青藏高原高寒草甸不同退化阶段植物氮利用速率变化

Changes in nitrogen uptake rate of plant species in different degradation stages of an alpine meadow on the Qinghai-Tibet Plateau

摘要

氮（N）是植物生长繁殖的必需元素，以多种形式存在于生态系统中。高寒草甸位置特殊，气候严酷，土壤有效氮匮乏。过度放牧引起草甸发生退化演替，土壤速效养分流失严重，导致植物的氮素利用模式发生改变。以青海省黄南州泽库县高寒草甸为研究对象，选取轻度、中度、重度退化、侵蚀、严重侵蚀以及黑土滩6个退化阶段，利用稳定性同位素¹⁵N示踪的方法量化小嵩草对铵态氮（NH₄⁺-N）和硝态氮（NO₃^--N）^{吸收速率沿不同退化阶段的变化，以及草甸退化后期多度较高物种：小嵩草、橐吾、香薷对无机氮利用的差异。结果表明：沿退化序列，小嵩草对总无机氮的吸收速率呈波动下降趋势，其中对NH₄+-N的吸收速率同总无机氮的吸收速率变化趋势一致，对NO₃--N的吸收速率呈波动上升趋势。除侵蚀和黑土滩阶段外，小嵩草对NH₄+-N的吸收速率均为地下器官显著高于地上器官；除重度退化和黑土滩阶段外，其他阶段小嵩草对NO₃--N的吸收速率均为地下器官显著高于地上器官。退化后期，小嵩草在嵩草占优势斑块和杂草占优势斑块中对NO₃--N吸收方式无显著差异，而其在杂草占优势的斑块中对NH₄+-N的吸收速率显著高于嵩草占优势的斑块。杂草斑块中的优势植物橐吾和香薷对NH₄+-N和NO₃--N吸收方式差异显著，橐吾对NH₄+-N的吸收速率显著高于NO₃--N，而香薷对二者的吸收速率无显著差异。综上，在高寒草甸不同退化阶段，植物物种采用不同的无机氮获取策略适应土壤养分状况，维持自身生存。深入认识草地不同退化阶段植物对土壤无机氮素的吸收利用能够深入理解物种共存机制，进而指导退化草地的合理恢复。}

Abstract

Nitrogen （N） is an essential element for plant growth and reproduction， and it exists in various chemical forms in soils. The location of alpine meadows on the Tibetan Plateau is unique， where the climate is severe with low temperature. The low temperature restricts decomposition of soil organic matter and leads to scare available N in the soil， which further limits plant growth. Moreover， overgrazing causes grassland degradation and succession， resulting in severe loss of available nutrients in soil and changes in the N use patterns of plants. In this study， a ¹⁵N labeling experiment was conducted in an alpine meadow in Zeku County， Qinghai Province to trace plant utilization of ammonium nitrogen （NH₄⁺-N） and nitrate nitrogen （NO₃^--N） in plant communities exhibiting different degradation stages. Six degradation stages， including lightly， moderately， and severely degraded grasslands， and eroded， severely eroded grasslands， and bare black soil， were selected based on prior knowledge on plant community succession during the degradation of the alpine meadows. The uptake rates of NH₄⁺-N and NO₃^--N by the dominant sedge species Kobresia pygmaea were measured in the six degradation stages. Additionally， we also quantified the uptake rates of NH₄⁺-N and NO₃^--N by forb species Ligularia sibirica and Elsholtzia ciliata， the dominant species in patches in the later degradation stages. The results showed that along the degradation stages， the uptake rate of total inorganic nitrogen by K. pygmaea showed a fluctuating downward trend. The uptake rate of ammonium nitrogen was consistent with the trend of total inorganic nitrogen uptake rate， while the uptake rate of nitrate nitrogen showed a fluctuating upward trend. Except for the erosion and bare black soil stages， the uptake rate of ammonium nitrogen by K. pygmaea is significantly higher in underground organs than in aboveground organs. Except for the severe degradation and bare black soil stages， the uptake rate of nitrate nitrogen by K. pygmaea in underground organs was significantly higher than that in aboveground organs in all other stages. In the later stage of degradation， there was no significant difference in the uptake mode of nitrate nitrogen between patches dominated by K. pygmaea or patches dominated by forb species. However， the uptake rate of ammonium nitrogen was significantly higher in the patches dominated by the forb species than in the patches dominated by K. pygmaea. In patches， the dominant forb species， L. sibirica and E. ciliata， have significant differences in the uptake of ammonium and nitrate nitrogen. L. sibirica has a significantly higher uptake rate of NH₄⁺-N than NO₃^--N， while E. ciliata has no significant difference in the uptake rate of the two inorganic N forms. In summary， at different stages of degradation in the alpine meadow， plant species adopt different inorganic nitrogen acquisition strategies to adapt to soil nutrient conditions， by which maintains plant species coexistence. A deeper understanding of the absorption and utilization of soil inorganic nitrogen by plants at different stages of grassland degradation can provide insight into the mechanisms of species coexistence and guide the restoration of degraded grasslands.

