不同氮素添加频率对内蒙古典型草原植物和微生物关系的影响

Human activities have altered global cycle of nitrogen (N). As a consequence, atmospheric N have been increased over the past two centuries and will continue to be increased in the future. Response mechanism of terrestrial ecosystem to N deposition have been widely studied. The present study simulated nitrogen N through N addition once or twice in one year mostly in spite of real atmosphere N addition happending every minute, whether their results reflect the reality are still considerable. And, a large number of previous researches focused on certain trophic level or some aspects of ecosystem processes. However,terrestrial ecosystem is an integrative entity of producer subsystem and decomposer subsystem, which are interdependent with each other. In this proposed project, we will study the effects of different strength and especially the different frequency of N deposition on the interactions between plant and microbe by combining manipulative field experiment and pot experiment. We emphasize the incorporating between above- and belowground processes, in order to uncover the dynamics of plants-microbes community structure, trophic interaction processese, and ecosystem functioning. Using structural equation modeling method, we will analysis plant and microbe nutrient stoichiometry, abundence and their diversity. In so doing, we may ultimately disclose the effects of different strength and frequency of N deposition on the coupling relationships between aboveground and belowground functioning parts in the Inner Mongolia grassland ecosystem.

人类活动的加剧造成了全球氮循环的改变，致使过去两个世纪以来地球表面的氮沉降都在增加。氮沉降带来的生态效应已经成为当前陆地生态系统研究的重点。然而现有的研究结果多为1年1-2次的氮素添加模拟氮沉降，实际上大气氮沉降时时刻刻都在进行，其结论能否真实的反映氮沉降对生态系统的影响值得商榷。已有研究多局限于生态系统中的某一个营养级，或者生态系统的某些少数过程。然而，陆地生态系统中生产者亚系统和分解者亚系统之间是相互依赖的。本项目将野外模拟氮沉降原位控制实验和单物种盆栽实验相互印证，通过生态系统地上地下过程相结合的方法，研究植物、微生物的群落结构和生态系统功能及植物-微生物相互作用过程对不同强度和频率氮沉降的响应趋势和规律。利用结构模型方程，整合观测到的植物与土壤中的元素化学计量特征，结合植物、微生物群落多样性和生物量的数据，探讨氮沉降的强度和频率对内蒙古典型草原生态系统地上地下过程的耦联关系的影响。

由于人类活动和全球气候变化的影响，未来大气氮沉降会持续增加，可能进一步影响生态系统的结构与功能。草地生态系统生产力受氮素限制，并且对氮素的有效性极为敏感，因此，研究氮素添加对草地生态系统结构与功能的影响非常迫切。我们利用2008年在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站羊草样地设置的长期氮素添加实验，通过分析2015年的土壤理化性状和土壤微生物，以及2015-2017年间的植物的响应，得到的结果如下：. 氮素增加显著降低了土壤pH，增加了土壤有效磷。然而两种不同的添加频率对pH和有效磷表现出相反的结果，说明之前的低频率氮素添加会高估或低估真实氮沉降对草原生态系统的影响。. 两种不同频率的氮素添加都会降低土壤微生物F/B的比值，说明氮沉降改变了土壤微生物的群落结构，两种频率之间没有显著的差异。. 不同的植物功能群和植物种类对氮沉降的响应各异，羊草的地上生物量比例迅速升高，且逐渐成为单优势物种。氮沉降会导致生态系统中原有物种的丢失，原来的优势种：米氏冰草、黄囊苔草、洽草、隐子草、西伯利亚羽茅，在较高的氮沉降浓度下已经无法存在。洽草在不同频率的氮素添加时，物种丢失时的氮添加浓度不同，产生这种频率和氮素差异的原因与物种的物候期和氮素添加时间有关系。. 长期模拟氮沉降降低了2种凋落物中纤维素、半纤维素、木质素含量及其与N素的比值，氮沉降对凋落物C含量无明显影响，降低了凋落物N、P含量以及C/N和C/P的比值。由于氮沉降增加了凋落物N、P元素含量，同时降低了难分解的结构性物质含量，因此可能会对凋落物分解产生促进作用。. 长期模拟氮沉降引起的凋落物质量与土壤性质的变化，影响了凋落物的分解速率。氮沉降最终促进了凋落物的分解，相比于凋落物性质的改变，土壤因素的变化能够更好的解释凋落物的分解。氮添加对凋落物和土壤性质的改变，使其产生了相互适应的特化作用，并且随着氮添加水平的升高，表现出了逐渐增强的主场优势效应。