短期氮、水添加和刈割对苦豆子型退化草地植物群落特征与土壤理化性质的影响

doi:10.11686/cyxb2024178

草业学报 ›› 2025, Vol. 34 ›› Issue (3): 41-55.DOI: 10.11686/cyxb2024178

短期氮、水添加和刈割对苦豆子型退化草地植物群落特征与土壤理化性质的影响

刘淑琪¹^,²^,³(), 崔东¹^,²(), 刘文新¹^,², 杨海军²^,⁴, 杨延成¹^,², 江智诚¹^,², 闫江超¹^,², 刘江慧¹^,²

^1.伊犁师范大学资源与生态研究所，新疆伊宁835000
^2.伊犁师范大学资源与环境学院，新疆伊宁835000
^3.沈阳农业大学土地与环境学院，辽宁沈阳 110866
^4.云南大学生态与环境学院，云南昆明 650000

收稿日期:2024-05-14 修回日期:2024-06-20 出版日期:2025-03-20 发布日期:2025-01-02
通讯作者: 崔东
作者简介:E-mail： cuidongw@126.com
刘淑琪（1996-），女，河南新乡人，在读博士。 E-mail： 1298583898@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金(32260272);第三次新疆综合科学考察项目(2022xjkk0405)

Effects of short-term nitrogen addition， watering， and mowing on plant community characteristics and soil physicochemical properties in Sophora alopecuroides degraded grassland

Shu-qi LIU¹^,²^,³(), Dong CUI¹^,²(), Wen-xin LIU¹^,², Hai-jun YANG²^,⁴, Yan-cheng YANG¹^,², Zhi-cheng JIANG¹^,², Jiang-chao YAN¹^,², Jiang-hui LIU¹^,²

^1.Institute of Resources and Ecology，Yili Normal University，Yining 835000，China
^2.College of Resources and Environment，Yili Normal University，Yining 835000，China
^3.College of Land and Environment，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110866，China
^4.College of Ecology and Environment，Yunnan University，Kunming 650000，China

Received:2024-05-14 Revised:2024-06-20 Online:2025-03-20 Published:2025-01-02
Contact: Dong CUI

摘要/Abstract

摘要：

在全球气候变化和人为活动加剧影响草地生态系统的背景下，新疆干旱半干旱区毒害草入侵面积日益增加，生物多样性迅速丧失，草地退化严重，威胁着草地生态系统的健康。研究氮沉降、降水变化和刈割对苦豆子型退化草地植物群落特征与土壤理化性质的影响，对未来草地生态系统的可持续管理有理论和实践意义。本研究在以苦豆子为单优物种的退化草原开展了控制试验，共设置8个处理：对照（CK），氮添加，水添加，刈割，氮、水添加交互，氮添加、刈割交互，水添加、刈割交互以及氮、水添加、刈割三因子交互，分析植物物种多样性、初级生产力、株高、盖度、土壤理化性质的变化规律以及苦豆子植被特征与土壤理化因子的关系。结果表明：氮添加增加了苦豆子生物量，刈割显著降低了苦豆子生物量和株高。氮添加，氮水交互，氮添加、刈割交互和氮、水添加、刈割三因子交互处理显著增加了土壤硝态氮含量，氮、水添加和刈割三因子交互处理显著增加了土壤铵态氮含量。通过冗余分析和回归分析表明土壤有机质、全氮、全磷、Ca²⁺和HCO₃^-显著影响苦豆子密度。氮添加可以增加土壤无机氮的含量，刈割在一定程度上可以抑制苦豆子的生长，水添加和其他因子交互作用比单独水添加对植物和土壤的影响效果显著，该结果可为苦豆子型退化草地的治理恢复提供新的见解。

关键词: 苦豆子, 生物多样性, 生物量, 土壤养分, 土壤盐分

Abstract:

