全 文 :书犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫2014369 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
杨月娟,张灏,周华坤,叶鑫,姚步青,张春辉,马真,赵新全.青藏高原高寒草甸花期物候和群落结构对氮、磷、钾添加的短期响应.草业学报,2015,
24(8):3543.
YangYJ,ZhangH,ZhouHK,YeX,YaoBQ,ZhangCH,MaZ,ZhaoXQ.Shorttermresponsesoffloweringphenologyandcommunitystruc
turetonitrogen,phosphorusandpotassiuminanalpinemeadowontheQinghai-TibetanPlateau.ActaPrataculturaeSinica,2015,24(8):3543.
青藏高原高寒草甸花期物候和群落结构对
氮、磷、钾添加的短期响应
杨月娟1,2,张灏3,周华坤1,叶鑫2,4,姚步青1,张春辉1,马真1,赵新全1
(1.中国科学院西北高原生物研究所,青海 西宁810008;2.中国科学院大学,北京100049;3.山西农业大学园艺学院,
山西 太谷030801;4.中国科学院生态环境研究中心,北京100085)
摘要:在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站的矮嵩草草甸水肥样地进行了氮、磷、钾施肥添加试验,研究了
施肥对植物花期物候和群落结构的影响。结果表明,施肥使矮嵩草草甸有效积温增加,地下5cm和地上10cm有
效积温的大小均为:氮>磷>钾>对照;施肥使垂穗披碱草、甘青剪股颖、冷地早熟禾、矮嵩草、黑褐薹草、双柱头
草、美丽风毛菊的始花期、终花期显著推迟(犘<0.05),而鹅绒委陵菜和麻花艽的始花期、终花期显著提前(犘<
0.05);施肥后禾草的花期持续期小于莎草和杂类草;与对照相比,垂穗披碱草-麻花艽、垂穗披碱草-美丽风毛
菊、甘青剪股颖-麻花艽和冷地早熟禾-麻花艽的开花时间(始花期)上的差异变小,种间开花时间重叠增加;非度
量多维尺度分析的检验结果为,对照、钾、磷和氮处理下其群落之间的相似程度逐渐降低,添加氮、磷促进了非相似
性群落的形成。熵值法综合评价分析得出,对矮嵩草草甸添加氮、磷后,花期物候响应较为敏感的物种为:垂穗披
碱草、矮嵩草、麻花艽和美丽风毛菊。
关键词:施肥;始花期;终花期;非度量多维尺度分析;熵值法
犛犺狅狉狋狋犲狉犿狉犲狊狆狅狀狊犲狊狅犳犳犾狅狑犲狉犻狀犵狆犺犲狀狅犾狅犵狔犪狀犱犮狅犿犿狌狀犻狋狔狊狋狉狌犮狋狌狉犲狋狅狀犻狋狉狅犵犲狀,
狆犺狅狊狆犺狅狉狌狊犪狀犱狆狅狋犪狊狊犻狌犿犻狀犪狀犪犾狆犻狀犲犿犲犪犱狅狑狅狀狋犺犲犙犻狀犵犺犪犻-犜犻犫犲狋犪狀犘犾犪狋犲犪狌
YANGYueJuan1,2,ZHANG Hao3,ZHOU HuaKun1,YEXin2,4,YAOBuQing1,ZHANGChun
Hui1,MAZhen1,ZHAOXinQuan1
1.犖狅狉狋犺狑犲狊狋犘犾犪狋犲犪狌犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犅犻狅犾狅犵狔,犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊,犡犻狀犻狀犵810008,犆犺犻狀犪;2.犌狉犪犱狌犪狋犲犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犆犺犻
狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊,犅犲犻犼犻狀犵100049,犆犺犻狀犪;3.犛犺犪狀狓犻犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,犎狅狉狋犻犮狌犾狋狌狉犲犆狅犾犾犲犵犲,犜犪犻犵狌030801,犆犺犻
狀犪;4.犚犲狊犲犪狉犮犺犆犲狀狋犲狉犳狅狉犈犮狅犈狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犛犮犻犲狀犮犲狊,犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊,犅犲犻犼犻狀犵100085,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:Fertilizers(N,P&K)wereappliedtoa犓狅犫狉犲狊犻犪犺狌犿犻犾犻狊meadowattheHaibeiAlpineMeadowE
cosystemResearchStationtodeterminetheeffectsoffertilizeronplantfloweringphenologyandcommunity
structure.Fertilizerapplicationincreasedtheeffectiveaccumulatedsoiltemperatureat5and10cmdepth:ni
trogen>phosphorus>potassium>controltreatment.Thefirstfloweingdayandendfloweringdaywasdelayed
inanumberofplantspeciesincluding犈犾狔犿狌狊狀狌狋犪狀狊,犃犵狉狅狊狋犻狊犺狌犵狅狀犻犪狀犪,犘狅犪犮狉狔犿狅狆犺犻犾犪,犓狅犫狉犲狊犻犪犺狌犿犻
第24卷 第8期
Vol.24,No.8
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
2015年8月
Aug,2015
收稿日期:20140828;改回日期:20141015
基金项目:国家自然科学基金项目(31172247,31201836,31472135),青海省自然科学基金项目(2013Z916),国家科技支撑课题专题
(2011BAC09B0602,2012BAD13B01,2014BAC05B03),中科院战略性先导科技专项子课题(XDA05070202)和青海省重点实验室发
展专项资金计划(2014ZY01)资助。
作者简介:杨月娟(1988),女,山东青岛人,在读硕士。Email:yangyuejuan198907@163.com。张灏(1988),男,山东潍坊人,在读硕士。
Email:582545295@qq.com。共同第一作者Theseauthorscontributedequalytothiswork.
