氮添加對(duì)錫林郭勒灌叢草原羊草(Leymus chinensis)化學(xué)計(jì)量特征的影響

李 丹， 圖 雅， 史超逸， 吳倩倩， 張 曉， 時(shí)忠杰， 楊曉暉， 劉艷書*

(1. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院荒漠化研究所， 北京 100091; 2. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院生態(tài)保護(hù)與修復(fù)研究所， 北京 100091；3. 北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院， 北京 100083)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、化石燃料燃燒以及氮肥施用量的急劇增加導(dǎo)致大氣氮沉降增加，持續(xù)氮沉降在提高生產(chǎn)力的同時(shí)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)多樣性產(chǎn)生威脅，改變碳、氮、磷生物地球化學(xué)循環(huán)[1]。一般認(rèn)為適量氮添加可通過改變草原群落物種組成來提高草原群落生產(chǎn)力、恢復(fù)退化草原群落的物種多樣性[2-3]。不同植物氮利用策略不同，長(zhǎng)期氮添加在增加灌木植物群落物種豐富度的同時(shí)會(huì)降低草本植物群落物種豐富度[4]。近期研究表明，氮添加主要是通過減少禾本科植物的方式降低半干旱區(qū)草原群落物種豐富度[5]。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于氮沉降對(duì)灌叢草原的影響的研究非常薄弱。

近幾十年來，在氣候變化、過度放牧和土地利用方式改變等影響下，灌叢化在世界范圍內(nèi)干旱、半干旱區(qū)草原生態(tài)系統(tǒng)中廣泛存在[6]。草原灌叢化一方面會(huì)促進(jìn)草原群落凈初級(jí)生產(chǎn)力、養(yǎng)分循環(huán)及土壤有機(jī)質(zhì)積累[7]，另一方面也會(huì)改變草原群落的結(jié)構(gòu)和功能，降低草原群落物種豐富度、多樣性[8]。盡管目前關(guān)于灌叢化對(duì)草原群落的影響沒有統(tǒng)一結(jié)論，灌叢化過程會(huì)降低以牛羊放牧為主的草原群落的優(yōu)質(zhì)牧草生產(chǎn)力，限制動(dòng)物的采食，影響草地生態(tài)系統(tǒng)多功能[9-10]。因此，過去半個(gè)世紀(jì)，美國(guó)、澳大利亞和非洲的科學(xué)家通過刈割、火燒等灌木去除手段控制草原灌叢化，但是恢復(fù)的效果是短暫的[9]。在中國(guó)也有大面積草原發(fā)生了灌叢化，其中內(nèi)蒙小葉錦雞兒灌叢化草原最為典型，約占地510萬hm2，且有不斷擴(kuò)張的趨勢(shì)[11-12]。目前，我國(guó)對(duì)灌叢化草原的研究剛剛起步，少量研究主要集中在灌叢化對(duì)草原群落結(jié)構(gòu)的影響上[13-14]，關(guān)于氮沉降對(duì)灌叢草原植物養(yǎng)分含量及化學(xué)計(jì)量特征的影響尚不清晰。

化學(xué)計(jì)量是研究植物多種化學(xué)元素質(zhì)量平衡的一種綜合方法，在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中，生物體內(nèi)C∶N∶P比值是相對(duì)穩(wěn)定的[15-16]。Xia和Wan[17]通過對(duì)304篇文獻(xiàn)456種陸生植物養(yǎng)分含量Meta分析，發(fā)現(xiàn)氮添加增加了全球陸地生態(tài)系統(tǒng)中豆科植物地上部分N含量但對(duì)其地下部分沒有顯著影響，而非豆科雜類草和禾本科植物地上、地下組織N含量對(duì)氮添加的響應(yīng)沒有明顯差異。在內(nèi)蒙古典型草原的研究發(fā)現(xiàn)氮添加會(huì)增加植物地上部分N含量，降低C∶N[18]；羊草葉片N含量比莖高，氮添加會(huì)增加羊草莖葉N含量和N∶P，降低羊草莖葉C∶N[19]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)氮添加會(huì)增加典型草原植物葉片N、P含量和葉片N∶P，降低葉片C∶N和C∶P[21-22]。氮添加對(duì)典型草原米氏冰草(Agropyroncristatum)、西伯利亞羽茅(Achnatherumsibiricum)、大針茅(Stipagrandis)等草本植物葉片P含量沒有影響[23]，而Li等[24]則發(fā)現(xiàn)氮添加會(huì)降低禾本科植物地上部分P含量。目前的研究主要關(guān)注了氮添加對(duì)草原群落及植物個(gè)體養(yǎng)分狀況的影響，但是在草原灌叢化背景下，氮添加對(duì)灌叢化草原優(yōu)勢(shì)種的影響并未引起足夠重視。

