宁夏荒漠草原植被-土壤系统碳氮磷平衡特征对降水量变化的响应

To better understand how ecosystem biogeochemistry cycling responds to precipitation, it is crucial to study the effects of expected future change in precipitation pattern on C:N:P in plant-soil system because the change in precipitation affects the coupled cyclings of C, N and P in ecosystems, especially in the desert steppe of China. In this project, we will investigate, through a field experiment of stimulated precipitation change in a desert steppe of Ningxia, the C, N and P concentration in each component of plant-soil system, including plant, litter, soil and soil microorganism. Additionally, plant community characteristic, plant photosynthesis and litter decomposition will be also monitored. Our objectives are to 1)probe into the effects of precipitation on C:N:P stoichiometry of plant, litter, soil and soil microorganism; 2)compare the differences among the C:N:P stoichiometry of plant, litter, soil and soil microorganism; 3)analyse the relationships among C:N:P stoichiometry of each component in plant-soil system; 4) explore the intra- and inter-annual dynamics of C, N, P within plant-soil system; 5)explore the characteristic of C, N, P balance in plant-soil system and how it is driven by precipitation change; 6)make clear the significance of ecological stoichiometry on nutrient limitation of plant-soil system. This project will provide appoaches to clarify the effect of C, N and P balance changing on the nutrient control within plant-litter-soil system, offer a theoretical evidence for better understand the covariation of C:N:P stoichiometry among each component of plant-soil system, and provide a scientific guidance for restoration and adaptation management of fragile ecosystem in China.

降水量变化会影响生态系统的C、N、P动态，而这三种元素在植物与土壤之间的循环过程是相互耦合的。研究降水量对植被-土壤系统各组分C、N、P平衡特征的影响，对于预测荒漠草原生物地球化学循环如何响应降水格局改变具有重要意义。本项目以宁夏荒漠草原为研究对象，通过设置降水量变化的野外模拟试验，测定不同季节植物、凋落物、土壤和土壤微生物C、N、P含量，并进行植被群落调查、植物光合作用和凋落物分解过程的监测，研究植被－土壤系统各组分C、N、P生态化学计量特征对降水量变化的响应，比较各组分间C:N:P的差异及其相互作用，揭示C、N、P在系统内的动态变化规律，明确C:N:P对系统养分限制的指示作用，探讨系统 C、N、P平衡特征的变化对植物－凋落物－土壤相互作用的养分调控的影响，为深入理解荒漠草原各组分之间的化学计量学协变关系提供理论参考，并为全球气候变化背景下退化生态系统恢复和适应性管理提供科学指导。

降水量变化影响着生态系统C、N、P动态及其化学计量平衡关系，从而会对生态系统结构和功能产生重要影响。因此，有必要在敏感区域开展植被－土壤系统C、N、P平衡特征对降水量变化的响应研究，尤其是受降水限制的干旱半干旱区荒漠草原。本项目以宁夏荒漠草原为研究对象，通过设置降水量变化的野外模拟试验，研究了植物、凋落物、土壤和微生物C:N:P平衡特征及其关联，探讨了系统各组分C:N:P化学计量关系对植物生长以及物种组成的指示意义。结果表明，控雨改变了植物C:N:P化学计量特征，且其影响程度随物种不同而异；多数情况下凋落物C:N:P化学计量特征的变化趋势与植物相似，且具有明显的尺度依赖性；土壤C:N:P化学计量特征变化幅度较小，具有相对较高的元素内稳性；增雨促进了微生物量积累，减雨提高了微生物量C:N和C:P；土壤C:N:P化学计量特征与凋落物以及微生物量C:N:P化学计量特征的相关性较强，与植物C:N:P化学计量特征的相关性较弱。微生物量C:N:P化学计量特征与植物以及凋落物C:N:P化学计量特征的相关性均较强；植物C:N:P化学计量特征与植物光合特征之间存在密切的关系。土壤C:N:P化学计量特征与植物光合特征、植物群落生物量和多样性以及土壤蔗糖酶活性的相关性较强，与植物种群生物量以及植物N和P保持策略的相关性较弱；微生物量C:N:P化学计量特征与植物群落生物量和多样性、土壤蔗糖酶和磷酸酶活性具有较强的相关关系。以上结果可能意味着，短期降水量变化较难改变荒漠草原土壤C:N:P计量平衡关系，但增雨提高了土壤水分有效性、增加了速效养分的淋溶风险，进而导致植物、凋落物和微生物量元素平衡关系发生改变。趋于解耦的元素化学计量关系会直接影响到植物光合作用和养分保持、凋落物分解质量、土壤酶活性以及微生物多样性等，从而对荒漠草原植被地上生产力和生物多样性产生重要影响。本项目从生态化学计量学角度，探讨了降水量变化对荒漠草原群落结构和稳定性的影响，研究结果可为全球气候变化背景下脆弱生态系统的恢复和适应性管理提供科学指导。