通讯作者Correspondingauthor.Email:729492987@qq.com
犾犻狊,犆犪狉犲狓犪狋狉狅犳狌狊犮犪,犛犮犻狉狆狌狊犱犻狊狋犻犵犿犪狋犻犮狌狊and犛犪狌狊狊狌狉犲犪狊狌狆犲狉犫(犘<0.05),whereasin犘狅狋犲狀狋犻犾犾犪犪狀狊犲狉犻狀犲
andGentianastramineafloweringwasadvanced(犘<0.05).FloweringdurationinGramineaewaslowerthan
inCyperaceaeandForbsfolowingfertilizerapplication.Theapplicationofnitrogenandphosphoruspromoted
theformationofaheterogeneouscommunity.Heterogeneity,assessedusingnonmetricmultidimensionalscal
ing,waslowestincontrolfertilizertreatmentsfolowedbypotassium,phosphorus,andfinalynitrogenappli
cation.Itwasconcludedthat犈.狀狌狋犪狀狊,犓.犺狌犿犻犾犻狊,犌.狊狋狉犪犿犻狀犲犪and犛.狊狌狆犲狉犫weresensitivetotheapplica
tionofnitrogenandphosphorusin犓.犺狌犿犻犾犻狊meadow.
犓犲狔狑狅狉犱狊:fertilization;firstfloweringday;endfloweringday;nonmetricmultidimensionalscaling;entropy
method
植物的开花时间是植物生活史中最重要的阶段,花期紧密地连接着营养生长和生殖生长,植物花期的变化会
影响到植物的表现以及适合度进而影响到群落结构和功能[12]。草地施肥是维持草地生态系统养分平衡的有效
措施[3],是目前加速退化草地恢复重建的关键技术措施之一[4]。合理的草地施肥可以提高牧草的生物量和品质,
有助于草地生产力的恢复和提高[56]。尽管已有研究表明,环境变化会对植物物候产生较大影响[78],且有关环境
变化对植物物候期影响的研究较为普遍[911],但目前关于环境变化对花期物候的影响尚无明确定论[1214]。近年
来的研究表明,土壤养分的增加会引起植物物候的变化[15],草地群落研究中却很少涉及施肥对草地群落花期物
候的影响。Cleland等[15]在草地群落的试验表明,施氮使杂类草开花期轻度提前,而禾草开花期显著推迟,即增
加土壤肥力,禾草营养生长期显著延长而繁殖生长期相应推迟。李元恒[16]在内蒙古草原的研究表明,单施氮肥
或磷肥使禾草开花期显著提前,但对其生殖生长持续期无显著影响,同时施氮肥和磷肥使禾草开花期显著提前,
生殖生长持续期延长。高寒草甸由于其特殊地理和气候条件,生态系统脆弱,植物物候对环境因子的变化较为敏
感,研究高寒地区植物物候对环境变化的响应,可以预测其他区域植物物候的变化情况,具有重要的理论和实践
意义。
本研究通过对围栏封育的矮嵩草(犓狅犫狉犲狊犻犪犺狌犿犻犾犻狊)草甸采用不同的施肥处理,研究添加土壤速效养分对高
寒草甸花期物候(始花期、终花期、花期持续期)和群落结构的影响,拟回答3个问题:1)矮嵩草草甸植物花期物候
对N、P、K添加的响应特征是什么?2)土壤养分环境变化对群落结构的影响程度如何?3)矮嵩草草甸植物群落
有哪些植物种对土壤速效养分添加响应较为敏感?
