氮沉降对典型草原植物叶和细根凋落物化学计量学及其分解的影响

The increasing nitrogen deposition under the background of global changes likely affects the cycles of carbon and nutrients in ecosystems, while litter decomposition is the key step of these cycles. Therefore, it is important to investigate the influence of nitrogen deposition on litter decomposition and the underlying mechanisms to better understand the carbon and nutrient cycles in grassland ecosystem. Here, we propose to study the effects of different amounts and proportions of inorganic and organic nitrogen addition in a grassland on the carbon and nutrient cycles by exploring the following scientific questions: (1) changes in stoichiometric dissimilarity of plant leaf and fine root litter in grassland ecosystem and their possible causes in plant diversity and litter stoichiometry, and (2) changes in decomposition rate of plant leaf and fine root litter and the underlying mechanisms through analysis of the influence of stoichiometric dissimilarity and microbial diversity and/or activity on litter decomposition, in combination with common garden experiments. The results from this study will allow us to better predict the possible effects of increasing nitrogen deposition on carbon and nutrient cycles in degraded grassland ecosystem and to recommend proper management regimes that can minimize negative ecologically impacts of nitrogen deposition on grassland.

全球变化背景下日益增加的氮沉降影响生态系统碳和养分的循环，而凋落物分解是该循环的关键环节。因此研究氮沉降对草地生态系统凋落物分解的影响，并探讨其机制，对于认识氮沉降背景下草地生态系统碳和养分循环具有重要意义。本项目借助氮添加试验模拟氮沉降，通过添加不同量以及不同比例的有机和无机氮来探讨以下科学问题：（1）草地植物叶片和细根凋落物化学计量学趋异性的变化，并从植物多样性和凋落物化学计量学等角度来分析其变化的原因；（2）草地生态系统叶片和细根凋落物分解速率的变化，并从凋落物化学计量学趋异性以及微生物多样性和活性等角度来系统分析变化的原因，同时结合同质园试验来揭示凋落物分解变化的调节机制。该研究结果不仅有助于进一步完善氮沉降对凋落物分解影响的相关机制假说，还将有助于预测氮沉降的变化对退化草地生态系统的影响，为退化草地的合理利用和管理提供科学依据。

全球变化背景下日益增加的氮沉降影响生态系统碳和养分的循环，而凋落物分解是该循环的关键环节。氮沉降影响凋落物分解主要通过以下两方面：凋落物质量（化学计量特征）和土壤微生物（活性）。因此，本研究着重结合这两方面进行研究。目前已有研究结果从以下两方面阐述：.一，.氮沉降对凋落物质量的影响.我们研究结果表明，氮沉降可以通过影响不同物种和器官化学计量特征来影响群落凋落物质量，而且，氮沉降对凋落物群落质量影响还依赖于土壤可利用磷以及氮沉降量和组分。在低无机氮输入下(5 m-2yr-1)，羊草和无芒雀麦叶枯落物磷含量显著降低，但斜茎黄芪枯落物叶磷含量无显著变化。因此，羊草和无芒雀麦叶枯落物N:P比在无机氮输入下增加幅度较大，而其它元素无显著变化，可能会导致微生物P限制，进而降低枯落物的分解。高氮而且有机氮所占比例大的氮输入也会增加斜茎黄芪茎Na的含量，对无芒雀麦和羊草枯落物Na无显著影响，因此，可能会引起斜茎黄芪茎的分解速率增加。.二，.氮沉降对土壤微生物活性的影响.氮沉降中有机氮和无机氮的变化显著影响与碳氮磷分解相关酶活性。分解碳相关的酶活(β-1,4-glucosidase和α-1,4-glucosidase)和氮循环相关酶活（β-1,4-N-acetylglucosaminidase）在有机氮为20%时最低，显著低于纯有机氮添加。而磷循环相关的酶活（PHOS）显著被纯无机氮的输入抑制。该结果表明氮沉降组分中无机氮比例增加会降低枯落物分解微生物活性，来降低枯落物分解。.综合以上控制枯落物分解的两个主要因子，来分析枯落物在纯无机氮添加下分解速率低主要是由于枯落物P限制以及微生物活性被抑制的原因。而且高氮添加加剧氮磷不平衡和微生物活性，分解速率最慢。由此可见，以往采用单一氮源添加来模拟氮沉降对枯落物分解的影响会过高（采用硝酸铵）或者过低（采用尿素）估计氮沉降的影响，应该考虑氮沉降组分的变化。