干旱区深根植物骆驼刺养分利用对潜水埋深条件的响应

Nutrient and water availability are the most important factors that limit plant growth and ecosystem processes in semi-arid and arid areas. The adaptive strategies of resources absorption and utilization of plants under different habitats are always attracted considerable attention of scientists. This research is conducted based on the long-term ecological experimental site in Cele National Station of Observation & Research for Desert Grassland Ecosystem in Xinjiang, China by outdoor simulation experiments and field experiments. The aim of the experiments was to investigate the changes of soil mineralization, inorganic nitrogen content in groundwater, stoichiometry of soil and plant, nutrient utilization efficiency, nutrient resorption efficiency, nutrient contents in leaves litter, and leaf longevity under different groundwater treatments. The meteorological factors are also recorded by the meteorological station of Cele National Station. We will reveal the impact factors of nutrient utilization efficiency and nutrient resorption efficiency of Alhagi sparsifolia under different groundwater depths at the southern fringe of the Taklamakan Desert. Our research will predict the growth changes of Alhagi sparsifolia in the future and these experiments are crucial importance for plant nutrient utilization, nutrient recycling, and the adaptive strategies of resources utilization of plants under few natural resources habitat. In addition, the process of plant nutrient utilization and circulation under different groundwater habitat will be analysed. We will provide theoretical basis for local vegetation protection and artificial vegetation restoration in the desert-oasis ecotone of the southern fringe of the Taklamakan Desert, Xinjiang.

养分和水分是干旱和半干旱区植物生长和生态过程中的主要限制因子。植物对各种资源的吸收和利用策略一直都是生态学研究的热点问题。本研究依托新疆策勒国家野外研究站的长期生态学试验场，通过人工模拟试验和自然环境试验相结合的方法，对塔克拉玛干沙漠南缘优势深根植物疏叶骆驼刺在不同潜水埋深条件下的养分利用特征进行研究，以期揭示潜水埋深变化对土壤养分状态及地下水中无机氮含量的影响，阐明植物化学计量学特征、养分利用效率、养分回收效率、植物凋落物养分含量及叶片寿命对潜水埋深变化的响应。探究荒漠植物养分利用效率、养分回收效率与植物自身特性及当地环境因子之间的关系。本研究结果将为预测荒漠深根植物疏叶骆驼刺未来生长状态及趋势，明确极端干旱区潜水埋深变化条件下的植物养分利用及循环过程，丰富植物对贫瘠环境适应的养分利用策略提供科学依据。同时也将为极端干旱区荒漠-绿洲过渡带优势植物的保护及未来人工植被修复提供理论支撑。

水分与养分是维持干旱区荒漠生态系统生产力最重要的两大限制因子。水分直接决定着干旱区绿洲的生存和发展。由于受到气候变化和人类活动的双重影响，致使塔克拉玛干沙漠南缘区域深根植物赖以生存和维持的地下水埋深逐年下降，荒漠-绿洲过渡带大幅消失。本研究以塔克拉玛干沙漠南缘荒漠-绿洲过渡带多年生优势深根植物骆驼刺为研究对象，在2015–2016年通过人工模拟试验和自然环境试验相结合的方法，发现在两年模拟试验中，潜水埋深显著影响土壤硝态氮、无机氮和土壤有效钾含量。野外试验中，土壤硝态氮、无机氮、有效钾、有机碳和有效磷含量显著受潜水埋深变化影响。2015–2016年，潜水埋深在模拟试验中对土壤养分变化的贡献率分别为38.8%和8.0%，在野外试验中的贡献率分别为39.0%和9.8%。模拟试验中1–2年生中幼龄骆驼刺叶中氮、磷、钾含量显著受潜水埋深影响，但叶片碳含量不受潜水埋深的影响。在野外试验中，多年生骆驼刺叶中的磷和钾含量显著受潜水埋深影响，碳和氮的含量受潜水埋深变化的影响较小。2016 年模拟试验中潜水埋深对骆驼刺叶片养分含量变化的贡献率达 21.4%；在两年的野外试验中潜水埋深对骆驼刺叶片养分含量变化的贡献率分别为12.1%和7.0%。不同潜水埋深条件下，中幼龄及多年生骆驼刺植株氮回收效率在18.5%–55.1%之间，磷回收效率在29.1%–81.0%之间，钾回收效率在7.2%–44.3%。不同生长年限的骆驼刺对潜水埋深变化的响应机制不同。1-2 年生中幼龄骆驼刺通过全面调整氮、 磷、 钾等养分利用和回收过程来适应潜水埋深变化，多年生成株仅通过调整磷和钾的养分回收过程来适应潜水埋深变化。本研究有助于深刻理解潜水埋深变化条件下荒漠深根植物的养分吸收和利用策略，对于荒漠深根植物的保护和人工恢复具有重要的科学意义和应用价值。