1 材料与方法
1.1 研究区概况
试验选择在中国科学院海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站(简称海北站)附近区域进行。海北
站地理坐标N37°37′,E101°19′。地处青藏高原东北隅,祁连山东段北支冷龙岭南麓,大通河河谷的西北部,位
于青海省海北藏族自治州门源回族自治县境内的风匣口。该地区海拔3200~3600m,站区以低山、丘陵、滩地和
河流阶地为主,受高海拔条件的制约,气候具有明显的高原大陆性特点,无四季之分,仅有冷暖二季之别,干湿季
分明,年温差较小而日温差较大,太阳辐射强烈[17]。青藏高原隆起过程所形成的特殊自然环境,造就了适应寒冷
湿中生的多年生草本植物种类,定位站地区约有种子植物500余种,其中以禾本科、菊科、龙胆科和毛茛科最多,
其次为莎草科、蔷薇科和豆科,其中高寒草甸的优势种群为莎草科的嵩草属[18]。矮嵩草草甸是该地区主要草场
类型之一,禾本科牧草在此植物群落组成和生物量分配中的比例较大,在高原草地畜牧业生产中具有重要的地
位,具有高蛋白、高脂肪、高无氮浸出物、高热值含量与低纤维等四高一低的特点,是发展草地畜牧业的物质基
础[19]。土壤特征主要表现为发育较年轻,土层薄,pH值多在7以上,土壤库内N、P、K储量丰富,土壤潜在肥力
高,但营养物的矿化过程微弱,所以养分有效率低,尤其是速效性N、P含量[20]。
1.2 试验设计
在围栏样地中按单因素设计试验,试验采用国际养分网络(nutrientnetwork)的施肥处理设计[21],3个养分
[氮(N)、磷(P)、钾(K)]添加处理,共4个处理[N、P、K、CK(对照)],每个处理重复6次,共24个小区。每个小
63 草 业 学 报 第24卷
区面积为6m×6m,各小区间有2m 的缓冲带,缓冲
带不施肥,各区的四角用木桩作标记。施肥时间选择
在生长期中期的一个阴雨天或晴天的傍晚进行,雨水
或次日形成的露水使得肥料融化,以保证植物对肥料
的有效利用。施肥的日期分别为2009年7月15日、
2010年7月5日,施肥的方法是用手工均匀地撒在地
表[22]。施肥量按照国际养分网络(nutrientnetwork)
上认可的标准进行配比[23],每年的施肥量经折算后,
见表1。
表1 试验小区化肥施加量
犜犪犫犾犲1 犜犺犲犪犿狅狌狀狋狅犳犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉犪狆狆犾犻犲犱犪狋狆犾狅狋
处理
Treatment
养分形态
Nutrientform
施肥量Fertilization
amount(g/36m2·year)
CK - -
N 尿素CO(NH2)2 771.43
P 磷酸一钙Ca(H2PO4)2·H2O 1464.39
K 硫酸钾 K2SO4 802.40
1.3 研究方法
1.3.1 测定方法 在2010年,选用HOBO温度自动记录仪对生长季各月的温度进行记录,选用两个层次:地
下5cm和地上10cm,每两小时自动记录一次。物候观测从群落返青开始到群落中多数植物种凋落时结束。由
于选择的植物包括禾本科、莎草科和杂类草,为了便于统计和比较其物候期,将禾本科植物的拔节、抽穗、开花期
合并为开花期,即物候的选择包括:返青营养期、花蕾开花期、结实期、果后营养期、枯黄期。实验采用定株标记的
方法进行物候观测,标记植物主要为矮嵩草草甸的优势种和常见种,具有一定的代表性。其中,禾本科植物3种,
分别是垂穗披碱草(犈犾狔犿狌狊狀狌狋犪狀狊)、甘青剪股颖(犃犵狉狅狊狋犻狊犺狌犵狅狀犻犪狀犪)、冷地早熟禾(犘狅犪犮狉狔犿狅狆犺犻犾犪);莎草科
植物3种,分别是矮嵩草、黑褐薹草(犆犪狉犲狓犪狋狉狅犳狌狊犮犪)、双柱头草(犛犮犻狉狆狌狊犱犻狊狋犻犵犿犪狋犻犮狌狊);杂类草3种,分别是
麻花艽(犌犲狀狋犻犪狀犪狊狋狉犪犿犻狀犲犪)、美丽风毛菊(犛犪狌狊狊狌狉犲犪狊狌狆犲狉犫犪)、鹅绒委陵菜(犘狅狋犲狀狋犻犾犾犪犪狀狊犲狉犻狀犪)。每个处理中
的同种标记个数大于12株或3~5丛。对每个种选定个体时考虑种内个体差异、生境差异和分布位置差异,以避
免在同一个样方或相邻样方中集中定株。
2010年完成21轮物候观测,每轮物候观测开始日期(月.日):4.27、5.3、5.8、5.15、5.22、5.30、6.7、6.15、
6.21、6.30、7.8、7.17、7.25、7.30、8.7、8.15、8.21、8.28、9.10、9.16、9.27。第1次观察到物种某一物候期的出现