Graphical abstract

关键词

高寒草甸 / 退化序列 / 无机氮的不同化学形态 / 氮吸收速率 / ¹⁵N示踪技术

Key words

alpine meadow / degradation sequence / different chemical forms of inorganic nitrogen / nitrogen uptake rate / ¹⁵N tracing

氮（nitrogen）作为植物生长发育的必需元素，是决定草地生态系统生产力的重要因子^［1］。土壤氮素包括无机氮和有机氮两种，其中无机氮仅占土壤总氮的1%~5%，是植物吸收利用的主要氮源，主要包括硝态氮（NO₃^--N）和铵态氮（NH₄⁺-N）两种形态^［2］。植物对土壤中不同化学形态氮素的利用方式多样，不同物种对有限氮资源往往存在不同的获取策略^［3-5］，即使同一物种在应对不同环境压力时也会改变自身对不同形态氮素的吸收偏好^［6］，以便更有效地吸收和利用氮素，维持自身生存。

除生境异质性外，外界干扰导致的生境养分条件变化也是影响植物氮素利用方式的重要因素。这些干扰作用于一系列生物和非生物因子，如植物的自身功能特性、土壤动物和微生物的活动，以及土壤的温度、含水量、pH值和养分含量等，从而间接影响植物对氮素的利用^［7-10］。例如，放牧对草地养分循环的影响有别于森林、湿地等其他生态系统，并且家畜的采食、践踏、排泄等也均会对土壤氮矿化造成显著影响^［7］。其中，过度放牧往往导致土壤养分循环改变、氮素丢失、土壤质地恶化，进而对植物氮素利用产生影响。

在高寒草地生态系统中，退化现象常导致土壤碳、氮流失，水分有效性下降，生态系统生产力和植物物种丰富度降低，一年生伴生植物增多^［11-14］。为应对退化带来的养分缺失，植物群落演化出不同的策略。已有研究表明，随放牧强度的增加不同植物叶片¹⁵N值含量的变化存在显著差异^［11-14］；草地共存植物物种在捕获不同化学形态氮素方面具有高度的多样性，可以同时吸收多种形态的氮，其中包括不同复杂程度的氨基酸^［15］，氮越匮乏的生态系统，诸如北极和高山冻土区，植物绕过矿化过程直接吸收氨基酸的现象越显著^［16-17］。随着高寒草甸的退化，土壤有效氮含量显著降低，优势物种对多形态氮的吸收偏好也随之改变，这种变化与全球变暖等环境压力存在交互作用^［18］。

尽管高寒草甸的退化对土壤氮循环和植物适应性策略影响的研究被广泛关注，但对于高寒草甸优势植物氮利用偏好沿不同退化阶段如何变化，不同植物物种养分利用方式的可塑性反应及其对生境养分压力的响应方式如何等问题的研究仍显不足。氮稳定同位素（δ¹⁵N）示踪技术为研究生态系统植物氮素利用方式提供了新的思路，并已被广泛应用^［19］。目前利用δ¹⁵N在高寒草甸生态系统开展的研究多集中于探讨环境因子对氮素矿化速率的影响^［20］，评价土壤氮素状态以及示踪氮肥去向^［21］。

