳定性的影响。本研究的研究结果可为我国草原的可持续管理与修复提供理论基础和实践支撑。
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