日期记为该种该物候期的开始日,而把最后1次观测到的日期记为该物候期的结束日,某一物候期的持续时间为
从开始日到结束日之间的间隔期[24]。
1.3.2 计算方法 根据逐日平均气温,采用五日滑动平均法计算有效积温[25]。用儒略历(Juliancalendar)计
数法(1月1日为1年中第1天)进行物候期统计分析。N、P、K施肥处理下,矮嵩草草甸植物种始花期(first
floweringdate,FFD)变化和终花期(endfloweringdate,EFD)变化分别表示为:FFDX-FFDCK和 EFDX-
EFDCK,FFDX 和EFDX 分别表示某一物种在N、P、K添加处理中的始花期和终花期,FFDCK和EFDCK分别表示某
一物种在未施肥中的始花期和终花期,差值为正值表示物种的始(终)花期推迟,差值为负值表示始(终)花期提
前。不同施肥处理下矮嵩草草甸禾草和杂类草开花时间差异表示为:|FFDG-FFDF|,FFDG 和FFDF 分别表示
在CK、N、P、K处理下禾草和杂类草的始花期。
1.4 数据分析
采用SAS9.2分别对矮嵩草草甸植物始花期、终花期进行单因素四水平设计一元定量资料差异性检验。采
用SAS9.2实现非度量多维尺度分析(nonmetricmultidimensionalscaling,NMDS)检验土壤养分添加对花期物
候加权的群落结构相似性的影响,采用熵值法(entropymethod)综合评价分析植物群落中对土壤养分添加响应
较为敏感的物种。
2 结果与分析
2.1 不同施肥处理对矮嵩草草甸有效积温的影响
从表2可以看出,施肥使矮嵩草草甸≥10℃有效积温(以下简称有效积温)增加,地下5cm和地上10cm有
效积温的大小均为:N>P>K>CK。与 CK 相比,地下5cm 时,N 施肥处理有效积温增加的幅度最大
(24.35%),K施肥处理有效积温增加的幅度最小(1.54%),而地上10cm时,亦N施肥处理有效积温增加的幅
73第8期 杨月娟 等:青藏高原高寒草甸花期物候和群落结构对氮、磷、钾添加的短期响应
度最大(20.36%),K施肥处理有效积温增加的幅度最
小(2.81%)。
2.2 不同施肥处理对矮嵩草草甸花期物候的影响
2.2.1 不同施肥处理对矮嵩草草甸始花期的影响
由表3和图1可以看出,施肥使垂穗披碱草、甘青剪
股颖、冷地早熟禾、矮嵩草、黑褐薹草、双柱头草、美
丽风毛菊始花期显著推迟(犘<0.05),而鹅绒委陵菜
表2 不同施肥处理下矮嵩草草甸的有效积温
犜犪犫犾犲2 犈犳犳犲犮狋犻狏犲狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狅犳犓.犺狌犿犻犾犻狊犿犲犪犱狅狑
狌狀犱犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犳犲狉狋犻犾犻狕犻狀犵狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊 ℃
处理层次
Processinglevel
施肥处理Fertilizationtreatments
CK N P K
-5cm 225.4657 280.3680 249.1907 228.9311
10cm 249.5691 300.3799 263.2046 256.5843
和麻花艽的始花期显著提前(犘<0.05)。在N、P、K
图1 不同施肥处理下矮嵩草草甸始花期的变化
犉犻犵.1 犆犺犪狀犵犲狊狅犳犳犻狉狊狋犳犾狅狑犲狉犻狀犵犱犪狔狅犳犓.犺狌犿犻犾犻狊
犿犲犪犱狅狑犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犳犲狉狋犻犾犻狕犪狋犻狅狀狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
En:垂穗披碱草犈.狀狌狋犪狀狊;Ah:甘青剪股颖犃.犺狌犵狅狀犻犪狀犪;Pc:冷地
早熟禾犘.犮狉狔犿狅狆犺犻犾犪;Kh:矮蒿草 犓.犺狌犿犻犾犻狊;Ca:黑褐薹草犆.犪狋
狉狅犳狌狊犮犪;Sd:双柱头草犛.犱犻狊狋犻犵犿犪狋犻犮狌狊;Gs:麻花艽犌.狊狋狉犪犿犻狀犲犪;
Ss:美丽风毛菊犛.狊狌狆犲狉犫犪;Pa:鹅绒委陵菜犘.犪狀狊犲狉犻狀犲.不同小写字母
表示同一植物不同处理间差异显著(犘<0.05)。Differentlowercase
lettersindicatesignificantdifferenceat0.05levelwithindifferenttreat
mentsofthesameplant.下同。Thesamebelow.
