植物功能性状和微生物特性对草地生态系统土壤氮素内循环的协同调控机制

Litter imputs and microbal properties play an important role in the internal nitrogen cycle, and directly affect ecosystem functions. Based on the relevant theories on functional traits, the species was considered as the assemblage of functional traits affecting ecosystem processes and functions (nutrient cycling, productivity etc.). Thus, this project will be performed in three types of grassland (meadow steppe, typical steppe and desert steppe) in North China. In every region, typical plant communities will be selected to measure nitrogen mineralization rate, functional traits of dominant species and microbial properties at four-week intervals during growing season. According to the trait-based approach, generalized linear model and sturctural equation model was used to quantify the relationships of plants (exploitative species and conservative species), microbes, soil and nitrogen cycles, make clear the relative contributions of plant traits and soil microbial properties to internal nitrogen cycle and discover the regulating mechanisms of plant traits and microbial properties in the internal nitrogen cycle. Results and conclusions in this project can increase the knowledge on the balance of nitrogen assimilation and mineralization and enhance nitrogen retention and cycling rate. Under the condition of nitrogen deposition, this will provide experimental and theoretical supports for grassland management and the sustainable development of terrestrial ecosystems.

植物凋落物的输入和微生物的特性对于陆地生态系统土壤氮素内循环的调控作用极为重要，影响生态系统的生产力、稳定性和可持续性。基于功能性状的相关理论，物种被认为是功能性状的集合，物种特性直接作用于生态系统功能（养分循环、生产力等）。因此，本项目拟选择我国北方3种草地类型（草甸草原、典型草原和荒漠草原）的代表性群落作为研究对象，在生长季内定期测定优势物种功能性状、微生物特性、土壤因子以及氮矿化速率等指标，并分析其季节动态和空间格局。采用功能性状的研究方法，利用广义线性模型和结构方程模型分析特征植物（开发种和保守种）性状、微生物特性、环境因子和氮素内循环之间的定量关系，确定植物和微生物对土壤氮素内循环的相对贡献，揭示植物功能性状和微生物特性对氮素内循环的调控机制。研究结果有助于增加对土壤氮同化与氮矿化平衡关系的认识，提高土壤氮固持能力和氮循环效率，对于草地管理和生态系统可持续发展提供实验和理论的支持。

植物凋落物的输入和土壤微生物的特性对于陆地生态系统土壤氮素内循环的调控作用极为重要，影响生态系统的生产力、稳定性和可持续性。本项目选取我国北方草地代表性植物群落为研究对象，在增氮增雨和枯落物添加实验平台，探讨植物功能性状、土壤酶活性、土壤微生物多样性的变化规律，并利用结构方程模型分析它们之间的定量关系。.结果表明：（1）草地生态系统中禾草功能群叶片功能性状对氮沉降增加具有较好的指示作用；（2）水分是影响土壤铵态氮和净铵化速率的主要因子，而氮素水平影响土壤硝态氮与净硝化速率，进而影响土壤无机态氮含量及氮矿化。氮循环速率的变化可能是枯落物、植物、土壤环境及其土壤微生物等多因素相互作用的结果；（3）土壤水解酶活性对于营养元素循环具有良好的指示作用。适度增氮能够促进土壤水解酶活性，但降水增加会中和或抑制氮沉降增加的促进效应；（4）低胁迫生境元素循环及耦合关系较为稳定，土壤元素总含量是影响土壤微生物的主要因子。高胁迫生境元素耦合关系不稳定，土壤可利用的元素含量通过影响土壤微生物进而影响元素循环速率，体现出微生物作为介导因子在元素循环过程中的重要作用。（5）氮沉降增加直接改变了土壤微生物群落组成，也改变植物对土壤微生物群落的调控方式。活体植物根系成为了调控土壤微生物群落组成的主要调控因子，影响细菌和真菌的群落组成。植物地上枯落物对土壤微生物群落的影响是受条件限制的，氮添加消除了枯落物对土壤细菌群落的影响。植物-土壤微生物相互作用关系在氮素内循环过程中发生变化，二者在氮素内循环过程发挥的作用方式与程度也随之变化。.本项目研究揭示了氮沉降和降水增加背景下，优势植物叶片功能性状、土壤酶活性与微生物多样性的变化规律，并定量化地分析其在植物-微生物介导生态系统元素循环过程中的作用方式和程度，为进一步预测在全球氮沉降增加背景下土壤氮素转化过程及变化趋势及草地生态系统管理和可持续发展提供理论支持。