內(nèi)蒙古錫林郭勒草原屬于歐亞大陸溫性典型草原，近年來小葉錦雞兒灌叢大面積擴(kuò)張，草原群落結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生了改變。小葉錦雞兒是一種豆科固氮灌木，與草本植物相比具有較強(qiáng)的生存能力，其擴(kuò)張可能會(huì)影響典型草原優(yōu)勢(shì)植物的生長(zhǎng)[10-11]。羊草作為典型草原主要優(yōu)勢(shì)建群種，在維持草原生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性方面起著至關(guān)重要的作用[25]。因此，我們假設(shè)氮添加對(duì)灌叢下草本養(yǎng)分特征沒有顯著影響，但是會(huì)促進(jìn)叢間草本養(yǎng)分積累。為驗(yàn)證我們的假設(shè)，本研究以內(nèi)蒙古錫林郭勒小葉錦雞兒灌叢草原優(yōu)勢(shì)種羊草為研究對(duì)象，比較分析氮添加對(duì)灌叢下與灌叢間優(yōu)勢(shì)物種羊草莖葉C，N，P元素含量的及其化學(xué)計(jì)量特征的影響，探討灌叢是否會(huì)削弱氮添加對(duì)典型草原優(yōu)勢(shì)植物養(yǎng)分含量影響，以及灌叢對(duì)C∶N∶P化學(xué)計(jì)量特征的影響分異。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究區(qū)位于歐亞大陸典型草原核心區(qū)，內(nèi)蒙古錫林浩特市西北100 km小葉錦雞兒灌叢草原樣地(116°03′～116°07′ E，44°18′～44°25′ N)。研究區(qū)屬典型溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，冬季寒冷干燥(日均溫度-22℃)，夏季溫暖濕潤(rùn)(日均溫度19℃)。年降雨量為280～350 mm，降雨多集中在7—9月，占全年降水量的60%以上，無霜期90～100 d。地帶性土壤類型以暗栗鈣土為主，土層厚達(dá)1.0 m以上。地帶性植被屬溫性典型草原，植物群落以羊草為優(yōu)勢(shì)種，亞優(yōu)勢(shì)種有大針茅和糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)，伴生種有胡枝子(Lespedezabicolor)、知母(Anemarrhenaasphodeloides)、狗尾草(Setariaviridis)等。灌木植物以小葉錦雞兒為主，鑲嵌分布在典型草原基質(zhì)中，形成蓋度低于30%的小葉錦雞兒灌叢草原。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)處理

本研究中氮添加實(shí)驗(yàn)處理采用完全隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置6個(gè)水平氮添加處理，分別為0 g·m-2·a-1，2.5 g·m-2·a-1，5 g·m-2·a-1，10 g·m-2·a-1，15 g·m-2·a-1和20 g·m-2·a-1(文中標(biāo)記為CK，N2.5，N5，N10，N15，N20)，每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)，共計(jì)24個(gè)小區(qū)，實(shí)驗(yàn)小區(qū)面積均為50 m×20 m，相鄰小區(qū)留5 m寬的緩沖帶。在每個(gè)處理小區(qū)內(nèi)選取4叢灌木，分別在灌叢下與灌叢1 m外選取草本(文中標(biāo)記為灌叢下和灌叢間)，取樣時(shí)保證灌叢間草本樣品距離其他灌叢大于1 m。2018年6月開始處理氮添加實(shí)驗(yàn)，為保證施肥效果，施肥時(shí)間選擇在生長(zhǎng)季雨季來臨之前(通常在6月底大雨之前)，將預(yù)先稱好的尿素一次性均勻地施撒在樣方中，對(duì)照組不施肥。