添加处理下,垂穗披碱草、甘青剪股颖、冷地早熟禾始
花期比对照分别推迟15,11,8d;17,6,9d;6,2,4d,
矮嵩草、黑褐薹草、双柱头草始花期分别推迟13,
11,3d;5,2,2d;10,5,3d,而杂草类始花期对养分添
加的响应不一致,美丽风毛菊始花期推迟14,9,1d,麻
花艽和鹅绒委陵菜始花期分别提前13,9,10d;3,5,4
d。在N添加处理下,禾草(垂穗披碱草、甘青剪股颖
和冷地早熟禾)和双柱头草始花期与P、K均有显著
差异,而美丽风毛菊 N、P、K处理之间的始花期均有
显著差异,鹅绒委陵菜 N、P、K处理之间的始花期均
未达显著差异水平。
2.2.2 不同施肥处理对矮嵩草草甸终花期的影响
由表4和图2可以看出,施肥使垂穗披碱草、甘青剪
股颖、冷地早熟禾、矮嵩草、黑褐薹草、双柱头草、美
丽风毛菊终花期显著推迟(犘<0.05),而鹅绒委陵菜
和麻花艽的终花期显著提前(犘<0.05)。在 N、P、K
添加处理下,垂穗披碱草、甘青剪股颖、冷地早熟禾终
花期比对照分别推迟21,13,4d;5,3,2d;5,2,3d,矮嵩
草、黑褐薹草、双柱头草终花期分别推迟19,12,4d;
表3 不同施肥处理对矮嵩草草甸始花期的影响
犜犪犫犾犲3 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋犳犲狉狋犻犾犻狕犪狋犻狅狀狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊狅狀犳犻狉狊狋犳犾狅狑犲狉犻狀犵犱犪狔狅犳犓.犺狌犿犻犾犻狊犿犲犪犱狅狑 d
物种
Species
施肥处理Fertilizationtreatments
CK N P K
垂穗披碱草犈.狀狌狋犪狀狊 205±1.31c 220±2.77a 216±1.98b 213±4.55b
甘青剪股颖犃.犺狌犵狅狀犻犪狀犪 192±3.60c 209±3.12a 198±1.11b 201±4.27b
冷地早熟禾犘.犮狉狔犿狅狆犺犻犾犪 197±1.45cd 203±1.58a 199±3.47bc 201±1.22ab
矮嵩草犓.犺狌犿犻犾犻狊 159±6.29bc 172±3.37a 170±2.44a 162±3.58b
黑褐薹草犆.犪狋狉狅犳狌狊犮犪 173±1.55b 178±5.02a 175±3.81b 175±5.13b
双柱头草犛.犱犻狊狋犻犵犿犪狋犻犮狌狊 165±3.54c 175±6.38a 170±3.59b 168±1.02bc
麻花艽犌.狊狋狉犪犿犻狀犲犪 259±3.60a 246±1.48c 250±1.87b 249±4.17c
美丽风毛菊犛.狊狌狆犲狉犫犪 240±2.10c 254±7.15a 249±5.11b 241±6.82c
鹅绒委陵菜犘.犪狀狊犲狉犻狀犪 192±4.39a 189±2.73b 187±5.40b 188±4.26b
注:同行不同小写字母表示不同处理间差异显著(犘<0.05),下同。
Note:Differentlowercaselettersinthesamelineindicatesignificantdifferenceat0.05levelwithindifferenttreatments.Thesamebelow.
