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本文以中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站(海北站)附近的三种草甸类型(小嵩草草甸、金露梅灌丛、沼泽化湿地)及矮嵩草草甸施肥样地为实验平台,以定株标记的方法,调查了不同草甸类型植物的物候特征并观测了其环境状况。同时重点研究了矮嵩草草甸施肥样地植物的物候特征及其功能属性对于施肥的初期响应,结果表明:
1.金露梅灌丛和矮嵩草草甸的物种丰富度最大,并且显著高于小嵩草草甸的物种丰富度。沼泽化湿地的物种丰富度最低,并且显著低于以上三种草甸类型(F=2.81,p＜0.01)。矮嵩草草甸、金露梅灌丛和小嵩草草甸的Simpson多样性指数均极显著高于沼泽化湿地(F=47.54,p＜0.01)。矮嵩草草甸、金露梅灌丛和小嵩草草甸的Shannon多样性指数也极显著的高于沼泽化湿地(F=46.39,p＜0.01),同时矮嵩草草甸的Shannon多样性指数和金露梅灌丛和小嵩草草甸差异显著。Pielou均匀度指数分析显示,四种草甸类型差异显著(F=26.91,p＜0.01)。矮嵩草草甸和小嵩草草甸均匀度最高,其中矮嵩草草甸的均匀度显著大于金露梅灌丛,及显著大于沼泽化湿地。不同草甸类型的土壤湿度在7月至10月的变化规律为为为沼泽化湿地＞金露梅灌丛＞矮嵩草草甸＞小嵩草草甸,并且差异显著。不同草甸类型的土壤紧实度在0-10cm层次总体来说差异不显著,但在0-30cm层次金露梅灌丛的土壤紧实度显著高于矮嵩草草甸和小嵩草草甸。
2.与其它草甸类型相比,沼泽化湿地各物候期的物候指数较高,在开花期、结实期、果后营养期均为最高分别达到11.96,7.68和18.15,同时各物候期的变化比率也较高。金露梅灌丛和其它三种草甸类型相比,营养生长期变化比率最高,为0.43,枯黄期变化比率最低,为0.19。矮嵩草草甸植物营养生长期和枯黄期的持续天数在四种草甸类型中时间最长,分别达到55.33天和45.33天。矮嵩草草甸、小嵩草草甸、沼泽化湿地和金露梅灌丛标记植物物候特征经聚类分析可分别分为三大类群、四大类群、三大类群和五大类群。小嵩草草甸和矮嵩草草甸植物物候特征较为接近,经主成分分析具代表性的物候期为营养生长期和果后营养期,两物候期的持续天数呈负相关关系。金露梅灌丛植物具代表性的物候期为营养生长期和枯黄期,两物候期的持续期呈负相关关系。沼泽化湿地各物候期的平均变化比率较高,同时沼泽化湿地植物的平均返青期较早,营养生长期和果后营养期较长,枯黄期较短。
3.矮嵩草草甸植物功能属性对施肥的初期响应表现为:(1)在植物高度方面,施NPK,NP肥料处理下的植物平均长势最好,其次是施P肥处理,以及PK、NK的配比施肥处理和施N肥处理。施K处理,施C处理和CK对照处理的高度最低。盖度方面的响应和高度基本类似,但施K肥处理的盖度最低,低于对照组。(2)生物量方面,除K、PK施肥处理对草地群落地上生物量的影响与对照差异不显著(p＞0.05)外,其它养分及其组合添加都显著增加了群落地上生物量(p＜0.01)。其中,当施加NP和NPK肥料时,群落地上生物量达最大,植物干重分别为904.5g/m2和779.7 g/m2,分别比对照提高了103％和75%。(3)施肥初期,多数物种茎叶分配明显增加而繁殖分配减小,整体而言物种的繁殖分配没有明显增加。(4)施肥对不同深度地下生物量及粗细根量都有明显的影响(F=13.2,p＜0.01),其中影响最为明显的是NPK.,其次依次为NP、N、P。(5)NPK处理能够有效的提高禾本科植物的比叶面积。PK处理和C处理对禾草的比叶面积有减小的趋势。K处理和N处理能够提高莎草科植物的比叶面积,而PK处理对莎草科植物的比叶面积有降低趋势。(6)除P、K添加对高寒草地物种丰富度影响不显著外,在其它所有养分添加处理中,群落物种丰富度显著低于对照CK(p＜0.05),尤其是在NK和NPK。而在NP养分组合添加时,群落物种Shannon-Wiener多样性指数和均匀度显著提高。
4.矮嵩草草甸植物物候对施肥的初期响应表现为:(1)在P、K、PK处理中植物返青的比率高于其它处理。在NP处理中,莎草科和杂类草的枯黄比率较高,禾本科植物的枯黄比率相对较低。(2)NPK和NK处理植物营养生长期的物候指数较高,分别为12.27和12.26;对照处理果后营养期的物候指数较高,为11.56;NK处理枯黄期的物候指数最高达到19.66,平均比其它处理高2.53。N处理营养期和枯黄期的平均持天数和其它处理相比均为最低,分别为52.1天和43.6天,分别缩短了2.1天和4.0天。NPK、NP、NK三个处理果后营养期的持续时间较短,分别为30.75天,29.83天和29.67天,对照处理果后营养期的持续时间最长为34.83天。(3)不同施肥处理物候期的主成分分析显示,只有施K肥处理的第一主成分为结实期和果后营养期,其它各处理的第一主成分均为营养生长期和果后营养期。其中NPK、N、NK和P四个处理的第二主成分为枯黄期,NP、PK和对照三个处理的第二主成分为结实期,C处理的第二主成分为花期。(4)不同施肥处理物候期的聚类分析显示,施NPK、K和NK三个处理将群落划分为四大类群,NP、N、P、PK、C和对照六个处理将群落划分为三个类群。