圖1 研究區(qū)位置示意圖、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖及灌叢化草原植被景觀Fig.1 Location of experiment site,the experimental design and the shrub encroached steppe

1.3 樣品采集與元素測(cè)定

2019年7—8月，在每個(gè)實(shí)驗(yàn)小區(qū)中隨機(jī)選取4叢小葉錦雞兒，分別在灌叢間和灌叢下隨機(jī)選取20株健康、完整的羊草。將羊草齊地面剪下、裝入自封袋中，密封后放入黑暗冰箱保存，帶回實(shí)驗(yàn)室后按莖、葉分開，在65℃烘箱中烘干至恒重；然后將烘干的植物樣品用球磨儀研磨，過篩后用于全碳、氮、磷測(cè)定。采用重鉻酸鉀(外加熱法)測(cè)定樣品C含量，用凱氏定氮法測(cè)定樣品全N含量，用鉬銻抗比色法測(cè)定樣品全P含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本文使用SPSS Statistics 19軟件處理分析數(shù)據(jù)，采用線性混合效應(yīng)模型(Linear Mixed Model)檢驗(yàn)氮添加和灌叢斑塊對(duì)羊草群落養(yǎng)分含量與化學(xué)計(jì)量特征的影響，將灌叢作為氮添加的巢式因子。采用單因素方差分析法(One-Way ANOVA)分別檢驗(yàn)氮添加對(duì)灌叢間和灌叢下羊草莖葉C，N，P含量及其化學(xué)計(jì)量的影響；采用Pearson相關(guān)分析研究灌叢間和灌叢下羊草莖葉養(yǎng)分含量間的相關(guān)關(guān)系；采用OriginPro 8軟件作圖。

為了分析灌叢下和灌叢間羊草莖葉C，N，P養(yǎng)分含量間的變異，計(jì)算了對(duì)應(yīng)指標(biāo)的變異系數(shù)(CV，%)。

變異系數(shù)=(標(biāo)準(zhǔn)差/算數(shù)平均值)×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 氮添加對(duì)灌叢草原羊草莖葉C，N，P含量的影響

氮添加顯著影響羊草葉片N，P含量(P<0.05)，而對(duì)葉片C含量沒有顯著影響；灌叢斑塊對(duì)羊草葉片C，N，P含量影響顯著(P<0.05)；氮添加和灌叢斑塊的交互作用對(duì)羊草葉片C，N，P含量沒有顯著影響(表1)。氮添加使灌叢下羊草葉片N，P含量比灌叢間羊草葉片N，P含量分別顯著增加了19.3%，24.1%，而灌叢下羊草葉片C含量比灌叢間羊草葉片C含量顯著降低了4.0%。灌叢間羊草葉片N含量在19.30～22.55 g·kg-1之間，葉片P含量在0.74～0.97 g·kg-1之間，與對(duì)照組相比N10，N20處理下灌叢間羊草葉片N含量分別增加了12.4%和14.4%。灌叢下羊草葉片N含量在22.62～26.75 g·kg-1之間，葉片P含量在0.96～1.14 g·kg-1之間，其中N2.5處理下葉片P含量比對(duì)照降低了15.8%(圖2a，2b，2c)。

表1 氮添加和灌叢斑塊對(duì)羊草莖葉C，N，P含量及化學(xué)計(jì)量特征的影響Table 1 Effects of N addition,shrub patch and the interactions on the C,N,P concentration and the stoichiometric characteristics of L. chinensis