83 草 业 学 报 第24卷
表4 不同施肥处理对矮嵩草草甸终花期的影响
犜犪犫犾犲4 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋犳犲狉狋犻犾犻狕犪狋犻狅狀狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊狅狀犲狀犱犳犾狅狑犲狉犻狀犵犱犪狔狅犳犓.犺狌犿犻犾犻狊犿犲犪犱狅狑 d
物种
Species
施肥处理Fertilizationtreatments
CK N P K
垂穗披碱草犈.狀狌狋犪狀狊 217±3.30d 238±5.82a 230±4.31b 221±1.21c
甘青剪股颖犃.犺狌犵狅狀犻犪狀犪 220±4.63b 225±8.61a 223±3.52ab 222±1.88ab
冷地早熟禾犘.犮狉狔犿狅狆犺犻犾犪 216±1.45b 221±3.25a 218±2.81ab 219±7.07ab
矮嵩草犓.犺狌犿犻犾犻狊 176±4.29d 195±3.66a 188±2.71b 180±2.90c
黑褐薹草犆.犪狋狉狅犳狌狊犮犪 189±2.05cd 200±2.76a 193±1.67b 190±3.78bc
双柱头草犛.犱犻狊狋犻犵犿犪狋犻犮狌狊 190±2.37cd 197±5.75a 192±3.82bc 194±4.60ab
麻花艽犌.狊狋狉犪犿犻狀犲犪 281±3.46a 268±1.49d 273±7.32c 279±1.95b
美丽风毛菊犛.狊狌狆犲狉犫犪 259±2.57d 279±5.29a 270±3.81b 265±4.80c
鹅绒委陵菜犘.犪狀狊犲狉犻狀犪 227±3.16a 219±2.58b 216±3.87b 217±1.74b
11,4,1d;7,2,4d,美丽风毛菊终花期推迟20,11,6d,
图2 不同施肥处理下矮嵩草草甸终花期的变化
犉犻犵.2 犆犺犪狀犵犲狊狅犳犲狀犱犳犾狅狑犲狉犻狀犵犱犪狔狅犳犓.犺狌犿犻犾犻狊
犿犲犪犱狅狑犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋犳犲狉狋犻犾犻狕犪狋犻狅狀狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
麻花艽和鹅绒委陵菜终花期分别提前13,8,2d;8,11,
10d。在N添加处理下,黑褐薹草终花期与P、K有显
著差异,而垂穗披碱草、矮嵩草、麻花艽和美丽风毛菊
N、P、K处理之间的终花期均有显著差异,鹅绒委陵菜
N、P、K处理之间的终花期均未达显著差异水平。
2.2.3 不同施肥处理下矮嵩草草甸植物的花期持续
期 由表5可得,矮嵩草、黑褐薹草、美丽风毛菊在
N、P、K添加下的花期持续期均大于CK,分别增加了
6,1,1d;6,2,1d;6,2,5d;甘青剪股颖、鹅绒委陵菜在
N、P、K添加下的花期持续期均小于对照,分别减少了
12,3,9d;5,6,6d;而冷地早熟禾在P添加处理下的
花期持续期等于CK,在N、K中减少;麻花艽在N添
加处理下的花期持续期等于CK,在P、K中增加;双柱
头草的花期持续期在 N、P中减少,在 K中增加。
总体上相比较而言,施肥后禾草花期持续期小于莎草
和杂类草的花期持续期。
2.2.4 不同施肥处理对矮嵩草草甸禾草和杂类草开
花时间差异的影响 自然群落中该研究区域的禾本
科类植物(垂穗披碱草、甘青剪股颖和冷地早熟禾)的
开花时间明显地早于杂类草(麻花艽、美丽风毛菊、鹅
绒委陵菜)的开花时间,但是在 N、P、K添加处理下
(图3),垂穗披碱草-麻花艽、垂穗披碱草-美丽凤毛
菊、甘青剪股颖-麻花艽和冷地早熟禾-麻花艽的开
花时间(始花期)上的差异均显著小于各自CK(犘<
0.05),增加了开花时间上的重叠,潜在的增加了群落
中植物对资源的竞争,可能会引起植物在繁殖及相互
竞争、共存上的新格局。
表5 不同施肥处理下矮嵩草草甸植物的花期持续期
犜犪犫犾犲5 犉犾狅狑犲狉犻狀犵犾犪狊狋犻狀犵犱犪狔狊狅犳犓.犺狌犿犻犾犻狊犿犲犪犱狅狑狌狀犱犲狉
犱犻犳犳犲狉犲狀狋犳犲狉狋犻犾犻狕犲狉狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊 d
