半干旱区沙质草地植物功能多样性特征及其对氮素添加的响应

Functional diversity represents the diversity of plant functional traits in a given community or ecosystem, and is commonly assumed to be the good predictor of how ecosystem keep its stability. Nitrogen is an important limiting factor affecting community structure and plant functional traits in semi-arid region.However,how nitrogen impacts the functional diversity which based on plant functional traits at community scale has received much less attention in the literature. In this project proposal, we will survey plant functional traits and biodiversity and use this data to estimate the plant functional diversity in Horqin sand land. The objectives are to 1) determine the relations between functional diversity and soil nitrogen content; 2) compare functional diversity variability among different communities. Secondly, examine the response of functional diversity to nitrogen deposition will be studied by simulating different nitrogen deposition rates in the field of Horqin Sandy grassland. The aim of this experiment is to find the variations and homeostasis of functional diversity in dominant community of sandy grassland. This project also will examine how nitrogen additions affect intraspecific trait variability and how nitrogen induced community structure changes with functional diversity. As a whole,our goal is to experimentally examine community assembly, and determine how nitrogen additions influence ecosystem functioning and ecosystem restoration in the Horqin sandy grassland.

植物功能多样性描述了特定群落或生态系统内物种间功能特征的变化范围，对于认识生态系统稳定性维持机理具有重要作用。氮素是影响干旱区植物群落结构和功能性状的重要限制因子，然而群落尺度上功能性状对氮素响应的研究目前并不多见。本项目以科尔沁沙质草地代表性植物群落为研究对象，通过测定物种个体的植物功能性状、群落组成和土壤氮含量，分析基于群落尺度的功能性状（以植物功能多样性指示）与土壤氮含量的相关性，比较不同群落植物功能多样性的异同，并通过模拟不同氮沉降速率的方法，从机理上阐述沙质草地植物功能多样性对氮素添加的响应机制，定量化描述个体和群落尺度上植物功能多样性的变异，为进一步认识沙质草地植物的资源利用策略、群落构建、沙质草地生态系统功能及恢复提供科学依据。

工业革命带来的持续氮沉降的增加已经使得全球范围内物种多样性减少，而在物种丰富度较低、生境脆弱的沙质草地生态系统中氮沉降对该区生态系统结构和功能的影响并不系统，以往已有的研究主要集中在群落结构和生产力的变化方面，对氮沉降后生态系统功能的变化研究较少。. 基于此，本项目从个体、功能群到群落尺度系统研究了生态系统功能的变化，基于功能多样性指示生态系统功能的变化，通过氮添加模拟氮沉降的增加，研究了群落尺度上群落功能的变化，定量化分析了引起群落功能多样性变异的不同来源：首先在物种尺度上，沙质草地植被恢复演替早期的优势植物如沙米，其比叶面积和叶氮含量较高，指示该类植物具有较快的生长的能力，而植被恢复演替后期优势植如物尖头叶藜其具有相对较高的保持养分的能力；从功能群尺度，一年生植物和多年生植物对氮添加的响应明显不同。单独氮素添加、氮素和降雪交互增加了一年生植物的生物量，对多年生植物影响较弱。一年生植物功能性状的变异对氮添加的响应要更加敏感；从群落尺度，基于不同功能性状计算的功能多样性变异程度并不一致。其中基于高度计算的种内变异最敏感，基于叶片化学计量学特征计算的种内变异高于基于叶片形态特征计算的种内变异。氮添加增加了种内变异因此导致群落总的功能多样性的增加。利用零模型分析一年生和多年生植物的性状重叠后发现，氮添加后群落内部物种竞争强度增加，群落内物种之间的性状重叠增加，而这种性状重叠的增加主要由群落中的一年生优势物种的性状占据空间改变所引起。. 本项目从多尺度上分析了氮添加后沙质草地植物群落功能的变化及其机制，研究结果对指示沙质草地的植被功能恢复提供了依据，在未来进行沙质草地功能恢复时不能只考虑群落生产力的提高，同时需要生态系统功能的变化，如适当补充多年生植物的种源，以增加沙质草地植物群落功能的多样性和稳定性。