圖2 氮添加對(duì)小葉錦雞兒灌叢下和灌叢間羊草莖葉C，N，P含量的影響Fig.2 The effect of N addition rates and shrub patch on the C,N,P concentration of the leaves and stems of L. chinensis under the shrub patches and between the shrubs (mean±SE)注：不同字母表示氮素添加水平間差異顯著(P<0.05)，大寫字母表示灌叢下，小寫字母表示灌叢間。右上角小圖中***表示灌叢間及灌叢下差異極顯著(P<0.001)，**表示灌叢間及灌叢下差異極顯著(P<0.01)，*表示差異顯著(P<0.05)，ns表示沒有顯著差異(P>0.05)，下同Note:Different letters indicate significant differences among N addition treatments at 0.05 level,the capital and lowercase letters indicate under the shrub patches and between the shrubs,respectively;***,** and * indicate significant difference between shrub patch treatments at 0.001,0.01 and 0.05 level,respectively;ns means no significant different in the upper right figure,the same as below

氮添加顯著影響羊草莖C，N含量(P<0.05)，而對(duì)羊草莖P含量沒有顯著影響；灌叢斑塊顯著影響羊草莖N含量(P<0.05)，而對(duì)羊草莖C，P含量沒有顯著影響；氮添加和灌叢斑塊的交互作用顯著影響羊草莖N含量(P<0.05)，而對(duì)羊草莖C，P含量沒有顯著影響。灌叢間羊草莖N含量在12.45～16.22 g·kg-1，隨氮添加增加而增加，與對(duì)照相比N15和N20處理約增加了15.4%和30.2%；灌叢間羊草莖P含量在0.84～1.21 g·kg-1之間。灌叢下羊草莖N含量在12.33～14.00 g·kg-1之間，其P含量在0.93～1.11 g·kg-1之間，氮添加降低灌叢下羊草莖C含量，其中N15處理比對(duì)照降低了9.7%(圖2 d，e，f)。

2.2 氮添加對(duì)灌叢草原羊草莖葉化學(xué)計(jì)量特征的影響

氮添加及灌叢斑塊都顯著影響羊草葉片C∶N和C∶P(P<0.05)，而對(duì)羊草葉片N∶P沒有顯著影響；氮添加和灌叢斑塊的交互作用對(duì)羊草葉片N∶P，C∶N和C∶P均沒有顯著影響。隨氮添加水平的增加，灌叢間羊草葉片C∶N呈降低的趨勢(shì)，而N∶P呈增加的趨勢(shì)(圖3a，c)；灌叢間羊草葉片C∶P在N15處理下達(dá)最小值，比對(duì)照降低了9.5%(圖3b)。隨氮添加水平的增加，灌叢下羊草葉片化學(xué)計(jì)量變化趨勢(shì)均不顯著(圖3a，b，c)。

圖3 氮添加對(duì)灌叢下與灌叢間羊草莖葉C∶N，C∶P，N∶P的影響(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差)Fig.3 The effect of N addition rates on the C∶N,C∶P,N∶P of the leaves and stems of L. chinensis under the shrub patches and between the shrubs (mean±SE)

氮添加對(duì)羊草莖C∶N影響顯著(P<0.05)，而對(duì)莖N∶P和C∶P沒有顯著影響；灌叢斑塊對(duì)羊草莖C∶N，C∶P和N∶P沒有顯著影響，氮添加處理和灌叢斑塊的交互作用對(duì)羊草莖C∶N，C∶P，N∶P均沒有顯著影響。灌叢間及灌叢下羊草莖C∶N隨氮添加水平的增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，其中N10，N15和N20處理下灌叢間羊草莖C∶N比對(duì)照分別降低了16.6%，12.1%，21.2%(圖3d)。

2.3 氮添加對(duì)灌叢下與灌叢間羊草養(yǎng)分特征相關(guān)關(guān)系的影響

在灌叢間與灌叢下，羊草莖N含量與葉片N含量及莖葉P呈極顯著正相關(guān)(P<0.05)，莖P含量與葉片P含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，莖C含量與葉片C含量間無顯著相關(guān)性。灌叢下葉片N含量與葉片C含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與葉片P含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。但是，灌叢間羊草葉片N含量與葉片C和P含量均沒有顯著相關(guān)性(圖4)。

