融雪期施肥促进退化草地恢复的生态学机制研究

The unbalance between inputs and outputs of soil nutrients is one of the major mechanisms causing grassland degradation. Fertilization during snow-melting period can facilitate the restoration of degraded grasslands due to that some grasses have a peak of bud differentiation and water supply is sufficient at this period. However, the underlying mechanisms remain poorly understood. Moreover, deficiency of nitrogen (N) and phosphorus (P) is a general feature of grasslands in northern China. With the increase of N deposition and the use of fertilizer in grasslands, the limitation for grassland productivity may shift from N-limitation to P-limitation or N and P co-limitation. This project will conduct an experiment of N and P addition at a degraded ecosystem in Xilingol grasslands, focusing on the ecological mechanisms for productivity improvement and replacement of dominant species. This study is expected to provide ecological theory for the rational use and nutrient management of grasslands, and technical support for restoration of degraded grassland.

土壤养分的入不敷出是导致草地退化的主要原因之一。融雪期在退化草地上施肥充分利用了积雪融化期和春季牧草蘖芽分化高峰期相吻合的特点，取得了较好的恢复效果，但是其背后的生态学机制有待于深入研究。此外，我国北方草原以“少氮更缺磷”为特征，随着全球氮沉降的增加和草地施肥技术的应用，草原的生产力可能由氮限制转为磷限制或氮磷共同限制。本项目拟以锡林郭勒的退化草地生态系统为研究对象，通过融雪期氮、磷养分添加实验，研究融雪期施肥对退化草地生态系统结构和功能的影响，重点探讨草地生产力提高以及优势种发生更替的生态学机制。本项目的研究结果将为草地的合理利用、养分有效管理及退化草地的修复提供理论依据和技术支撑。

我国70%的天然草原处于不同程度的退化之中。草原退化后土壤养分大量损失，成为退化草原难以恢复的瓶颈，然而过度养分添加导致生物多样性降低。因此，如何通过补充养分促进退化草原恢复，同时又不降低生物多样性，是草原修复与保护领域亟需解决的关键问题。融雪期施肥具有很好的草地恢复效果，但背后的生态学机制尚不清晰。针对这一问题，本项目以锡林郭勒退化草原为研究对象，通过4年的融雪期氮、磷养分添加控制实验，揭示了融雪期施肥对退化草原生态系统结构和功能的影响，特别是生产力提高与优势种更替的驱动机制。取得了如下主要结果：1、明确了融雪期施肥对草原群落结构和功能的作用效果；2、 揭示了融雪期施肥促进草地恢复的生态学机制；3、 揭示了融雪期施肥促进退化草地碳吸收的生态学机制。相关结果对于深刻认识养分驱动的退化草地恢复进程具有一定的理论意义，对于指导大面积退化草地的恢复具有重要应用价值。在本项目支持下，项目组在《植物生态学报》、《应用生态学报》、Science Advances和Journal of Ecology上发表论文4篇（其中3篇为第一标注），获得国家发明专利授权1项(ZL202111204131.8)，制定草地恢复的团体标准1项(T/HXCY 033-2020)，基于本项目研究结果研发的“退化草原快速恢复技术”在2022年入选“2021科创中国先导技术榜单”。在人才培养方面，1名硕士研究生毕业并获得硕士学位，2名转为博士研究生。研究生参加了两届“草地生态与适应性管理国际学术研讨会” (长春,2019和沈阳,2020)，获得研究生学术报告三等奖和优秀奖各1项。