基于功能性状研究半干旱沙地植物叶片和细根凋落物可分解性的关联性

Correlations of litter decomposability and plant functional traits between leaves and fine roots are related to coordinated mechanism and trade-off between aboveground and underground organs in plants from sand land ecosystem. Consequently, such relationships will help us to understand coordination in mass turnover among plant organs and supply useful evidence for plant community controlling carbon and nitrogen cycling in terrestrial ecosystems. However, the studies on correlations of litter decomposability and plant functional traits between leaves and fine roots are very limited, especially in sand land ecosystems. In this project, we mainly investigate plant functional traits in leaves and fine roots for 67 plant species in Kerqin sandy land, north China. Subsequently, the corresponding litters of leaves and fine roots for the selected species will be collected and a controlled 2-year decomposition experiment will be carried out using litter bag method. The objectives of the project are to: 1) compare differences of litter decomposability and plant functional traits in leaves and fine roots among plant functional types, such as C3 and C4; 2) determine the correlations of litter decomposability and plant functional traits between leaves and fine roots; 3) reveal the mechanism of correlations in litter decomposability between leaves and fine roots based on functional traits. Thus, it will give us some valuable data to understand plant functional traits and ecosystem function, and ultimately improve the knowledge of biogeochemical cycling in carbon and nitrogen in sand land.

叶片与细根之间植物功能性状及凋落物可分解性的关联是认识沙地生态系统植物群落地上和地下协调机制和权衡关系的重要内容，深入揭示这种关联性对于理解植物不同器官物质周转的协同性及其机制具有重要作用，为认识植物群落调控陆地生态系统碳氮循环提供科学依据。但是目前有关植物叶片与细根之间凋落物可分解性的关联研究非常有限，特别是在沙地生态系统。本项目以我国北方科尔沁沙地为研究区域，以区域内主要类型沙地上67种植物为研究材料，通过野外植物功能性状调查和凋落物分解控制试验，研究沙地主要植物叶片和细根功能性状和凋落物的可分解性，比较不同功能群植物叶片和细根功能性状及凋落物可分解性的分异规律，确定叶片和细根之间功能性状与凋落物可分解性的关联性，基于植物功能性状解释叶片与细根凋落物可分解性相互关系。为深入认识沙地植物功能性状与生态系统功能之间的关系提供实验依据，以期加深对沙地生态系统碳氮地球化学循环过程的理解。

凋落物分解是陆地生态系统生物地球化学循环的核心过程之一，认识其关键影响机制对于预测未来气候变化背景下生态系统碳和养分循环具有重要意义。将植物功能性状与凋落物可分解性联系起来是近年来生态学研究关注的热点问题，有利于深入理解陆地生态系统群落结构对生态系统过程和功能的驱动及其机理。本研究以科尔沁沙地24种主要植物为研究对象，通过野外调查和凋落物分解原位控制试验，并结合实验室分析，测定了活体植物叶片和细根的功能性状，叶片和细根凋落物的质量特性（litter quality），以及叶片和细根凋落物的分解速率。主要研究结果：1）科尔沁沙地一年生植物的比叶面积（SLA）、比根长（SRL）显著高于多年生植物，而叶片和细根干物质含量、组织密度、碳（C）和氮（N）含量显著低于多年生植物。一年生植物的叶凋落物缩合单宁、木质素、N和C含量，以及细根凋落物淀粉、N和C含量显著低于多年生植物，而叶凋落物纤维素含量和C:N，以及细根凋落物C:N和木质素:N显著高于多年生植物。一年生植物的叶片和细根凋落物分解速率与多年生植物之间无显著差异；2）科尔沁沙地主要植物叶片和细根之间的LDMC/RDMC、SLA/SRL、LN/RN和LC/RC表现出显著协调性。叶片和细根凋落物之间的氨基酸、水解单宁、总酚、可溶性蛋白和N含量，以及C:N和木质素:N也具有显著关联性。叶片和细根凋落物分解速率之间具有显著关联性；3）叶片凋落物分解速率与LDMC、LTD、LC和LN之间有显著相关性；细根凋落物分解速率与细根功能性状之间无显著关系。本研究旨在为沙质草地生态系统植物群落结构和功能之间建立联系，为深入理解生态系统C和养分循环的驱动机制提供数据支持，同时为区域建立与环境相适应的植物群落系统及其可持续管理提供理论依据。