圖4 小葉錦雞兒灌叢間(a)及灌叢下(b)羊草莖葉C，N，P含量相關(guān)分析Fig.4 Pearson correlation analysis of C,N and P concentration of the leaves and stems of L. chinensis under the shrub patches and between the shrubs注：各元素含量的單位為g·kg-1，圖中綠色表示正相關(guān)，紅色表示負(fù)相關(guān)，圓圈面積越大相關(guān)性越強(qiáng)；**表示極顯著相關(guān)(P<0.01)，*表示顯著相關(guān)(P<0.05)Note:In the figure,green indicates positive correlation,red indicates negative correlation,and the larger the circle area,the stronger the correlation;** and * indicate significant correlation at 0.01 and 0.05 level,respectively

2.4 氮添加對(duì)灌叢下和灌叢間羊草養(yǎng)分含量與化學(xué)計(jì)量特征變異系數(shù)的影響

在不同氮添加處理下，灌叢間羊草莖葉C，N，P含量變異系數(shù)和化學(xué)計(jì)量特征變異系數(shù)均高于灌叢下相應(yīng)的變異系數(shù)。其中，灌叢間羊草葉片C含量的變異系數(shù)為2.95，為灌叢下羊草的2.2倍；灌叢間羊草葉N∶P的變異系數(shù)為4.94，為灌叢下羊草的1.6倍；灌叢間羊草莖C∶N和C∶P的變異系數(shù)分別達(dá)到11.28和15.11，為灌叢下羊草的1.8倍和2.2倍(表2)。

表2 不同氮添加水平下灌叢間及灌叢下羊草C，N，P含量的平均值和變異系數(shù)Table 2 Mean and coefficient of variation of the C,N,P concentration under different nitrogen addition rate for L. chinensis under the shrub patches and between the shrubs

3 討論

3.1 氮添加對(duì)小葉錦雞兒灌叢下、灌叢間羊草養(yǎng)分含量及其化學(xué)計(jì)量特征的影響

植物從土壤中吸收的氮元素占其總氮的45%～82%，氮添加會(huì)增加草原植物葉N含量[26-27]。本研究發(fā)現(xiàn)氮添加增加了灌叢間羊草莖葉N含量，降低了灌叢間羊草莖葉C∶N和葉片C∶P，而對(duì)灌叢間羊草莖葉N∶P沒有顯著影響，其中N20處理下植物莖、葉N含量比對(duì)照分別增加了30.2%和14.4%。本研究區(qū)的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)羊草葉片N含量隨著氮添加梯度的增加而增加[28]，但是氮添加對(duì)羊草葉片N∶P沒有顯著影響[29]。植物莖葉N，P元素均由根系從土壤中吸收而來，本研究所在區(qū)域?qū)儆诘叵拗频陌敫珊祬^(qū)，適量氮添加可以直接且高效的促進(jìn)植物對(duì)N的吸收。同時(shí)，在一定程度上可以促進(jìn)植物對(duì)P的吸收，植物N，P含量的增加使得其N∶P保持在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。C元素是植物結(jié)構(gòu)物質(zhì)且與N，P元素的代謝途徑不同，主要通過光合作用積累，在植物體內(nèi)較為穩(wěn)定，因此氮添加使得植物C∶P和C∶N降低了[30-31]。由于小葉錦雞兒為固氮植物，其庇護(hù)作用使叢下羊草生長(zhǎng)受氮素限制較小或是不受氮素限制但是可能受到磷限制，因此氮素添加對(duì)灌叢下羊草養(yǎng)分特征及化學(xué)計(jì)量特征影響不顯著，但是葉片P含量可能受氮添加的影響。

目前，關(guān)于植物P元素含量及N∶P對(duì)氮添加響應(yīng)的研究尚沒有統(tǒng)一結(jié)論。以往研究發(fā)現(xiàn)氮添加增加了半干旱草原區(qū)植物葉片P元素含量[32]，長(zhǎng)期氮添加在增加溫帶草甸草原羊草葉片N∶P和C∶P的同時(shí)降低了C∶N[33]，但是De Long等[34]和Zhan等[35]則發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期氮添加會(huì)加劇植物P脅迫，降低植物葉片P含量，增加植物N∶P。導(dǎo)致目前研究結(jié)果分異的原因可能是植物吸收的N，P元素均源于生存環(huán)境中的土壤溶液，適量氮添加可提高草原群落土壤磷酸酶活性，促進(jìn)植物對(duì)P元素的吸收，但長(zhǎng)期氮添加會(huì)使土壤酸化，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)環(huán)境養(yǎng)分失衡，限制植物對(duì)P素的吸收。另外，植物葉片P含量對(duì)氮添加的響應(yīng)具有滯后效應(yīng)，可能造成研究結(jié)果不一致[36-37]。