高寒草甸广泛分布于青藏高原东北缘，其生态价值高，土壤碳储量丰富^［10］。然而，在过度放牧的持续影响下，高寒草甸出现了不同程度的退化，土壤养分的流失成为当地生态安全的严重威胁。因此，研究退化草地土壤可利用氮以及植物氮素吸收策略的变化显得尤为重要。本研究以青海省黄南藏族自治州泽库县的高寒草甸退化序列为研究对象，利用¹⁵N示踪法量化小嵩草在不同退化阶段对不同形态无机氮（NH₄⁺-N， NO₃^--N）吸收速率的变化规律，并对比不同物种在退化后期的氮素利用模式。旨在深入理解退化过程中草甸优势物种共存机制，为三江源退化草甸的保护和修复提供科学建议。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于青海省黄南藏族自治州泽库县，该地区属于高寒草甸生态系统（100°34′-102°08′ E，34°45′- 35°32′ N，海拔3655 m），年均温-2.4 ℃，年均降水量437.2 mm，属大陆性高原气候。日照强烈，冷季漫长，雨热同季，干湿季分明，土壤类型为高山草甸土和山地草甸土。泽库县主要植物物种为小嵩草（Kobresia pygmaea）、矮嵩草（Kobresia humilis）、橐吾（Ligularia sibirica）、香薷（Elsholtzia ciliata）等。土壤铵态氮含量始终高于硝态氮含量（表1）。

1.2 试验设计

1.2.1 样地选择

本实验结合研究区植被覆盖度以及鼠洞分布，在已有草地破碎化分类序列^［22］基础上进一步细化分类序列，选取了6个草甸退化阶段，分别是轻度退化、中度退化、重度退化、侵蚀、严重侵蚀和黑土滩阶段。序列具体划分标准如表2所示。

1.2.2 样方设置及样本获取

2019年8月，在泽库县退化高寒草甸选取了包含以上6个退化阶段的演替序列。轻度和中度退化阶段植被盖度相对较高且未开裂，所以随机选取植被区域进行标记；重度退化、侵蚀、严重侵蚀和黑土滩阶段草甸出现裂缝，斑块显现，物种组成差异较大，所以选择了小嵩草占优势和杂草类植物占优势的两种植被斑块进行δ¹⁵N标记。因此，共对10种群落类型开展了氮同位素示踪实验（表1）。

对于选取的每个样地随机设置12个15 cm×15 cm的小样方，即放置15 cm×15 cm铁丝框并固定4角。共包括3种处理，分别是硝态氮（Na¹⁵NO₃）、铵态氮［（¹⁵NH₄）₂SO₄］、对照（未添加¹⁵N标记）处理，每种处理4个重复。分别将铵态氮和硝态氮溶于蒸馏水中，混合均匀。后采用9点注射法^［23］分3段，每段3 mL将标记样品注入样方内，标记部分的¹⁵N原子百分比在（¹⁵NH₄）₂SO₄中为98.4%，在Na¹⁵NO₃中为98.2%。

4 h后，紧贴铁丝框挖取样方内所有植物，深度为15 cm，取出后将完整植株与土壤进行分离，并将植物根部清洗干净后分种收集装入信封。土壤过2 mm筛后装入自封袋保存，用于指标测定。本研究在小嵩草占优势斑块中选取小嵩草，以及在杂草类占优势的斑块中选取橐吾和香薷进行植物¹⁵N样品分析。

1.2.3 指标测定

植物样品65 ℃烘干48 h，直至彻底干燥，分别称取其地上和地下生物量。取10 g鲜土，加入40 mL的0.5 mol·L^-1的K₂SO₄溶液，振荡静置，过滤后使用全自动化学分析仪FIASTAR 5000（双通道土壤氮分析仪系统，FOSS，Hoana，瑞典）测定土壤有效NH₄⁺、NO₃^-，作为土壤无机氮库本底值。将烘干后的¹⁵N标记植物样品与对应土壤样品用球磨仪（BM-500， 奥地利）粉碎，后续利用质谱仪（precisION， 英国）测定标记与未标记的对照样品的δ¹⁵N值，根据下述公式换算得到植物氮吸收速率。

