牧草中的礦質養(yǎng)分是家畜所需養(yǎng)分的重要來源，因此牧草礦質養(yǎng)分的穩(wěn)定供給事關草原畜牧業(yè)生產。氮素補給是恢復退化草原生產功能、提升草地生產力的有效措施。然而，氮素補給在提高牧草產量的同時，也會改變不同牧草體內非氮礦質元素的含量，并常導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給如何影響牧草群落整體水平的非氮礦質養(yǎng)分含量及其供給穩(wěn)定性。

中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所沙地和退化草地近自然恢復與多功能提升創(chuàng)新組群依托呼倫貝爾草甸草原氮素化合物添加實驗平臺，開展了長達九年(2015–2023年)的野外控制試驗，基于家畜礦質養(yǎng)分需求閾值和二分網絡穩(wěn)定性分析方法，系統探究了草甸草原刈割草地中牧草磷、鉀、鈣、鎂、鐵、錳、銅和鋅等非氮礦質元素含量及其供給穩(wěn)定性對不同氮素補給量(0、2、5、10、20和50 g N·m?2·yr?1)的響應規(guī)律。研究結果顯示，氮素添加顯著降低了牧草的標準化非氮礦質元素的含量及其預期穩(wěn)定性，并且這種負面影響隨時間推移持續(xù)增強(圖1)。沿氮素添加梯度，植物物種豐富度與牧草的非氮礦質濃度和供給穩(wěn)定性之間呈現出正向但趨于飽和的關系(圖2)。氮素補給通過降低植物物種豐富度，削弱了草地非氮礦質養(yǎng)分的供給能力，從而導致牧草產量與非氮礦質元素所表征的牧草品質之間呈現權衡關系(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養(yǎng)分的穩(wěn)定供給至關重要。該項研究揭示的氮素補給梯度上牧草產量與品質之間的權衡關系為刈割草地的養(yǎng)分管理提供了重要參考。

研究結果以“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研發(fā)計劃、國家自然科學基金等項目資助。

圖1 氮素補給梯度上牧草標準化非氮礦質養(yǎng)分含量(MC)和預期養(yǎng)分穩(wěn)定性(MS)的時間變化趨勢

圖2 氮素補給梯度上牧草產量和物種豐富度與牧草標準化非氮礦質養(yǎng)分含量(a、c)和預期養(yǎng)分穩(wěn)定性(b、d)之間的關系

圖3 牧草產量、標準化非氮礦質養(yǎng)分含量(MC)和預期養(yǎng)分穩(wěn)定性(MS)在氮素補給梯度上的權衡關系