3.2 氮添加對(duì)小葉錦雞兒灌叢下、灌叢間羊草C，N，P相關(guān)關(guān)系的影響

在植物個(gè)體水平上，C，N，P的組成及分配是相互聯(lián)系的，其相互作用共同決定植物生長(zhǎng)發(fā)育過程[36]。宋彥濤等[38]研究發(fā)現(xiàn)松嫩草地80種草本植物的葉片N，P呈顯著正相關(guān)。Ma等[39]發(fā)現(xiàn)高寒草原多年生草本莖葉間N元素，以及莖葉間P元素含量都具有顯著相關(guān)性，但植物莖葉間C沒有顯著相關(guān)性。本研究發(fā)現(xiàn)，灌叢間及灌叢下羊草莖與葉片之間N含量、莖與葉片之間P含量、葉片P含量和莖N含量、以及莖N和P含量間均具有顯著正相關(guān)相關(guān)性。這些結(jié)果說明氮素添加與灌叢斑塊對(duì)植物莖葉間N，P含量的關(guān)系影響較弱，短期氮素添加對(duì)灌叢草原優(yōu)勢(shì)種的化學(xué)計(jì)量特征影響較小。這可能是因?yàn)橹参镌陂L(zhǎng)期進(jìn)化過程中，莖葉中N，P含量及比值已經(jīng)趨于穩(wěn)態(tài)，當(dāng)外界養(yǎng)分條件發(fā)生變化時(shí)，短時(shí)間內(nèi)植物會(huì)通過一系列生理調(diào)節(jié)，維持自身各器官中N，P含量相關(guān)關(guān)系，以維持在不斷變化的生長(zhǎng)環(huán)境中穩(wěn)定化學(xué)計(jì)量特征[40]。

此外，我們還發(fā)現(xiàn)灌叢下羊草莖葉C含量與莖葉N含量呈顯著負(fù)相關(guān)，而與莖葉P含量沒有顯著相關(guān)性；灌叢間羊草莖、葉片C含量與N，P含量均沒有顯著相關(guān)性。這表明羊草莖葉N，P元素間具有穩(wěn)定的比例關(guān)系，而植物C元素與N，P元素關(guān)系相對(duì)偏弱，這可能是由于植物C同化過程與N，P養(yǎng)分吸收過程隸屬于不同代謝途徑所導(dǎo)致的[41-42]，也間接說明短期氮素添加對(duì)元素關(guān)系影響是比較弱，需要長(zhǎng)期的研究才能發(fā)現(xiàn)氮添加影響的過程機(jī)理。

