生产力的稳定性是指植物群落随着时间和空间的变化保持其生产力稳定的能力,可以分为时间稳定性和空间稳定性。工业革命以来,人类活动的加剧导致全球范围内许多陆地生态系统的活性氮沉降量急剧增加。草甸草原是我国生产力最高的天然草原类型,提供着重要的生态系统服务。氮沉降这一重要全球变化因子不仅威胁草甸草原的生物多样性,还对植物群落组成和结构以及生产力稳定性产生重要影响。刈割作为全球草地生态系统中普遍采用的管理和利用措施,能够通过从生态系统中移除生物量、减少土壤中可利用氮的积累,从而降低由于氮沉降所带来的富营养化效应。探讨氮肥和刈割对草甸草原生产力时空稳定性的影响,并解析其潜在机制,对于预测大气氮沉降增加情境下草甸草原牧草供给能力的变化至关重要。本研究以呼伦贝尔草甸草原为研究对象,依托中国科学院沈阳应用生态研究所额尔古纳森林草原过渡带生态系统研究站的氮素添加和刈割实验平台开展了为期5年的研究工作。实验包括对照、氮素添加(5 g N m-2yr-1)、刈割（每年生长季末一次）以及同时进行氮素添加和刈割四个处理。主要分析了土壤理化性质、土壤养分含量、植物养分含量、植物物种多样性、地上净初级生产力及其时空稳定性等指标,以期解析氮素添加和刈割影响草甸草原地上净初级生产力时间和空间稳定性的土壤学和植物群落学机制。主要研究结果如下:（1）氮素添加显著改变表层土壤的物理性质以及养分含量。氮素添加降低土壤p H值,导致土壤酸化,使土壤中的速效钙、速效镁加速淋失。与对照相比,单独刈割处理对土壤理化环境无任何显著影响。但是刈割与氮素添加对土壤养分指标的影响方面存在显著交互作用,表现为刈割加强了氮素添加对土壤速效钾的降低作用,而削弱了氮素添加对土壤速效镁含量的消极影响。（2）氮素添加和刈割改变了不同植物功能群相对生物量和功能群物种多样性。氮素添加显著增加了根茎禾草功能群的相对生物量,而降低了莎草科和豆科植物功能群的相对生物量。刈割削弱氮素添加对根茎禾草相对生物量的积极影响,同时减弱了氮素添加对非豆科杂类草功能群相对生物量和丰富度的消极影响。氮素添加显著增加群落地上净初级生产力及功能群均匀度,但降低了物种丰富度。刈割条件下,群落的物种丰富度较高,且在氮素添加与刈割共同处理时群落地上净初级生产力与群落物种丰富度显著正相关。（3）氮素添加显著提高了根茎禾草、丛生禾草以及非豆科杂类草三类植物功能群的氮含量,进而引起群落水平氮含量增加。氮素添加对群落水平植物磷含量的影响存在较高的年际间变异。刈割对群落水平植物养分含量无显著影响,但显著增加了群落磷含量时间稳定性。群落氮含量时间稳定性和群落氮、磷含量空间稳定性在各处理下都相对稳定,说明该植物群落具有一定的抵抗扰动的能力。（4）氮素添加显著降低群落地上净初级生产力的时间稳定性,刈割对群落地上净初级生产力时间稳定性无显著影响;氮素添加和刈割均对群落地上净初级生产力的空间稳定性无显著影响。氮素添加降低了豆科植物和非豆科杂类草的功能群优势度,而刈割的作用与此相反。刈割降低了植物功能群的非同步性,氮素添加对功能群非同步性没有影响。功能群补偿效应在群落稳定性维持中没有发挥作用。功能群优势度是群落地上净初级生产力时间稳定性变化的主要驱动因素。氮素添加通过降低物种丰富度和影响功能群优势度,导致群落地上净初级生产力时间稳定性的下降;刈割通过增加功能群优势度削弱氮素添加对群落地上净初级生产力时间稳定性的降低。氮素添加和刈割对群落地上净初级生产力的空间稳定性影响不显著。以上研究结果说明,氮素添加会改变土壤环境,降低物种多样性与群落地上净初级生产力的时间稳定性。刈割处理能够调节氮素添加对物种多样性和群落地上净初级生产力时间稳定性的影响。群落地上净初级生产力的空间稳定性对氮素添加和刈割处理的响应不明显。本研究加深了氮素添加和刈割影响群落地上净初级生产力时间和空间稳定性的认识,为氮沉降增加背景下保护草甸草原生物多样性与生态系统稳定性提供了理论依据。
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