1.2.4 氮吸收速率计算

同位素质谱仪测得结果表示为δ¹⁵N，换算得到样品原子百分含量^［24］，公式如下：

A\mathrm{t}\mathrm{o}{\mathrm{m}}_{\mathrm{s}\mathrm{a}\mathrm{m}}(\mathrm{\%})=\frac{R_{\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{a}}\times (\mathrm{1000}+\delta )}{\mathrm{1000}+R_{\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{a}}\times (\mathrm{1000}+\delta )}\times \mathrm{100}（1）

式中：Atom_sam为样品原子百分含量，R_sta为标准大气氮同位素比率（¹⁵N/¹⁴N），δ为测得的δ ¹⁵N值；

植物对标记物中¹⁵N吸收量（APE，atomic percentage exceeds，原子百分超）^［18］按下式计算：

APE(\mathrm{\%})=A\mathrm{t}\mathrm{o}{\mathrm{m}}_{\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{b}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{d}}-A\mathrm{t}\mathrm{o}{\mathrm{m}}_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{l}}（2）

式中：Atom_labled为标记后的原子百分含量，Atom_control为对照组原子百分含量；

植物单位面积吸收¹⁵N量{{}_{}{}^{\mathrm{15}}}_{\mathrm{u}\mathrm{p}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{k}\mathrm{e}}（g）^［18］：

{{}_{}{}^{\mathrm{15}}}_{\mathrm{u}\mathrm{p}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{k}\mathrm{e}}=\frac{Biomass\times N_{content}\times APE\times \mathrm{15}}{A\mathrm{t}\mathrm{o}{\mathrm{m}}_{\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{b}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{d}}\times \mathrm{15}+(\mathrm{100}-A\mathrm{t}\mathrm{o}{\mathrm{m}}_{\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{b}\mathrm{l}\mathrm{e}\mathrm{d}})\times \mathrm{14}}（3）

式中：Biomass为吸收部分生物量（g），N_content为植物体中氮含量，Atom_labled为标记后的原子百分含量，Atom_control为对照组原子百分含量；后续计算吸收NH₄⁺和NO₃^-（g）含量，后换算为μg，见下式：

N_{\mathrm{u}\mathrm{p}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{k}\mathrm{e}}=\frac{{}_{}{}^{\mathrm{15}}{N}_{\mathrm{u}\mathrm{p}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{k}\mathrm{e}}\times Soil{N}_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{t}\mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{t}}}{{}_{}{}^{\mathrm{15}}{N}_{\mathrm{a}\mathrm{d}\mathrm{d}}}（4）

式中：¹⁵N_add（g）为添加的示踪剂中¹⁵N含量，SoilN_content为土壤中NH₄⁺（g）含量；N_uptake表示植物单位面积吸收的NH₄⁺-N或NO₃^--N的量（g）。

植物的NH₄⁺和NO₃^-吸收速率（μg·g^-1 root·h^-1）计算公式如下：

N_{\mathrm{u}\mathrm{p}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{k}\mathrm{e}\mathrm{r}\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{e}}=\frac{N_{\mathrm{u}\mathrm{p}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{k}\mathrm{e}}}{Biomass{}_{\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{o}\mathrm{t}}{}^{}\times \mathrm{h}\mathrm{o}\mathrm{u}\mathrm{r}}（5）

式中：N_{uptke rate}为NH₄⁺和NO₃^-吸收速率（μg·g^-1 root·h^-1），Biomass_root为根生物量（g），hour为标记时长（h）。

硝态氮与铵态氮吸收速率的比值为R，计算公式为：

R=NO₃^--N_{uptake rate}/NH₄⁺-N_{uptake rate}

1.3 统计分析

采用单因素方差分析法（one-way ANOVA）分析退化序列下小嵩草（均为小嵩草优势斑块）对铵态氮和硝态氮的总吸收速率以及地上、地下吸收速率之间的差异，以及小嵩草在嵩草优势斑块与杂草优势斑块对不同形态无机氮吸收速率的差异。采用Independent sample t-test分析不同类型杂草（杂草类占优势斑块）对不同形态无机氮吸收速率的差异。使用软件R 3.6.2完成统计分析，采用Sigmaplot 14.0绘图。

