温带典型草原植被-土壤界面氮素转化过程对退化与恢复的响应机制

The typical temperate steppe was severed as one of the most dominated pastorals production basis in China, and it also can provide great ecosystem function. Recently, with the increased pressure of the climate change and human disturbance, the typical steppe has been degraded seriously. However, few studies were carried out in the mechanism of nitrogen transformation in typical steppe, which limited the restoration of degraded steppe. Therefore, in this project, the influence of degradation and restoration on nitrogen transformation between vegetation and soil is carried out, in order to analysis the relationship between vegetation condition and soil nitrogen concentration. In this project, we want to find the relationship between soil microbe, soil enzyme and the capacity of soil available nitrogen. The results of the study can provide theoretical support for the development of grassland ecosystem restoration and management strategies.

温带典型草原作为中国主要的畜牧业基地及重要生态屏障，提供了巨大的生态系统服务功能。近些年来，受气候异常变化以及人类逆向行为的影响，温带典型草原退化严重，严重威胁到社会经济的可持续发展及我国的生态安全。而退化草原生态恢复的基础理论尚不完善，尤其是土壤养分库的作用研究还有待深入，无法有效指导典型草原土壤养分的生态恢复实践。基于这一背景，本课题拟开展温带典型草原生态恢复的营养生态过程研究，选择陆地生态系统主要的限制性元素氮素为切入点，系统分析草原退化程度对于植被-土壤界面氮素转化过程的影响，以期探明退化和恢复过程中土壤氮素分配及植被组成间的作用关系及反馈机制，深入揭示土壤氮素有效供给及相关功能微生物及酶活性的互作效应机理，综合集成退化典型草原生态恢复的土壤养分-土壤微生物-酶活性的综合作用理论，为典型草原土壤微生境恢复措施的更新和发展提供理论支撑，也为恢复生态学基础理论的发展和完善提供案例支持。

本项目以内蒙古自治区毛登牧场不同退化程度的温带典型草原为研究对象，分析草地植被退化对植物、根系分布及养分含量的影响，研究土壤理化性质以及微生物活性、酶活性对草地植被退化的响应，通过构建植物-土壤关系模型，分析草地退化过程中土壤氮素循环过程对植被生长的影响作用关系，主要研究成果如下：（1）构建了温带典型草原综合健康评价指数，结合传统单纯利用地上植物群落组成评估草地健康程度的方法，综合考虑到草地退化过程中土壤性质的变化，更加综合全面的评价草地健康程度，实现草地退化程度的精准量化；（2）温带典型草原退化是植被与土壤的协同退化，草地退化不仅引起草地植被群落组成改变，还影响草地优势物种的氮含量以及地下根系氮含量。草地退化对土壤中硝态氮、碱解氮和总氮含量影响显著，但对铵态氮影响不显著。（3）温带典型草原退化会影响土壤氮素转化相关的微生物活性及酶活性，影响显著的有土壤固氮微生物活性、矿化微生物活性和脲酶活性，土壤硝化微生物活性、反硝化微生物活性、蛋白酶活性和硝酸还原酶活性随草地退化程度加剧变化不显著。（4）分析结果筛选出影响土壤微生物活性及酶活性的主要因子以及影响植物根系生长的关键要素，为退化草地生态恢复提供基础数据和理论支撑。课题研究过程中，课题组研究人员中3人晋升为副高级职称，1人硕士毕业，2人硕士研究生在读。完成2篇中文论文和1篇英文论文的撰写，其中1篇论文已接收，其他论文尚处于投稿阶段，尚未接收。