氮沉降对草甸草原物种多样性及群落组成的影响：光竞争和土壤酸化假说的实验验证

Increasing atmospheric nitrogen (N) deposition is considered as a global threat to the function and service of terrestrial ecosystems by decreasing plant biodiversity and changing species composition, even though it may relieve N limitation and increase productivity. Previous studies mostly focused on just one N form, leading to inclusive conclusions on the impacts of N deposition on terrestrial ecosystems. As N-derived ecological changes, light competition and soil acidification are two main mechanisms responsible for species loss. However, the general response of species richness to N deposition across different vegetation types, soil conditions, and climates remains largely unknown due to the existence of entwined mechanism and their interactions. This study attempts to combine controlled field experiment with pot experiment to elucidate the effects of different N forms on meadow steppe biodiversity and community structure. In addition, we will aim at teasing apart the light competition and acidification mechanisms by adding two N forms with different acidification effects in combination with light compensation to lower-layer species. We will study the respective effect of these two mechanisms and also their interactions, thereby providing new evidence regarding the generality of terrestrial ecosystems in response to atmospheric N deposition.

氮沉降的增加对生态系统生产力具有一定的促进作用，但是随之引起的物种多样性降低及群落组成的改变，对生态系统的结构、功能、服务产生重大影响。氮沉降引起的光竞争和土壤酸化是对生态系统产生影响的两个重要机制，多种机制的共存及综合作用是目前关于不同生态系统对氮沉降的普适性响应研究的瓶颈问题。同时，由于目前氮添加实验所用氮肥形态的单一性，难以全面地揭示自然氮沉降的生态学效应，致使光竞争与土壤酸化机制的量化研究方面存在偏差。本项目拟以呼伦贝尔草甸草原生态系统为研究对象，通过野外控制实验与室内培养实验相结合，研究不同形态氮添加对物种多样性和群落组成的影响，厘清这两种机制对生态系统群落结构改变的直接或间接作用，并量化两者的相对重要性；同时通过增光及三种酸化效应不同的氮化合物添加处理将两种机制进行分离，研究二者对草原物种生长的单独效应及相互作用关系，期望对探究不同生态系统对氮沉降的普适性响应提供理论依据。

大气氮沉降导致草地生态系统物种多样性降低已成共识，并一直是近几年的研究热点。氮沉降引起的光竞争和土壤酸化是对生态系统产生影响的两个重要机制，多种机制的共存及综合作用是目前关于不同生态系统对氮沉降的普适性响应研究的瓶颈问题。同时，由于目前氮添加实验所用氮肥形态的单一性，难以全面地揭示自然氮沉降的生态学效应，致使光竞争与土壤酸化机制的量化研究方面存在偏差。本项目依托运行5年的氮化合物添加实验平台，系统研究了不同氮化合物对草甸草原生态系统生产力的不同生态效应，并基于功能性状多样性，解析了草甸草原生产力对氮添加的响应机制，研究发现硫酸铵及硝酸铵添加具有更强的酸化效应，主要是通过影响功能性状的均值来影响ANPP；而尿素具有更强的肥料效应，主要通过影响性状离散度来影响地上生产力的响应。同时，依托本项目资助，新建补光及土壤酸化平衡实验平台，验证了光竞争在氮添加导致物种多样性降低中的重要性，并创造性地提出了低层补光会通过增加低层植物的β多样性来缓解多样性降低。这些成果与结论为接下来进一步深入探索物种多样性降低机制提供了新视角，为草地多样性保护以及生态功能维持提供理论支撑。