氮素添加和火烧对退化草地土壤氮素动态和植物氮素利用策略的影响

Grassland is one of the dominant ecosystems in China, accouting for 40% of the national land area. More and more grasslands are degraded by intensified human activity. How to restore the community structure and ecosystem function of those degraded grassland is the question that should be resovled. Little is known, however, about the success of restoration projects in restoring soil quality and primary production. Nitrogen, is the most important limiting factor in Chinese grassland. Understanding of the effects of different management strategies on nitrogen biogeochemistry is the basis of investigating other ecological processes. The objectives of the research are 1) to characterize changes in soil nitrogen transformation under treatments of nitrogen addition and prescribed fire, 2) to examine the responses of plant nitrogen uptake and use efficiency scaling from leaf to ecosystem level, 3) to determine the mechanisms that control such changes. The investigators will conduct field studies and experiments in a controlled experimental setup that was created on a degraded grassland in Inner Mongolia. An important aspect of this research is to determine relationships between plant nitrogen use strategies and soil nitrogen availability following restoration. Results from this study will improve our understanding of the functional consequences of different resotration strategies on nitrogen biogeochemistry in grassland of northern China. In addition, these results will have broader implications for understanding the development of soil fertility, primary production, and plant-soil feedbacks following restoration.

草地是我国重要的陆地生态系统，占国土面积的40%。人类活动的加剧造成了草地大面积退化。如何恢复退化草地的结构和功能成为目前亟待解决的问题。氮素是我国草地生态系统中的主要限制因子，氮素可利用性的变化对于群落结构、生物多样性、生产力、碳循环等方面具有重要影响。因此，探讨不同的恢复措施对退化草地中氮素生物地球化学循环关键过程的影响是研究其他生态学过程的基础。本项目拟依托已运转多年的大型控制实验平台，以土壤氮素转化和植物对氮素的吸收与利用为切入点，通过野外观测、取样和对相关指标的分析，深入了解氮素添加和火烧两种草地生态系统恢复措施对土壤总氮矿化、净氮矿化、土壤养分含量、土壤微环境、植物氮素吸收、植物氮素利用及生产力形成的影响；进而明确土壤供氮能力和植物氮素吸收与利用之间的关系并阐明不同管理措施对氮素生物地球化学循环关键过程的影响。本项目的开展对明确退化草地初级生产力的维持和提高机制具有重要意义。

草地是我国重要的陆地生态系统，占国土面积的40%。人类活动的加剧造成了草地大面积退化。如何恢复退化草地的结构和功能成为目前亟待解决的问题。氮素是我国草地生态系统的主要限制因子，氮素可利用性的变化对于群落结构、生物多样性、生产力、碳循环等方面均具有重要形象。因此，探讨不同的恢复措施对于退化草地中氮素生物地球化学循环关键过程的影响是研究其他生态学过程的基础。本项目依托已经运转多年的野外大型控制实验平台，以土壤氮素可利用性转化以及植物对氮素的吸收和利用为切入点，通过为期四年的研究，深入揭示了氮素添加和火烧两种退化草地生态系统恢复措施和生态系统管理措施对土壤氮素矿化、土壤养分含量、土壤微环境、植物氮素吸收、植物氮素利用状况以及生产力形成的影响，明确了土壤供氮能力与植物氮素吸收和利用之间的关系，阐明了不同管理措施对以植物为介导的氮素关键生物地球化学过程的影响机理。.本本项目取得的重要研究结果包括：（1）揭示了火烧和氮沉降对于从植株到群落不同层次的植物养分利用特征的级联影响；（2）明确了火烧和氮素添加对草地土壤氮素矿化过程影响的主效应和交互效应；（3）阐明了氮沉降通过调控植物养分回收过程而影响植物生长氮磷受限状况的作用机制；（4）探明了氮沉降和火烧对于草原优势植物养分利用和生态化学计量特征的影响机理。.本项目开展的4年时间里，在Global Change Biology（2篇）、Plant and Soil（2篇）、Ecological Engineering等杂志发表SCI文章9篇。本项目所获得的研究结果对于理解和应对我国草地退化及恢复机理具有重要帮助作用。