豆科植物及其在内蒙古锡林河流域放牧草原生态系统中作用的研究

内蒙古锡林河流域是我国典型温带草原分布地区，也是我国重点牧区之一。近年来，由于人口增加、过度放牧以及管理不善等原因导致草原退化加剧，草原生态系统养分输入输出失衡，草地生产力下降。 豆科植物不仅是高蛋白优质牧草，而且具有生物固氮能力，对维持草地生态系统中土壤-植物-动物之间的氮平衡有重要作用。本论文主要调查研究了内蒙古锡林河流域放牧草原生态系统中豆科植物的分布、固氮能力、微生物状况，并探讨了目前草原大量出现的豆科植物小叶锦鸡儿灌丛在养分供给上对草原生态系统的影响。 豆科植物的分布调查采用样线法在4 种草原植被类型7 个植物群落进行，包括典型草原（羊草群落、大针茅群落及小叶锦鸡儿群落和冷蒿群落2 个退化草原群落）、草甸草原（贝加尔针茅群落）、河漫滩草甸（灰脉苔草群落）及沙地（榆树疏林群落），除榆树疏林群落仅放牧处理外，其他群落均包括放牧和不放牧对照处理。结果显示，豆科植物共有12 属，16 种。放牧总体上降低了豆科植物种群在群落中的数量特征（平均高度、密度、频度）和种类组成，但在退化草原群落中有不同的变化趋势。小叶锦鸡儿在典型草原中分布广、密度大、出现频率高；尤其在小叶锦鸡儿群落放牧样地，出现频度为95%，密度近4 株•m-2。花苜蓿在4 种草原植被类型中均有分布。 典型草原4 个群落在放牧和不放牧条件下土壤微生物碳氮含量和微生物呼吸速率的测定结果显示，放牧影响了豆科植物根际土壤的微生物量和微生物呼吸速率，但各群落变化规律不一致。放牧后小叶锦鸡儿分布最为广泛的小叶锦鸡儿群落在放牧条件下微生物碳含量和微生物呼吸速率都显著增加。小叶锦鸡儿灌丛与其他草本豆科植物相比，根际土壤的微生物量和微生物呼吸速率较高。土壤水分对微生物呼吸速率以及微生物碳氮含量有重要作用，存在极显著的正相关关系。 采用15N 自然丰度法评估野外条件下小叶锦鸡儿和花苜蓿的固氮百分率，计算结果高于100%，这主要是由野外植物叶片δ15N 值低于室内无氮培养的B 值引起的。15N 自然丰度法是否适用于评估草原植物的固氮能力还有待深入研究，但从野外δ15N 测定中也得到了一些有趣的结果。优势豆科和非豆科植物之间的δ15N 差异很大。小半灌木木地肤δ15N 值最高，并在放牧后显著下降，杂类草、禾本科大针茅与之变化趋势相同；具有潜在固氮能力的豆科植物和禾本科羊草在放牧后无显著差异或显著增加；豆科植物小叶锦鸡儿、乳白花黄芪和花苜蓿的叶片δ15N 值均为偏低负值，显著低于非豆科植物。研究结果说明不同植物的氮利用方式不同，豆科植物和羊草的生物固氮可能同时为受氮限制的内蒙古草原提供氮源。 小叶锦鸡儿灌丛影响了周围土壤的有效氮含量。灌丛内部土壤硝态氮和氨态氮有高于外部土壤的趋势。土壤含水量与硝态氮浓度显著正相关。土壤有效氮含量变异系数平均高于50%，土壤资源表现出很强的空间异质性。灌丛内部植物体内全氮含量高于灌丛外，而灌丛斑块发育时间对植物化学元素没有显著影响。