荒漠藓类与共存草本植物对土壤氮素吸收策略的研究

In the desert ecosystem, spore plants represented by mosses and seed plants represented by herbaceous plants can coexist well, and become an important basis for maintaining desert surface landscape and system stability. Nitrogen is the main limiting factor for desert life activities other than water. How to efficiently absorb and distribute limited soil nitrogen by mosses and herbaceous plants has become the focus of their species coexistence research. In this project, we will sets the coexistence quadrat of mosses and herbaceous plants, and the quadrats of two species plants exist separately in Gurbantunggut desert. To studies the strategies of soil nitrogen absorption and distribution by mosses and herbaceous plants, and analyze the key factors affecting plants nitrogen uptake. The nitrogen uptake preference of mosses and herbaceous plants was studied by adding mixture of ammonium nitrogen, nitrate nitrogen and organic nitrogen or single form. By setting different concentration of three different forms nitrogen, which were mixed in equal proportions, to explore the nitrogen uptake changes of plant in the coexisting communities of mosses and herbaceous plants. Meanwhile, using structural equation modeling, to analyze the key factors and pathways of affecting soil nitrogen uptake by plants. The study will provide important data for revealing the mechanism of coexistence of spore plants and seed plant species in desert ecosystems, and assessing the stability of desert systems under conditions of increased nitrogen.

荒漠生态系统中，以藓类植物为代表的孢子植物与以草本植物为代表的种子植物能够较好的共存，成为维系荒漠地表景观及系统稳定性的重要基础。氮素是荒漠除水分外生命活动的主要限制因子。藓类和草本植物如何高效吸收和分配有限的土壤氮素成为其物种共存研究的焦点。本项目拟以古尔班通古特沙漠为研究区域，设置藓类与草本植物共存以及两类植物单独存在的样方，研究藓类和草本植物对土壤不同形态氮素的吸收特征及影响氮素吸收的关键因子。通过同时添加铵态氮、硝态氮、有机氮三种形态氮素和分别添加单一形态氮素，研究藓类和草本植物对氮素的吸收偏好。将三种形态氮素等比例混合后设置不同浓度梯度，探讨藓类与草本植物共存群落对各形态氮素的吸收变化特征。利用结构方程模型，解析影响植物对土壤氮素吸收的关键因子和作用途径。研究将为揭示荒漠生态系统孢子植物和种子植物的物种共存机制、评估外来氮素增加条件下荒漠系统的稳定提供重要的数据支持和科学依据。

生物土壤结皮与草本植物共存是温带荒漠生态系统重要的地表景观和维系荒漠地表稳定的重要基础。然而，荒漠藓类植物(生物土壤结皮的重要组成部分)与草本植物在氮素如何高效吸收和分配有限的土壤氮素，影响植物氮素吸收的关键驱动因素还不清楚。鉴于此，本项目利用稳定同位素技术，通过控制土壤中优势形态氮素解析了藓类植物/草本植物独立存在和两物种共存模式下对不同氮素形态的吸收特征。结果显示，无论独立存在还是共存，某一形态氮素的添加将会显著促进草本植物对该形态氮素的吸收，即草本植物对土壤氮素形态的吸收受到外源氮素的影响。同时，共存模式下藓类植物将与草本植物竞争土壤中的氮素，抑制草本植物对氮素的吸收。通过改变水分的添加方式(完全湿润、地上加水、地下加水)，验证了藓类植物能够通过假根吸收土壤中的氮素。同时，荒漠藓类植物优先吸收土壤中的硝态氮，其次是小分子有机氮、最后是铵态氮，对土壤中硝态氮的吸收偏好与土壤氮库各形态氮素含量无关。在氮素浓度方面，随着氮素浓度的增加，植物对各形态氮素的吸收均呈现先增加后降低趋势。随机森林模型显示，影响草本植物对土壤硝态氮吸收的最重要因素为土壤C:N、C:P和全磷，而影响铵态氮吸收的最重要因素为土壤C:N、铵态氮和全碳。此外，采用空间代替时间的方法探究了影响不同生存模式下草本植物对氮素吸收的关键因素和作用途径。结果表明，影响叶片氮含量的关键因素在不同生存状态下存在明显差异，草本植物单独生长时为年均降水量，而与藓类植物共存时为土壤铵态氮含量。本项目已发表SCI论文3篇，CSCD论文4篇，在审SCI论文3篇，超额完成论文发表的考核指标。依托本项目，培养和协助培养硕士研究生各1名。