2 结果与分析

2.1 高寒草甸不同退化阶段小嵩草对不同化学形态无机氮素吸收速率的变化

由图1可知，不同退化阶段小嵩草对NH₄⁺-N的吸收速率差异显著（P<0.05）。相较于轻度退化阶段，其他退化阶段NH₄⁺-N吸收速率均显著降低，至严重侵蚀阶段显著增加后，黑土滩阶段再次显著降低（P<0.05）。不同退化阶段NO₃^--N吸收速率差异显著，但变化趋势与NH₄⁺-N不同，中度退化阶段NO₃^--N吸收速率显著增加，重度退化阶段显著降低，至侵蚀阶段NO₃^--N吸收速率显著增加（P<0.05），后续严重侵蚀与黑土滩阶段维持稳定，无显著变化（P>0.05）。

对总无机氮吸收速率而言，变化趋势与NH₄⁺-N吸收速率相似。较轻度退化阶段，除严重侵蚀阶段外，其他所有退化阶段总氮吸收速率均显著降低，中度、重度阶段持续显著降低（P<0.05），至严重侵蚀和黑土滩阶段总无机氮吸收速率有所回升，同中度退化阶段无显著差异。

由图2可知，小嵩草的NH₄⁺-N吸收速率除侵蚀和黑土滩阶段外，其他退化阶段均表现为地下部分显著高于地上部分（P<0.05）。小嵩草地上和地下部分NO₃^--N吸收速率的显著差异发生在除重度退化和黑土滩外的其他退化阶段，即地下部分吸收速率显著高于地上部分（P<0.05）。

退化进程中物种相对氮形态偏好分析结果表明（图3），小嵩草以吸收利用铵态氮为主，且地上、地下部分以及总体的氮素利用偏好沿退化进程均存在显著变化，并且趋势相似。中度退化阶段相较于轻度退化阶段小嵩草地上部分的NH₄⁺-N与NO₃^--N吸收速率比值显著降低（P<0.05），并且后续退化阶段变化不显著（P>0.05）。相较于轻度退化阶段，除重度退化阶段外，其他阶段地下部分氮素吸收比值均显著降低（P<0.05）。除此之外，硝态氮与铵态氮总吸收速率比值存在同样变化趋势，即相较于轻度退化阶段，其他退化阶段比值均显著减小（P<0.05）。

2.2 高寒草甸不同植物物种对不同化学形态无机氮素的吸收速率对比

本研究对比了重度退化阶段与严重侵蚀阶段小嵩草在嵩草占优势斑块和杂草类占优势斑块中对不同形态无机氮素的吸收速率差异（图4）。结果表明，在重度退化与严重侵蚀阶段，不论是小嵩草总NH₄⁺-N吸收速率，还是地下部分NH₄⁺-N吸收速率均表现为杂草占优势斑块显著高于嵩草占优势斑块（P<0.05）。对于NO₃^--N来说，除重度退化阶段地上部分小嵩草NO₃^--N吸收速率在嵩草占优势斑块中显著高于杂草占优势斑块（P<0.05）外，其他条件下小嵩草NO₃^--N吸收速率在嵩草和杂草占优势的斑块中均无显著差异（P>0.05）。

橐吾对NH₄⁺-N的吸收速率显著高于NO₃^--N，其中NH₄⁺-N与NO₃^--N的地下吸收速率均显著高于地上吸收速率（P<0.05）；香薷对NH₄⁺-N和NO₃^--N的总吸收速率无显著差异，NH₄⁺-N的地上吸收速率显著高于地下吸收速率，而NO₃^--N的地上、地下吸收速率无显著差异。

本研究分析了退化阶段代表性杂草类植物橐吾和香薷对铵态氮和硝态氮吸收速率的差异（图5）。结果表明，橐吾对NH₄⁺-N的吸收速率显著高于NO₃^--N（P<0.05），其中地下部分对NH₄⁺-N与NO₃^--N的吸收速率均显著高于地上部分的吸收速率（P<0.05）；香薷对NH₄⁺-N和NO₃^--N的总吸收速率无显著差异（P>0.05），地上部分对NH₄⁺-N的吸收速率显著高于地下部分的吸收速率（P<0.05），而地下部分与地上部分对NO₃^--N的吸收速率无显著差异（P>0.05）。

