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氮磷添加對草地物種多樣性與穩定性關系的影響

時間:2019-10-12 來源:現代農業研究 作者:常繼方,王洪義 本文字數:3498字

  摘    要: 目前,對于氮磷添加對物種多樣性和生態功能關系的影響研究結果結論不一,本文通過對國內外研究氮磷添加對物種多樣性和生態系統功能及其兩者間關系的影響進行總結:氮磷共同作用會顯著降低群落物種多樣性,磷對群落物種多樣性沒有顯著的影響;不同環境下氮磷添加對植物生產力影響不同;物種多樣性與生態系統功能間關系研究結論不統一,應結合環境因子和研究尺度等多因素分析。

  關鍵詞: 氮磷添加; 草地; 物種多樣性; 生態系統功能;

  Abstract: At present, the effects of nitrogen and phosphorus addition on species diversity and ecological function are different. In this paper, the effects of nitrogen and phosphorus addition on species diversity and ecosystem function and their relationship at home and abroad are summarized: the interaction of nitrogen and phosphorus can significantly reduce community species diversity, phosphorus has no significant effect on community species diversity, and nitrogen and phosphorus addition has different effects on plant productivity under different environments. The research conclusions on the relationship between species diversity and ecosystem function are not uniform, and should be analyzed in combination with environmental factors and research scales.

  Keyword: nitrogen and phosphorus addition; grassland; species diversity; ecosystem function;

  氮沉降是當代社會的熱點問題,人類活動、工業發展等加劇了氮素進入到生物圈的速度。氮沉降一方面會提高植物的光合作用,促進植物生長,另一方面則會導致土壤酸化,使植物所需營養失衡,致使一部分物種不適應生存環境而被淘汰。氮沉降引起自然界中的氮元素大量聚集,導致生態系統養分不平衡,使生態系統功能發生改變。磷作為植物所需營養元素,參與光合作用和能量傳遞,促進植物早熟。李比希根據他的研究指出:磷肥,對提高土壤的肥力,促進植物的生長,有著特別重要的意義[1]。

  生產力是衡量草地生態系統的基礎,生態系統穩定性是指群落在達到演替頂級后出現的能夠進行自我更新和維持并使群落結構,功能長期處于一個較高的水平,波動較小的現象[2]。物種多樣性作為探討生態系統功能的重點,一直以來都是學者們主要的研究問題。草原是生態系統中最易操作的,但是由于氮沉降、氣候變化等原因導致草地物種多樣性減少,生產力逐漸下降,生態系統的穩定性性也遭到了破壞。通過對草地物種多樣性與穩定性的關系分析,從而掌握了草地物種多樣性與穩定性的關系,對保護物種多樣性和生態系統的穩定、可持續發展有著重要的意義。

  1、 氮磷添加對物種多樣性的影響

  物種多樣性的多少決定著一個生態系統的穩定性,它受到環境因素、人類活動和病蟲鼠害等多因素的影響。養分的添加將直接影響植物物種多樣性,它將導致群落物種多樣性增加、減少、無影響。過去多數試驗結果表明氮添加會降低植物物種多樣性,導致物種多樣性下降主要的原因為:氨毒、光競爭、土壤酸化、凋落物富集等原因。隨著學者們的探究發現一些原本僅受氮素限制的植物轉為受磷素或者其他元素共同作用,因此許多學者進行了氮磷共同添加對植物物種多樣性和生態系統功能和結構影響的實驗。李小坤等在江漢平原黑麥草實驗中證明施用磷肥對黑麥草產量及經濟效益均產生了積極的意義,但是磷肥效應必須在氮肥使用的基礎上才能發揮出來[3]。說明磷添加后可能影響了植物對氮素的吸收。孫小妹青藏高原試驗中發現在氮磷共同作用時,禾本科物種數增加,其他功能群物種多樣性降低。
 

氮磷添加對草地物種多樣性與穩定性關系的影響
 

  總結以上試驗結果說明物種多樣性的變化不能僅僅只研究群落水平,應與功能群水平結合說明物種多樣性變化問題,同時我們應該根據不同的草原生態類型情況進行具體分析。

  2、 氮磷添加對生態系統功能的影響

  2.1、 植物生產力

  人們常把生物量當作生產力的一種指標,植物吸收土壤中的氮磷含量,進行光合作用,將其轉換為有機能量存于體內。養分添加對植物生產力的影響大致為兩類:增加或減少。宗寧等在藏北退化高寒草甸實驗中發現氮磷添加顯著提高輕度退化群落地下生物量, 而對重度退化群落有降低作用[4]。說明了氮磷添加對植物生產力在不同情況下產生的影響是不同的,因此在之后的研究中我們要根據不同退化程度等原因具體分析。

