矿质元素利用策略在氮添加导致草地植物物种丢失中的作用研究

Enhanced deposition of atmospheric nitrogen (N), as an important phenomenon in global climate change, has great impacts on plant growth, species richness and community structure and function of grassland ecosystem. There have been numerous studies on the effect of N deposition on community structure and function of grassland ecosystem, which mainly carried out on grasslands of Europe and North America. However, most of the studies so far have mainly focused on soil processes and plant interactions, while few studies have evaluated the roles of biological processes of plants in N-driven reduction of plant species richness in grassland ecosystems. In this study, we will study the effect of N deposition on nutrient availability in soils and nutrient acquisition by dominant species in the steppe community of northern China by N addition alone and N addition pulse lime in field as well as pot experiments in greenhouse. We will monitor changes in traits associated with soils and plants in response to N addition and N addition pulse lime addition, and compare these traits among different plants. We will determine the roles of nutrient mobilization in soils, acquisition patterns by plants and the overall plant growth in the community in changes in species richness in the Inner Mongolia stppe under conditions of elevated N deposition, and elucidate the mechanisms underlying the N deposition-induced species loss in the temperate steppes. The outcome of the project will be useful for conservation of plant biodiversity of grasslands under the background of global nitrogen deposition.

由于人类活动导致的全球大气氮沉降的迅猛增加，导致受氮限制的我国北方温带草原生产力提升和群落物种多样性降低，直接影响其生产和生态功能。针对草地生态系统物种多样性如何响应大气氮沉降在欧洲和北美草原做了大量研究，研究内容主要集中于土壤过程或种间相互作用，而对植物生物学过程在氮沉降驱动物种多样性降低中的作用及其机制关注甚少。本项目拟以内蒙古典型草原及其优势物种为研究对象，以野外氮添加和石灰添加控制实验，结合室内盆栽实验为主要研究手段，研究氮添加对典型草原土壤元素有效性、物种生长和矿质元素利用的影响，比较不同植物元素利用特征及其对氮沉降的响应，阐明氮添加--土壤元素变化---植物元素利用---植物地上生长的相互关系，以期揭示土壤矿质元素利用在氮沉降导致植物物种丰富度降低中的作用机制，为全球氮沉降背景下，理解和预测草地生态系统群落结构和生物多样性的变化提供理论基础。

由于人类活动导致的全球大气氮沉降的迅猛增加，导致受氮限制的我国北方温带草原生产力提升和群落物种多样性降低，直接影响其生产和生态功能。针对草地生态系统物种多样性如何响应大气氮沉降在欧洲和北美草原做了大量研究，研究内容主要集中于土壤过程或种间相互作用，而对植物生物学过程在氮沉降驱动物种多样性降低中的作用及其机制关注甚少。本项目拟以内蒙古典型草原及其优势物种为研究对象，以野外氮添加和室内模拟实验为主要研究手段，研究氮添加对典型草原土壤元素有效性、物种生长和矿质元素利用的影响；比较典型草原优势种养分利用策略和根际微生物群落的差异；研究优势植物的元素利用特征及其对氮沉降的响应；探讨氮添加--土壤元素变化---植物元素利用---植物地上生长的相互关系。研究发现：1）长期低水平的大气氮沉降显著降低生态系统物种丰富度，不同植物物种对氮沉降的响应截然不同，其中豆科、韭类和委陵菜属的杂类草对氮沉降表现最敏感；2）杂类草比禾草积累较高的锰和磷，其叶片磷锰的累积与其根系具备较强的磷锰活化能力有关，杂类草根系分泌较高的酸性磷酸酶、氢离子和有机酸根离子，导致进入土壤溶液中的磷锰浓度增加，进而促进磷锰在其体内累积；3）氮添加显著降低杂类草优势物种冷蒿根际菌根真菌的生物量和多样性，对禾草优势种克氏针茅的菌根真菌影响较小，这可能是氮沉降导致杂类草生物量和多样性降低的重要原因。这些研究结果与结论有利于揭示氮沉降导致植物物种丰富度降低中的作用机制，为全球氮沉降背景下，理解和预测草地生态系统群落结构和生物多样性的变化提供理论依据。