3 讨论

3.1 退化序列下小嵩草氮吸收速率的变化

沿退化序列，小嵩草对不同形态无机氮的吸收速率并非线性变化趋势，而呈波动变化，并且硝态氮与铵态氮变化各异。其中，所有退化阶段，小嵩草对NH₄⁺-N的吸收速率均显著高于NO₃^--N。这与研究区土壤本底NH₄⁺-N和NO₃^--N含量密切相关，NH₄⁺-N含量虽有波动，但始终占据优势（表1）。小嵩草NH₄⁺-N和NO₃^--N吸收速率呈互补状态，前者降低，后者补充。这表明在高寒草甸退化过程中，小嵩草的无机氮吸收偏好逐渐由NH₄⁺-N向NO₃^--N转变。结果符合已有结论，即沙化后草地莎草科植物偏好吸收NO₃^--N^［9］，可能与退化进程中草地土壤水分减少，pH增加有关^［18］，或是为避免植物与微生物竞争氮源，微生物通常以NH₄⁺-N为主要利用类型^［25］。本研究由于土壤NO₃^--N含量较低且其含量并未随退化进程呈显著变化^［18］，小嵩草的无机氮吸收偏好转变受到了制约，如果可以适时补充土壤NO₃^--N，可能会增强小嵩草在退化演替过程中的竞争优势，减缓退化推进，其中侵蚀阶段硝态氮吸收速率增加极显著，可能是人为干扰的关键时期。当然，嵩草本身由于地理环境特殊，偏好吸收有机氮分子^［16］，持续增加的退化压力，可能使小嵩草在退化后期放弃无机氮的竞争，选择有机氮，减小竞争压力，维持生长^［20］。因此，在退化后期虽然NH₄⁺-N吸收速率仍然波动下降，但NO₃^--N吸收速率并没有持续增加，即总无机氮吸收速率呈下降趋势。

无论是NH₄⁺-N还是NO₃^--N，小嵩草的地上、地下吸收速率的显著差异主要体现在进入黑土滩之前的退化阶段，并且对于NH₄⁺-N而言，重度退化和侵蚀阶段小嵩草地上、地下吸收速率之间的差异缩小，严重侵蚀阶段显著增强，后到黑土滩不再有差异。同样小嵩草地上、地下对NO₃^--N吸收速率的差异在重度退化阶段消失，而侵蚀阶段差异的显著性再次增强，至黑土滩阶段消失。总之，退化早期阶段小嵩草地上地下无机碳获取速率差异更为显著。退化早期，根系无机氮获取能力相对活跃。有研究表明，莎草科植物地上组织对土壤氮获取能力较低^［4］，因此地下部分吸收速率显著高于地上部分。后续退化阶段地上、地下吸收速率差异缩小，一定程度上表明随草甸退化加重，小嵩草地下部分的无机氮获取能力逐渐下降。可能是由于退化加重过程中，小嵩草在有限资源竞争中处于劣势，其群落优势地位逐渐被取代，符合退化草地物种变化规律，即毒杂草逐渐占领优势，因为一年生植物较多年生植物氮素利用策略更具竞争力。小嵩草对NH₄⁺-N和NO₃^--N吸收比率也印证了这一结论，即影响其总氮吸收速率的主要是地下部分，其无机氮吸收速率随退化加重呈波动变化，进而对地上部分造成影响（图3）。

综上，为避免竞争小嵩草沿退化序列逐渐趋向于吸收利用NO₃^--N以维持生存。退化草甸硝态氮含量较低，导致退化后期无法满足小嵩草的吸收偏好转变。相较于速生植物，小嵩草对无机氮的利用率处于劣势，所以整个退化序列总无机氮吸收速率呈下降趋势。退化后期小嵩草是否通过大量吸收氨基酸来参与竞争？若是，土壤可利用氮呈何种比例时其难以维持生长，完全被毒杂草取代？都值得被进一步研究。

