牧草中的礦質(zhì)養(yǎng)分是家畜所需養(yǎng)分的重要來源，因此牧草礦質(zhì)養(yǎng)分的穩(wěn)定供給事關(guān)草原畜牧業(yè)生產(chǎn)。氮素補(bǔ)給是恢復(fù)退化草原生產(chǎn)功能、提升草地生產(chǎn)力的有效措施。然而，氮素補(bǔ)給在提高牧草產(chǎn)量的同時，也會改變不同牧草體內(nèi)非氮礦質(zhì)元素的含量，并常導(dǎo)致草原群落中植物物種多樣性的下降。目前尚不清楚氮素補(bǔ)給如何影響牧草群落整體水平的非氮礦質(zhì)養(yǎng)分含量及其供給穩(wěn)定性。

中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所沙地和退化草地近自然恢復(fù)與多功能提升創(chuàng)新組群依托呼倫貝爾草甸草原氮素化合物添加實(shí)驗(yàn)平臺，開展了長達(dá)九年(2015–2023年)的野外控制試驗(yàn)，基于家畜礦質(zhì)養(yǎng)分需求閾值和二分網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性分析方法，系統(tǒng)探究了草甸草原刈割草地中牧草磷、鉀、鈣、鎂、鐵、錳、銅和鋅等非氮礦質(zhì)元素含量及其供給穩(wěn)定性對不同氮素補(bǔ)給量(0、2、5、10、20和50 g N·m?2·yr?1)的響應(yīng)規(guī)律。研究結(jié)果顯示，氮素添加顯著降低了牧草的標(biāo)準(zhǔn)化非氮礦質(zhì)元素的含量及其預(yù)期穩(wěn)定性，并且這種負(fù)面影響隨時間推移持續(xù)增強(qiáng)(圖1)。沿氮素添加梯度，植物物種豐富度與牧草的非氮礦質(zhì)濃度和供給穩(wěn)定性之間呈現(xiàn)出正向但趨于飽和的關(guān)系(圖2)。氮素補(bǔ)給通過降低植物物種豐富度，削弱了草地非氮礦質(zhì)養(yǎng)分的供給能力，從而導(dǎo)致牧草產(chǎn)量與非氮礦質(zhì)元素所表征的牧草品質(zhì)之間呈現(xiàn)權(quán)衡關(guān)系(圖3)。這一研究說明維持植物多樣性對于保障天然草原礦質(zhì)養(yǎng)分的穩(wěn)定供給至關(guān)重要。該項(xiàng)研究揭示的氮素補(bǔ)給梯度上牧草產(chǎn)量與品質(zhì)之間的權(quán)衡關(guān)系為刈割草地的養(yǎng)分管理提供了重要參考。

研究結(jié)果以“Nitrogen enrichment threatens non-N mineral nutrition and nutritional stability of forage due to biodiversity loss”為題發(fā)表于英國生態(tài)學(xué)會期刊Journal of Ecology。博士研究生張效境為第一作者，呂曉濤研究員為通訊作者。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。

圖1 氮素補(bǔ)給梯度上牧草標(biāo)準(zhǔn)化非氮礦質(zhì)養(yǎng)分含量(MC)和預(yù)期養(yǎng)分穩(wěn)定性(MS)的時間變化趨勢

圖2 氮素補(bǔ)給梯度上牧草產(chǎn)量和物種豐富度與牧草標(biāo)準(zhǔn)化非氮礦質(zhì)養(yǎng)分含量(a、c)和預(yù)期養(yǎng)分穩(wěn)定性(b、d)之間的關(guān)系

圖3 牧草產(chǎn)量、標(biāo)準(zhǔn)化非氮礦質(zhì)養(yǎng)分含量(MC)和預(yù)期養(yǎng)分穩(wěn)定性(MS)在氮素補(bǔ)給梯度上的權(quán)衡關(guān)系