In the context of global climate change and intensified human activities affecting grassland ecosystems， the increasing area of invasion by poisonous weeds in the arid and semi-arid regions of Xinjiang is threatening the health of grassland ecosystems through rapid loss of biodiversity and serious grassland degradation. The study of the effects of nitrogen deposition， precipitation change， and mowing on plant community characteristics and soil physicochemical properties of Sophora alopecuroides degraded grassland has theoretical and practical significance for sustainable management of this grassland ecosystem in the future. This study conducted a controlled experiment on degraded grasslands with S. alopecuroides as a single dominant species. We set up a total of eight treatments. The eight treatments were： CK （no nitrogen， no water， no mowing）， nitrogen addition （N treatment）， water addition （W treatment）， mowing （M treatment）， nitrogen-water interaction （NW treatment）， nitrogen-mowing interaction （NM treatment）， water-mowing interaction （WM treatment）， nitrogen-water-mowing interaction （NWM treatment）. We analyzed the variation in plant species diversity， primary productivity， plant height， vegetation cover， soil physicochemical properties， and the relationship between vegetation characteristics of S. alopecuroides and soil physicochemical factors. The results indicated that： nitrogen addition significantly increased the biomass of S. alopecuroides， while mowing significantly decreased the biomass and height of S. alopecuroides. Nitrogen addition in the N， NW， NM and NWM treatments significantly increased soil nitrate nitrogen content， and the NWM treatment significantly increased soil ammonium nitrogen content. Redundancy analysis and regression analysis showed that soil organic matter， total nitrogen， total phosphorus， Ca²⁺ and HCO₃^- significantly affected the density of S. alopecuroides. Nitrogen addition increased the content of inorganic nitrogen in soil. Mowing inhibited the growth of S. alopecuroides to some extent. The interaction effect of water addition and other factors was more significant than that of water addition alone on plants and soil. The results provide new insight for the management and restoration of S. alopecuroides degraded grassland.

Key words: Sophora alopecuroides, biodiversity, biomass, soil nutrients, soil salinity

刘淑琪, 崔东, 刘文新, 杨海军, 杨延成, 江智诚, 闫江超, 刘江慧. 短期氮、水添加和刈割对苦豆子型退化草地植物群落特征与土壤理化性质的影响[J]. 草业学报, 2025, 34(3): 41-55.

Shu-qi LIU, Dong CUI, Wen-xin LIU, Hai-jun YANG, Yan-cheng YANG, Zhi-cheng JIANG, Jiang-chao YAN, Jiang-hui LIU. Effects of short-term nitrogen addition， watering， and mowing on plant community characteristics and soil physicochemical properties in Sophora alopecuroides degraded grassland[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2025, 34(3): 41-55.

图/表 10

图1 研究区位置A：青绿状态下苦豆子群落S. alopecuroides community in the green state； B：苦豆子群落开花S. alopecuroides flowering period； C：苦豆子群落结果Seed setting stage of S. alopecuroides； D：苦豆子多年生根系S. alopecuroides roots； E：苦豆子无性繁殖根系S. alopecuroides asexual reproduction roots.

Fig.1 Location of the study area

图2 不同处理物种组成和植被群落非度量多维度分析

Fig.2 Species composition and non-measured multi-dimensional analysis of plant communities under different treatments