3.2 高寒草甸退化后期不同物种对NH₄⁺-N和NO₃^--N吸收模式的差异

退化后期，小嵩草对NH₄⁺-N的总吸收速率、地上和地下吸收速率，除重度退化地上部分外，其他部分吸收速率均表现为杂草斑块显著高于嵩草斑块，而小嵩草对NO₃^--N吸收速率，地上、地下吸收速率均无显著差异（图 4）。已有研究表明，高山莎草科植物虽为非菌根植物，但可以通过主动转运的方式以高于NO₃^--N和NH₄⁺-N的速率吸收氨基酸^［26］。加之草地退化后期，土壤养分流失严重，有机碳含量下降，pH增加，水分下降等^［18］，可能驱使小嵩草将氮素吸收模式转变为偏好吸收氨基酸以维持嵩草斑块的存在，而杂草斑块已经完成演替，小嵩草不占据优势地位。因此，退化后期，杂草斑块铵态氮吸收速率显著高于嵩草斑块。硝态氮可能由于其含量太低，不体现显著差异。这也在一定程度上表明，退化后期即使是小嵩草占优势的小斑块，已经开始转变氮素获取策略。试图通过形成物种对不同化学形态氮素利用特异性来促进物种共存，维持群落多样性，进而减缓退化的加重，符合当前关于资源可塑性导致生态位分化互补的研究结果^［27］。

杂草斑块主要优势植物为橐吾和香薷，是两种功能性状差异较大的植物。橐吾是多年生植物，根系粗壮，丛幅较大；而香薷是一年生植物，植株较小，为浅根系植物。橐吾对无机氮的吸收速率显著高于香薷，并且二者对NH₄⁺-N和NO₃^--N的吸收模式存在差异。其中，橐吾对NH₄⁺-N的吸收速率显著高于NO₃^--N，且均为地下部分显著高于地上部分；而香薷对二者总吸收率无显著差异。这些结果再次印证物种之间通过不同的氮素利用模式来维持物种共存，或者逃避与其他优势植物竞争，以保证自身生长^［27］。橐吾吸收速率更快，说明粗根系速生植物在退化后期更具优势，优先利用土壤含量更高的氮形态。同时，橐吾可通过降低凋落物分解，抑制微生物活动来阻止氮素释放^［28］，一定程度上抑制了其他植物的氮素获取。香薷类矮小植物尽可能获取更多的可利用氮素维持生长发育，因此对不同化学形态氮素吸收不具较强的选择性。在退化后期的贫瘠养分状态下，香薷更多的是通过快速繁殖来完成竞争，同样符合生态位互补理论^［27］。

综上所述，高寒草甸退化序列下不同优势植物物种通过不同的氮素获取策略缓解氮素利用的竞争，是群落维持自身稳定，抵抗退化的内在机制。但由于退化草甸土壤氮的高度局限性，在退化后期物种的氮素竞争加剧，毒杂草以其自身优势占据优势地位，反馈作用使得退化持续加重，直至成为黑土滩裸地。

4 结论

青藏高原高寒草甸优势物种小嵩草沿退化演替过程中6个典型的群落发展阶段对土壤中总无机氮（NH₄⁺-N和NO₃^--N）的吸收速率呈波动下降的变化趋势。其中小嵩草对NH₄⁺-N的吸收速率沿退化演替的变化趋势同总无机氮的吸收速率相似，而对硝态氮的吸收速率呈波动上升趋势。退化后期，小嵩草在杂草占优势的斑块中对铵态氮的吸收速率显著高于嵩草占优势的斑块。杂草斑块中的优势植物橐吾对NH₄⁺-N的吸收速率显著高于NO₃^--N，而香薷对二者的吸收速率无显著差异。研究结果表明，在高寒草甸不同退化阶段，植物物种采用不同的无机氮获取策略适应土壤养分状况，维持自身生存。深入认识草地不同退化阶段植物对土壤无机氮素的吸收利用能够深入理解物种共存机制，进而为高寒草甸的保护和退化修复提供科学建议。

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基金资助

国家自然科学基金面上项目(32371664)

第二次青藏高原综合科学考察研究(2019QZKK0302)