松嫩盐碱化草地水肥优化调控模式及其生产力提升机制研究

In the past few decades, under duplicate pressures of global climate and human activities, the grassland ecosystem has severely degraded and the decreased productivity and loss of ecosystem functions has become a hot topic in ecology and environmental science. Effective managements of water-fertilizer are the critical issue in productivity restoration. However, the models of water-fertilizer have not attracted much attention under saline-alkali stresses areas, and also the mechanisms of water and fertilizer on improving grass productivity are still unclear. This program will select the Songnen grassland as the main research area. Based on plot investigation, we will clarify the degraded situations, and explain patterns of water, nutrient elements distribution the soil-vegetation system and definite the main constraint factors inhibiting grass productivity. A standard of grass degradation will be constructed based on the grassland productivity. The mechanisms of water and nutrients application on the grass productivity are explained from the aspects of water use efficiency (WUE) and nutrient use efficiency (NUE), soil water and salt movements, soil structure etc by the stable isotopic methods of 13C and 15N, situ-control, long-term located monitoring and laboratory simulation experiments. Based on the above investigation, effective modes in grasslands with different degradation types will be constructed. This program would enrich the theory of water-nutrient use efficiency and provide scientific bases for improving grassland productivity in Northern China.

近几十年来，在全球变化和人类活动双重压力下，我国草地生态系统严重退化，生产力下降和生态系统功能丧失已成为生态学和环境科学关注的热点。而水肥优化调控是快速提升退化草地生产力的重要途径。目前针对盐碱退化草地生态系统的水肥调控模式研究不足，水分和养分添加促进草地生产力提升机制尚不明确。本研究选择松嫩平原盐碱退化草地为研究对象，通过面上调查，明确该地区草地退化现状，阐明土壤-植被系统的水分、养分的时空分布格局，揭示草地生产力的主要限制因子，构建以生产力水平为标准的草地退化类型等级划分标准。应用13C同位素法、15N脉冲标记、原位控制和梯度实验等方法，明确不同退化草地类型水肥调控组合，通过水分养分利用效率、盐碱运移规律及土壤理化性状解析，阐明水肥耦合提高草地生产力的调控机制。根据上述研究，创建不同退化草地类型植被恢复模式。项目将丰富草地水肥资源高效调控理论，为显著提高盐碱化草地生产力提供理论依据

松嫩平原是我国重要的农牧业生产基地，降水较少、地表蒸发增加和不合理的开发加剧土壤盐碱化严重制约着当地经济的发展，本地区已经发育成全球三大苏打盐碱中心。研究盐碱区域土壤理化性质、草地生产力形成机制及其与降水、蒸发、土壤施肥等交互作为，揭示土壤盐碱化、草地生产力、土壤养分循环及其与降水等环境因素的相互作用与机制，全面分析和评估松嫩草地生产力提升的机制和潜力，为人工种植、退化草地恢复和合理利用草地提供理论依据。本项研究形成以下具体成果：（1）在盐碱草地限制因子解析中，明确降水的时空分布是草地生产力形成的主要限制因子，羊草生物量总体随着盐碱胁迫呈负指数衰退，但衰退主要因子和衰退影响程度在各降水带内有所不同；土壤中植物可靠磷限制是松嫩盐碱草地羊草生产力形成的主要营养限制，松嫩盐碱退化草地羊草相比较于中国北方草地羊草和草地植物具有较低的叶P含量（1.32 g kg-1）、中等的叶N含量（18.90 g kg-1）和略高的N/P（15.83）。（2）在探索丛枝菌根真菌在盐碱草地植被重建中的作用中，明确球囊霉素相关土壤蛋白在土壤团聚体形成和植物营养元素固定中的作用，为探索利用球囊霉素相关土壤蛋白改良土壤结构打下基础；同时发现有多种丛枝菌根真菌表现出对盐碱胁迫的抗性，其中重要的为 G. intraradices、Glomeromycota_sp._AB-2014、Rhizophagus iranicus ，Rhizophagus irregularis和Funneliformis mosseae，为植物丛枝菌根共抚育进行植被重构提供理论支持。（3）建立水肥人工调控措施，探索羊草生产力形成关键期的人工措施，为人工干预提高草地生产力提供理论基础，总结形成氮肥施用量为90 kg/hm2时，羊草株高、分蘖、总干重提高最明显，大约较施肥分别提高10%、29%和23%。但是羊草对当年施肥的利用率不高，轻度、中度和重度盐碱地平均利用率仅为23.6%、21.3%和2.57%；水分对地上生物量影响较小，对地下生物量生长促进作用明显，375mm、300mm灌水分别比225mm灌水提高46%和23%，为下一年地上生物量的形成奠定坚实的基础。