表 1 不同处理草地物种生物量

Table 1 Biomass of grassland species under different treatments （g·m-2）

功能群Functional groups	物种Species	N	W	M	NW	NM	WM	NWM	CK
豆科Fabaceae	苦豆子S. alopecuroides	467.61	331.94	81.05	460.47	116.89	85.21	83.64	327.49
豆科Fabaceae	苜蓿Medicago sativa	0.00	0.00	0.23	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
柽柳科Tamaricaceae	多枝柽柳T. ramosissima	1.67	3.15	0.38	4.12	0.33	1.72	0.00	9.67
禾本科Poaceae	扁穗雀麦B. catharticus	38.91	34.90	35.76	25.87	34.61	37.27	33.76	39.68
	狗牙根C. dactylon	0.69	0.97	0.00	0.32	0.22	0.97	0.00	0.88
	旱茅S. delavayi	0.11	0.35	0.00	0.03	0.09	0.12	0.06	0.05
	羊草Leymus chinensis	0.00	0.00	0.00	0.00	3.13	0.00	1.14	0.00
	狗尾草S. viridis	0.00	0.00	1.21	0.03	5.18	0.00	0.00	2.44
菊科Asteraceae	大翅蓟O. acanthium	1.13	17.94	7.46	1.69	7.81	7.36	15.26	8.90
	冷蒿A. frigida	0.34	0.27	0.00	0.00	0.00	3.27	0.00	0.45
	猪毛蒿A. scoparia	0.07	0.49	0.11	0.01	0.00	1.77	0.00	0.00
	乳苣Lactuca tatarica	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.09	0.00	0.00
	小蓬草E. canadensis	0.19	0.81	0.84	0.16	0.00	1.48	0.46	2.94
	野莴苣Lactuca serriola	0.00	0.00	3.10	0.00	0.25	1.91	0.00	0.33
	苍耳Xanthium strumarium	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.05	0.03
唇形科Lamiaceae	欧夏至草M. vulgare	5.10	6.71	1.35	0.00	0.49	0.14	0.00	0.70
唇形科Lamiaceae	薄荷Mentha canadensis	1.50	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
苋科Amaranthaceae	角果藜Ceratocarpus arenarius	0.00	0.00	0.53	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
苋科Amaranthaceae	猪毛菜Kali collinum	0.01	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00
莎草科Cyperaceae	薹草Carex spp.	0.18	0.00	0.00	0.16	0.00	0.00	0.00	0.00

图3 不同处理对苦豆子型退化草地初级生产力、株高、盖度和多样性指数以及苦豆子生物量、株高、盖度和密度的影响图中数据为平均值±标准误差，不同小写字母表示不同处理之间差异显著（P<0.05）。下同。Data in the figure are means±standard error， and different lowercase letters indicate significant differences among treatments （P<0.05）. The same below.

Fig.3 Effects of different treatments on primary productivity， plant height， plant coverage， and diversity index of S. alopecuroides degraded grassland and on biomass， plant height， coverage and density of S. alopecuroides

图4 土壤理化因子之间的相关性分析SOM：土壤有机质Soil organic matter； TN：全氮Total nitrogen； TP：全磷Total phosphorus； TK：全钾Total potassium； NN：硝态氮Nitrate nitrogen； AN：铵态氮Ammonia nitrogen； AP：速效磷Available phosphorus； AK：速效钾Available potassium； TS：全盐Total salt； EC：电导率Electrical conductivity. 下同The same below. *， P<0.05； **， P<0.01； ***， P<0.001.

Fig.4 Correlation analysis among soil physicochemical factors

图5 不同处理对土壤养分的影响

Fig.5 Effects of different treatments on soil nutrients

图6 不同处理对土壤盐分的影响

Fig.6 Effects of different treatments on soil salinity

图7 植物群落特征和土壤理化因子的冗余分析PP：初级生产力Primary productivity； PAH：植被平均高度Plant average height； PAC：植被平均盖度Plant average coverage； BI：苦豆子生物量Biomass of S. alopecuroides； SPAH：苦豆子株高Plant height of S. alopecuroides； SPAC：苦豆子盖度Coverage of S. alopecuroides； DE：苦豆子密度Density of S. alopecuroides.

Fig.7 Redundancy analysis of plant community characteristics and soil physicochemical factors

图8 环境因子解释率排序a：土壤养分解释率排序Soil nutrient explanatory rate ranking； b：土壤盐分解释率排序Soil salt explanatory rate ranking； **， P<0.01； ***， P<0.001.

Fig.8 Ranking of environmental factors explanatory rate

图9 苦豆子生物量、株高、盖度和密度与土壤理化因子的关系

Fig.9 Relationship between biomass， plant height， coverage and density of S. alopecuroides and soil physicochemical factors

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短期氮、水添加和刈割对苦豆子型退化草地植物群落特征与土壤理化性质的影响

Effects of short-term nitrogen addition， watering， and mowing on plant community characteristics and soil physicochemical properties in Sophora alopecuroides degraded grassland

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