牧草中的矿质养分是家畜所需养分的重要来源，因此牧草矿质养分的稳定供给事关草原畜牧业生产。氮素补给是恢复退化草原生产功能、提升草地生产力的有效措施。然而，氮素补给在提高牧草产量的同时，也会改变不同牧草体内非氮矿质元素的含量，并常导致草原群落中植物物种多样性的下降。目前尚不清楚氮素补给如何影响牧草群落整体水平的非氮矿质养分含量及其供给稳定性。

中国科学院沈阳应用生态研究所沙地和退化草地近自然恢复与多功能提升创新组群依托呼伦贝尔草甸草原氮素化合物添加实验平台，开展了长达九年(2015–2023年)的野外控制试验，基于家畜矿质养分需求阈值和二分网络稳定性分析方法，系统探究了草甸草原刈割草地中牧草磷、钾、钙、镁、铁、锰、铜和锌等非氮矿质元素含量及其供给稳定性对不同氮素补给量(0、2、5、10、20和50 g N·m⁻²·yr⁻¹)的响应规律。研究结果显示，氮素添加显著降低了牧草的标准化非氮矿质元素的含量及其预期稳定性，并且这种负面影响随时间推移持续增强(图1)。沿氮素添加梯度，植物物种丰富度与牧草的非氮矿质浓度和供给稳定性之间呈现出正向但趋于饱和的关系(图2)。氮素补给通过降低植物物种丰富度，削弱了草地非氮矿质养分的供给能力，从而导致牧草产量与非氮矿质元素所表征的牧草品质之间呈现权衡关系(图3)。这一研究说明维持植物多样性对于保障天然草原矿质养分的稳定供给至关重要。该项研究揭示的氮素补给梯度上牧草产量与品质之间的权衡关系为刈割草地的养分管理提供了重要参考。

研究结果以“Nitrogen enrichment threatens non-N mineral nutrition and nutritional stability of forage due to biodiversity loss”为题发表于英国生态学会期刊Journal of Ecology。博士研究生张效境为第一作者，吕晓涛研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。

图1 氮素补给梯度上牧草标准化非氮矿质养分含量(MC)和预期养分稳定性(MS)的时间变化趋势

图2 氮素补给梯度上牧草产量和物种丰富度与牧草标准化非氮矿质养分含量(a、c)和预期养分稳定性(b、d)之间的关系

图3 牧草产量、标准化非氮矿质养分含量(MC)和预期养分稳定性(MS)在氮素补给梯度上的权衡关系