毛乌素沙地细根和叶凋落物分解速率与养分动态及其驱动机制

Mu Us sandland ecosystem, locating in a semiarid zone, is one of azonal vegetation types which is often destroyed by seriously anthropogenic activities. Wind erosion and sand burial often synchronously occur in this region.Therefore, the research on the effects of both different litter types and microclimates on litter decomposition has important implications on understanding carbon and nutrient cycles in semiarid ecosystems. Via performing "common garden experiment" in situ using nylon-mesh litterbag, with a mesh size of 1mm-by-1mm, we will measure variations in litter mass loss rate,litter chemistry,litter stoichiometry and microbial activity and composition based on decomposing fine root and leaf litters from 30 species in Mu Us sandland.We expect to answer the questions below: (1) which key functional traits of fine root and leaf control litter decomposition and whether the effects are modulated by different microclimates, (2) whether decomposition of fine root and leaf litter covary and how microclimate modulates this process,(3) how carbon, nutrient dynamics and stoichiometry of decomposing litter vary in the affected sandland and how the process is influenced interactively by microclimate, microbial community and initial litter chemistry. The aim of this research can help us understand dynamics of litter decomposition and nutrient release in the sandland ecosytem.Thus,it provides an academic support for restoration on ecosystem function of affected ecosytems.

毛乌素沙地生态系统位于半干旱区，是一个频繁受人类活动干扰的隐域性植被，风蚀、沙埋经常发生。因此，开展微气候对不同类型凋落物分解速率和养分动态的影响及其微生物活性和组成的驱动机制研究，对认识半干旱生态系统中的碳和养分循环过程具有重要的意义。利用尼龙网袋法进行同质园的原位实验，研究毛乌素沙地30种植物细根和叶凋落物在不同微气候下分解过程中的损失率、化学组成、化学计量学和微生物活性和组成的变化，期望回答以下科学问题：(1)哪些关键功能性状控制细根和叶凋落物分解速率的变异，这些驱动因子是否依赖微气候, (2)探究细根和叶凋落物的分解速率是否存在协同变异以及微气候如何影响这种格局,(3)受人类活动严重干扰的沙地生态系统凋落物养分释放动态和化学计量学变异如何及其如何受初始凋落物化学计量学、微气候和微生物互作的影响。旨在认识沙地生态系统中的凋落物分解和养分释放动态，为受损生态系统的功能恢复提供理论支撑。

由于水分限制，干旱半干旱生态系统凋落物分解过程同时受非生物和生物因子共同驱动。用凋落物质量和气候构建的凋落物分解模型适用于水分不受限制的生态系统，但不适用于干旱生态系统。旱区生态系统分解速率较模型预测值高，但其机制认识不清。本项目利用比较生态学的方法研究了毛乌素沙地细根和叶凋落物分解动态（25个物种；24个月野外分解），发现细根和叶凋落物分解速率具有显著正相关关系，不同种植物叶凋落物碳氮比随分解时间而表现趋同性。毛乌素沙地和古尔班通古特沙漠的原位凋落物分解实验均发现沙埋和光辐射是解释旱区叶凋落物分解速率为何高于模型预测值，且草本植物凋落物分解速率高于灌木，同时结合干旱半干旱区的一些研究数据，发现SLA控制光辐射和沙埋条件下凋落物分解，而SLA并不影响地表遮阳凋落物分解速率，在旱区和湿润生态系统，叶表面性状与化学性状对分解速率有不同的影响，意味着全球碳循环模型中这些区域应该区别对待。通过毛乌素沙地茎枝凋落物分解(四个物种、5个径级;34个月野外分解)的研究发现，在光分解和沙埋驱动的茎杆凋落分解速率的差异巨大，表现为沙埋条件下分解速率远快于地表光分解处理，表明旱区茎杆凋落物的分解过程主要受沙埋介导的土壤微生物分解的驱动，光分解对茎杆凋落物物质循环的作用较弱。这些研究结果不同于我们之前发现的叶凋落物受光驱动的光解和沙埋驱动的微生物分解的调控机制，发现沙埋是半干旱驱动茎枝凋落物分解的重要机制。这些研究工作阐明了干旱生态系统不同组织凋落物物质周转规律及其主要调控机制，为准确构建全球碳循环模型提供数据基础以及为旱区生态系统管理提供数据支撑。