物种
Species
施肥处理Fertilizationtreatments
CK N P K
垂穗披碱草犈.狀狌狋犪狀狊 12 18 14 8
甘青剪股颖犃.犺狌犵狅狀犻犪狀犪 28 16 25 19
冷地早熟禾犘.犮狉狔犿狅狆犺犻犾犪 19 18 19 18
矮嵩草犓.犺狌犿犻犾犻狊 17 23 18 18
黑褐薹草犆.犪狋狉狅犳狌狊犮犪 16 22 18 17
双柱头草犛.犱犻狊狋犻犵犿犪狋犻犮狌狊 25 22 22 26
麻花艽犌.狊狋狉犪犿犻狀犲犪 22 22 23 30
美丽风毛菊犛.狊狌狆犲狉犫犪 19 25 21 24
鹅绒委陵菜犘.犪狀狊犲狉犻狀犪 35 30 29 29
93第8期 杨月娟 等:青藏高原高寒草甸花期物候和群落结构对氮、磷、钾添加的短期响应
图3 不同施肥处理对矮嵩草草甸禾草和杂类草开花时间差异的影响
犉犻犵.3 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋犳犲狉狋犻犾犻狕犪狋犻狅狀狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊狅狀犪狀狋犺犲狊犻狊犱犻犳犳犲狉犲狀犮犲狅犳犌狉犪犿犻狀犲犪犲犪狀犱犉狅狉犫狊犻狀犓.犺狌犿犻犾犻狊犿犲犪犱狅狑
2.3 矮嵩草草甸群落结构相似性在N、P、K添加下
图4 矮嵩草草甸群落结构相似性在犖、犘、犓添加下的
非度量多维尺度分析排序(应力=0.039)
犉犻犵.4 犖狅狀犿犲狋狉犻犮犿狌犾狋犻犱犻犿犲狀狊犻狅狀犪犾狊犮犪犾犻狀犵狅狉犱犻狀犪狋犻狅狀狅犳
犓.犺狌犿犻犾犻狊犿犲犪犱狅狑犮狅犿犿狌狀犻狋狔狊犻犿犻犾犪狉犻狋狔犪犿狅狀犵狀犻狋狉狅犵犲狀,
狆犺狅狊狆犺狅狉狌狊犪狀犱狆狅狋犪狊狊犻狌犿犪犱犱犻狋犻狅狀犵狉犪犱犻犲狀狋
(狊狋狉犲狊狊狏犪犾狌犲=0.039)
同一曲线上从左至右的21个点表示群落内物候观测次序,从2010年
4月27日—2010年9月27日共21次观测。21pointsfromlefttoright
ofthesamecurveindicatetheorderofphenologyobservationfromApril
27thtoSeptember27thof2010,21observationtimesinal.
的非度量多维尺度分析排序
非度量多维尺度分析排序检验了CK、N、P、K添
加对群落结构的影响(图4),4条不同的曲线分别表示
了非度量多维尺度分析排序呈现出的4个养分添加处
理(CK、N、P、K)下群落之间在花期的群落结构相似
性分离程度,应力=0.039,说明非度量多维尺度分析
拟合矮嵩草草甸群落结构相似性较好。结果表明,在
不同养分添加下,群落结构有显著差异,CK、K、P和N
群落之间的相似程度逐渐降低,CK群落与K群落的
相似程度大于P群落、N群落,群落每次物候观测之
间的相似性也变低。这说明N、P添加后矮嵩草草甸
群落的物候和群落物种组成的变化较为剧烈,群落物
候偏移,促进非相似性群落的形成。
2.4 熵值法综合评价N、P施肥处理下矮嵩草草甸群
落花期物候响应敏感的物种
由于K在青藏高原高寒地区并不是限制因子,所
以仅筛选出对添加N、P响应较为敏感的植物种,研究
植物物候对环境条件变化的响应特征,为以后对其作进一步研究提供依据。采用熵值法确定各指标(始花期、终
花期和花期持续期)的权重,综合评价分析对N、P添加敏感的物种。物候作为一种物种性状反映了植物生活史
对策差异,矮嵩草草甸植物花期物候响应N肥的敏感性大小分别为:垂穗披碱草>美丽风毛菊>矮嵩草>麻花
艽>甘青剪股颖>鹅绒委陵菜>冷地早熟禾>双柱头草>黑褐薹草,矮嵩草草甸植物花期物候响应P肥的敏
感性大小分别为:矮嵩草>麻花艽>美丽风毛菊>垂穗披碱草>冷地早熟禾>甘青剪股颖>鹅绒委陵菜>黑褐
薹草>双柱头草(表6)。所以,对N、P施肥处理下矮嵩草草甸群落花期物候响应较为敏感的物种为:垂穗披
碱草、矮嵩草、麻花艽和美丽风毛菊。
3 讨论
温度是影响植物物候的最重要因素,植物的各个生长发育期都有一定的积温要求,达到了一定的积温要求
后,物候现象才会出现[26]。温度是高寒地区植物生长的限制性因子,地下5cm和地上10cm有效积温的大小均