  2.2 、生態系統穩定性

  穩定性是指系統收到了外界干擾后能夠恢復到原始情況的能力[5]。主要分為恢復力、抵抗力、變異性和持久力。在目前研究中人們通常把群落水平作為研究對象,多數研究表明施肥降低了群落穩定性,但是Grman對草地群落的研究表明,氮添加沒有降低群落的穩定性,因為施肥提高了優勢物種的穩定性。因此我們在研究生態系統穩定時不應只研究單一水平,應多個尺度結合分析。

  3、 氮磷添加對物種多樣性與生態系統功能關系的影響

  3.1、 物種多樣性與生產力關系

  物種多樣性與生產力間關系爭議大致分為三點:物種多樣性與生產力為正相關、負相關和不相關關系。劉景江用實驗證明,隨著生物種群數量的增加和種群層次復雜度的加大,生態系統在生物量及生產力上均有明顯增加[6]。朱桂麗在對青藏高寒草地的研究中也發現物種豐富度與生產力呈正相關關系。說明了隨著物種豐富度增加時,新增植物吸收土壤中的養分,提高了植物生產力[7]。基于溫帶草地的相關研究也出現物種多樣性與生產力呈負相關關系的結果,即物種豐富度高會使生產力變低[8]。當物種豐富度增多時,光競爭等原因影響了植物對養分的吸收,降低了植物生產力。Kirkwan等對美國東南部草原進行研究發現,隨著物種多樣性的增加,植物生產力并無顯著變化[9]。可能是因為植物生產力是由物種多樣性沒有發生太大變化的優勢物種控制。因此我們認為兩者之間關系可能是受選擇樣地的物種豐富度、環境因子、草地類型以及研究尺度等因素的影響。

  關于物種多樣性與生產力關系的研究已有很多,但是目前并沒有找到一個合理的觀點來介紹二者之間的關系,因此在今后的實驗中,我們應該綜合考慮到群落內部和外部因素來研究。

  3.2、 物種多樣性與穩定性關系

  物種多樣性對于生態系統是否穩定有著至關重要的作用。但是目前對于多樣性與穩定性的關系并沒有統一的觀點。在MacArthur和Elton提出多樣性-穩定性假說中說明了群落穩定性和抵御外來種入侵的能力均隨多樣性增加而增加[10]。物種多樣性高的植物,生態系統越復雜,對于外界的抵抗力越高,恢復力越高,因此生態系統的穩定性越高。Gardner、May他們認為隨著生態系統復雜性的增加,將削弱生態系統的穩定性。通過學者們的研究認為:超產效應、取樣效應、物種同步性、補償效應、負的協方差關系和統計平均效應等激勵都影響著物種多樣性與穩定性的關系。但是這些機理并不能很好的解釋兩者間的關系,因此我們需要考慮環境因子和研究尺度等因素對穩定性的影響。

  4、 總結及展望

  至今,學者們對于草地養分添加試驗做了大量研究,但是對于其影響因素和機理的研究結果還不能夠達成一致。因此,我們需要對目前的研究結果進行總結,發現試驗中忽略掉的因素或者無法驗證的機理,進一步的完善試驗,多角度的分析總結,將更好的研究成果應用到草地系統恢復,促進生態系統的可持續發展。

  參考文獻

  [1]張釗.呼倫貝爾草甸草原生態系統碳循環動態模擬與未來情景分析[D].中國農業科學院, 2016.
  [2]楊殿林.呼倫貝爾草原群落植物多樣性與生產力關系的研究[D].內蒙古農業大學, 2005
  [3]李小坤, 魯劍巍, 魯君明, 陳防, 黃元仿.磷肥用量對黑麥草產量及經濟效益的影響[J].草業科學, 2006 (10) :18-22.
  [4]宗寧, 石培禮, 擰∧, 蔣婧, 宋明華, 張憲洲, 何永濤.氮磷配施對藏北退化高寒草甸群落結構和生產力的影響[J].應用生態學報, 2014, 25 (12) :3458-3468.
  [5]Loreau M.Biodiversity and ecosystem functioning:recet theo retical advances.Oikos, 2000, 91:3~17
  [6]劉景江, 錢文才, 楊文成.生物多樣性與生態系統穩定性關系初探[J].防護林科技, 2008 (04) :98+127.
  [7]朱桂麗,李杰,魏學紅,等.青藏高寒草地植被生產力與生物多樣性的經度格局[J].自然資源學報,2017, 32 (2) :210-222.
  [8]Tilman D, Knops J, Wedin D, et al.The influence of functional diversity and composition on ecosystem processes[J].Science, 1997, 277:1300-1302.
  [9]KIRKMAN L K, MITCHELL R J, HELTON R C, et al.Produc tivity and species richness across an environmental gradient in a fire-dependent ecosystem[J].American Journal of Botany2001, 88 (11) :2119-2128.
  [10]劉增文, 劉雅素.生態系統穩定性研究的歷史與現狀.生態學雜志, 1997, 16 (2) :58~61.

    常繼方,王洪義.物種多樣性與生態系統功能關系的研究現狀[J].現代農業研究,2019(09):73-74+68.
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