3.3 灌叢削弱氮添加對(duì)羊草養(yǎng)分含量及化學(xué)計(jì)量特征的影響

不同植物器官具有不同功能，莖部主要起支撐及輸導(dǎo)作用，葉片是植物進(jìn)行光合和呼吸作用等重要生命活動(dòng)的主要場(chǎng)所，對(duì)植物的生長(zhǎng)及繁殖過程起決定性作用。本研究發(fā)現(xiàn)，灌叢下、灌叢間羊草葉片N含量及N∶P均比莖高。與莖相比，植物葉片具有較高的N，P含量以及N∶P穩(wěn)態(tài)，本研究結(jié)果也證明了代謝活躍的器官對(duì)N，P元素的需求高[39,43]。在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中羊草已形成了較優(yōu)氮素分配策略，會(huì)優(yōu)先將N元素分配給代謝旺盛的葉片組織，提高植物葉片堅(jiān)韌程度和光合能力，確保葉片中各種生理代謝活動(dòng)的有序運(yùn)行，維持植物健康生長(zhǎng)及種族延續(xù)。這種養(yǎng)分分配模式是植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中形成的，不會(huì)輕易受外界環(huán)境的影響[44-46]。本研究發(fā)現(xiàn)灌叢下羊草葉片N，P含量比灌叢間羊草分別增加了19.3%和24.1%，但是灌叢間和灌叢下羊草莖C，N，P含量均沒有顯著差異，表明灌叢斑塊主要影響植物葉片N，P含量，對(duì)植物莖C，N，P元素含量沒有影響。灌叢下羊草葉片N，P含量均比灌叢間羊草葉片N，P含量高，可能是因?yàn)楣痰参镄∪~錦雞兒對(duì)其叢下草本有庇護(hù)作用，即小葉錦雞兒灌叢化過程會(huì)改善灌叢下植物的養(yǎng)分環(huán)境，促進(jìn)草本植物N和P優(yōu)先供給于活躍的葉片器官[47]。

本研究發(fā)現(xiàn)氮添加降低了灌叢間羊草葉片C∶P和C∶N及灌叢下羊草葉片P含量，而對(duì)灌叢下羊草莖葉N含量以及莖葉C∶N和C∶P均無顯著影響，這可能受小葉錦雞兒灌叢化影響。小葉錦雞兒灌叢化過程中，改善了灌叢下羊草的水分和養(yǎng)分條件，并且使氮素不再是灌叢下羊草生長(zhǎng)的主要限制因素，但上層灌叢對(duì)光照的遮擋作用會(huì)對(duì)灌叢下羊草造成弱光脅迫，限制植物光合及呼吸作用[48-49]。灌叢下羊草為保證自身的生長(zhǎng)發(fā)育，需要復(fù)制和轉(zhuǎn)錄大量遺傳物種核酸(P)以增加光競(jìng)爭(zhēng)能力，這個(gè)調(diào)節(jié)過程會(huì)稀釋植物葉片中P元素的含量[40]。前人對(duì)內(nèi)蒙古小葉錦雞兒灌叢化草原的研究發(fā)現(xiàn)灌叢斑塊田間持水量、土壤有效水量、土壤有機(jī)碳和土壤全氮均比灌叢間增加，表明小葉錦雞兒灌叢在建成過程中，會(huì)提高灌叢斑塊下土壤水養(yǎng)條件，并進(jìn)一步影響植物葉片養(yǎng)分含量[50-52]。此外，我們還發(fā)現(xiàn)不同水平氮添加處理下，灌叢間羊草C，N，P養(yǎng)分含量的變異系數(shù)均高于灌叢下的，進(jìn)一步證實(shí)了灌叢化會(huì)削弱氮添加對(duì)羊草養(yǎng)分含量及化學(xué)計(jì)量的影響[53]。

4 結(jié)論

氮添加對(duì)灌叢下和灌叢間羊草C，N，P含量及其化學(xué)計(jì)量特征的影響存在分異。氮添加顯著增加了灌叢間羊草葉片N含量，20 g·m-2·a-1處理下灌叢間羊草莖N含量，葉N含量比對(duì)照分別增加了30.2%，14.4%；氮添加顯著降低了灌叢間羊草莖葉C∶P和C∶N，10 g·m-2·a-1處理下灌叢間羊草葉片C∶N比對(duì)照降低了13.2%，15 g·m-2·a-1處理下灌叢間羊草C∶P比對(duì)照降低了9.5%。但是氮添加對(duì)灌叢下羊草莖葉N含量及莖葉化學(xué)計(jì)量特征沒有顯著影響。在氮添加與灌叢共同影響下，羊草莖葉C∶N，C∶P和N∶P均沒有變化。因此，固氮灌木小葉錦雞兒的存在降低了氮添加對(duì)叢下羊草莖葉養(yǎng)分含量與化學(xué)計(jì)量特征的影響，隨著固氮植物小葉錦雞兒灌叢的不斷擴(kuò)張，可能會(huì)緩解氮素對(duì)草原植物的限制。灌叢化可能會(huì)削弱氮添加對(duì)草本植物的促進(jìn)作用。