为:N>P>K>CK(表2)。这主要是由于施N、P后,消除了矮嵩草草甸N和P素的限制作用,促进了N、P利用
04 草 业 学 报 第24卷
率高的物种生长,植被长势和盖度较高,对地表起到小幅增温的作用,能够满足植物对热量的要求[27],而K在青
藏高原高寒地区并不是限制因子,施K对矮嵩草草甸群落影响并不显著,所以地下5cm和地上10cm有效积温
均小于N、P。
各物种在始花期、花期持续期和终花期上的不同
反映了植物的时间生态位有一定程度上的分离[28]。
对草地群落共存机制的研究表明,植物时间上资源利
用差异是维持群落物种多样性的重要机制[29],相对优
势种而言,伴生种在生长季节内占有边缘生态位,与优
势种的时间生态位分离,以减缓种间竞争。在本研究
中,禾草(垂穗披碱草、甘青剪股颖和冷地早熟禾)、莎
草(矮嵩草、黑褐薹草和双柱头草)和美丽风毛菊的
始花期、终花期均推迟,而杂类草(麻花艽和鹅绒委陵
菜)的始花期和终花期均提前(表3、图1,表4、图2)。
麻花艽和美丽风毛菊的花期提前可能是由于避免与禾
草在资源上的竞争,提前开花可以有效地确保繁殖部
分的生长,保证其未来在群落中的竞争力和生存。禾
草和莎草是矮嵩草草甸优势种植物,对土壤养分的吸
收利用转化能力较临近的杂类草强[3031],禾草和莎草
表6 熵值法综合评价结果
犜犪犫犾犲6 犜犺犲狉犲狊狌犾狋狊狅犳犮狅犿狆狉犲犺犲狀狊犻狏犲犲狏犪犾狌犪狋犻狅狀
犫狔犲狀狋狉狅狆狔犿犲狋犺狅犱
物种
Species
施肥处理
Fertilizationtreatments
N P
垂穗披碱草犈.狀狌狋犪狀狊 0.13248 0.12138
甘青剪股颖犃.犺狌犵狅狀犻犪狀犪 0.10525 0.10485
冷地早熟禾犘.犮狉狔犿狅狆犺犻犾犪 0.10368 0.10571
矮嵩草犓.犺狌犿犻犾犻狊 0.12256 0.12972
黑褐薹草犆.犪狋狉狅犳狌狊犮犪 0.09713 0.09527
双柱头草犛.犱犻狊狋犻犵犿犪狋犻犮狌狊 0.10073 0.09452
麻花艽犌.狊狋狉犪犿犻狀犲犪 0.10548 0.12929
美丽风毛菊犛.狊狌狆犲狉犫犪 0.12819 0.12343
鹅绒委陵菜犘.犪狀狊犲狉犻狀犪 0.10448 0.09582
花期推迟意味着植物延迟了从营养生长到繁殖生长转化的时间,即植物个体营养部分增大或者克隆生长增
加[15],禾草和莎草在群落中具有更大的竞争优势。但是与莎草和杂类草相比,禾草类花期推迟并没有使花期持
续期也相应延长(表5),这可能是由于在8月中旬后秋季寒冷天气到来之前高寒草甸群落中禾草植物种选择停
止开花。我们认为在群落种间开花期分离可能是高寒草甸群落种间为降低种间资源和传粉竞争压力的进化分离
响应机制。N、P、K添加后,减小了垂穗披碱草-麻花艽、垂穗披碱草-美丽风毛菊、甘青剪股颖-麻花艽和冷地
早熟禾-麻花艽在开花时间上的差异(图3),降低了物候互补,植物生长繁殖速率趋于同步性[28,31]。
与添加K相比,矮嵩草草甸添加N、P后群落物候变化较为剧烈,促进了非相似性群落的形成(图4),施肥后
花期物候偏移所导致的群落生态位变化,增强了植物间对限制性资源的竞争,群落中出现生态位空洞,为物种入
侵、群落结构变化提供生态位间隙[14,3233]。在花期物候时,熵值法综合评价出垂穗披碱草、矮嵩草、麻花艽和美丽
风毛菊是对N、P施肥响应较敏感的物种(表6),需要对以后持续的肥料添加效应进行监测研究。
综上,植物物候差异是植物生活史对策变化的体现,在矮嵩草草甸上添加N、P、K后,禾草(垂穗披碱草、甘
青剪股颖和冷地早熟禾)、莎草(矮嵩草、黑褐薹草和双柱头草)和美丽风毛菊的始花期和终花期显著推迟,而麻
花艽和鹅绒委陵菜均明显提前,但禾草的花期持续期却未明显延长,矮嵩草草甸群落物候对添加N、P响应较为
敏感,对长期施肥的响应模式需要进一步研究。
犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊:
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34第8期 杨月娟 等:青藏高原高寒草甸花期物候和群落结构对氮、磷、钾添加的短期响应