古尔班通古特沙漠不同生活型草本植物氮素吸收策略的研究

Soil chemical nitrogen (N) forms partitioning by niche separation among species is considered as an important mechanism explaining species coexistence in terrestrial ecosystems, especially in N deficiency systems. The uptake of different forms of N is beneficial for the maintenance of species diversity and multifunctionality. The desert herbaceous plants, which grow rapidly, and have different life forms, are the vital variable in the biomass dynamics in the desert. To determine whether niche separation of the chemical N exists in different types of herbaceous plants is crucial for the N deficiency desert ecosystems. In this project, we will conduct plots in the Gurbantunggut desert, and study the dynamics in different forms of soil N, such as ammonium, nitrate, dissolved organic N, microbial N and etc. Three lifeforms of herbaceous plants, including ephemerals, ephemeroids and annuals, will be selected to apply different types of 15N labeled N according to their growth characteristics in different seasons. The uptake rates of the labeled N will be measured to determine the plant N preferences. Different temperature and water conditions will be set up to test their effects on the uptake of different N forms. Our objectives are to clarify the N usage strategy of desert herbaceous plants. The study will help to evaluate the structure and function of desert ecosystem under climate change from nutrient aspects, and also be useful for the restoration management of degraded ecosystems.

氮素化学形态生态位的分离被认为是生态系统中物种共存的重要机制，尤其是在氮素缺乏的系统，植物对不同形态氮素的利用保障了系统的物种多样性和多功能性。荒漠草本植物生长速度快，生活型多样，是荒漠系统生物量动态的最大变量。确定不同生活型草本植物对荒漠土壤有限氮素的利用是否具有形态生态位的分离具有重要意义。本项目拟在古尔班通特沙漠设定样地，分析生长季荒漠土壤铵态氮、硝态氮、可溶性有机氮、微生物量氮等不同形态氮素的供给动态；选择荒漠草本植物类群中常见的三种生活型植物（短命、类短命和一年生长营养期植物），根据其生长特点，分季节进行铵态氮、硝态氮和有机氮三种形态氮同位素的添加，研究不同生活型草本植物对不同形态氮素的利用状况；利用控制实验，探究不同温度和水分对植物吸收各形态氮素的影响。最终阐明荒漠草本植物对氮素的利用策略。该研究将从营养角度为气候变化下荒漠生态系统结构和功能的评估以及受损系统的恢复提供依据。

不同生活型的植物可能通过不同的氮素吸收策略来利用陆地生态系统中的有限氮素，避免和减少对资源的竞争，从而完成其生活史。在开展本课题研究时，为深入了解荒漠植物的功能结构，更好掌握不同生活型植物氮素吸收策略，在古尔班通古特沙漠选择4种一年生荒漠草本植物：沙蓬(Agriop hyllum sqarrosum(L.)Moq.)、雾冰藜(Bassssia dasyphylla(Fisch. Et Mey.) O. Kuntze)、角果藜(Ceratocarpus arenarius L.)和碱蓬(Suaeda glauca(Bge.)Bge.)与3个不同层次生境土壤（0-5cm、5-10cm、10-15cm）为研究对象，对植物、土壤化学计量特征及相关性进行分析探讨，并为化学计量特征是否影响生物量的分配做出简单判断。得到以下结论：4种植物在不同生长周期的C、N、P含量及计量比的变化规律与他们的生长周期和植物种类存在显著相关性。4种荒漠草本植物生物量与化学计量特征的相关性不大，说明化学计量比并不是影响植物生物量及生活策略的主要因素，而更多是受植物自身遗传特性的影响。土壤化学计量特征并未对植物化学计量特征造成直接影响，同时二者也并不作为限制生物量分配的关键因素。在了解了环境因子对植物生存策略的影响后，进行了古尔班通古特沙漠不同生活型草本植物氮素吸收策略的研究，在古尔班通古特沙漠选择4种一年生短命荒漠草本植物：尖喙牻牛儿苗(Erodium Oxrrunnchchum M. Bieb.)、琉苞菊(Hyalea Pulchella (Ldb. ) C. Koch)、假狼紫草(Nonea Caspica (Willd.) G. Don)和飘带果(Lactuca Undulata Ledeb.)；2种一年生长营养期荒漠草本植物：角果藜(Ceratocarpus arenarius L.)和碱蓬(Suaeda glauca(Bge.)Bge.)，为研究对象，对不同生活型草本植物氮素吸收策略进行分析探讨，并深入了解荒漠草本植物的生存策略。得到以下结论：6种荒漠草本植物的氮素吸收策略与土壤化学计量特征的相关性不大，更多是受植物自身遗传特性、氮素形态、土壤深度和月份以及它们之间交互作用的影响。同时也体现了荒漠草本植物在养分匮乏的条件下，形成了自身独特的氮素吸收策略，且具有相对稳定的适应特性。