藏北高寒草原凋落物化学组成和多样性对土壤氮转化的影响

The region of northern Tibet is the highest and coldest part of the Tibet Plateau, and alpine steppe is the widely distributed ecosystem in this region. The N transport and transformation within the ecosystem is more complex, sensitive and special than others because it endure extremely harsh natural environment in the long term. In last two years, we found that soil environment factors, including soil temperature and soil moisture, influenced the soil N tranformation process to a certain extent, but they were not the most key factors which control soil N tranformation process due to long-term limition of low temperature. The vegetation litter input is the most important source of soil N in alpine steppe ecosystem. Whether the litter input is the most key factor which control soil N tranformation process in this special alpine environment? This study focus on this issue to explore the relationships between litter chemical composition, chemical diversity and soil N tranformation which including gross nitrification, denitrification, net N mineralization, and so on by combining the field in-situ litter decomposition experiment, soil and litter mixture laboratory incubation experiment and laboratory analysis. And to reveal the influence extent and pattern of litter chemical composition and diversity on soil N tranformation. And further to reveal the key factor and its mechanism of affecting the alpine steppe soil N transformation from a litter chemistry and diversity perspective. We hope that providing a new idea to clarify the mechanism of soil N transformation in special alpine environment through this study.

藏北高原独特的高海拔、高寒自然地理特征，使该区域广泛分布的高寒草原长期忍受极端气候环境，生态系统内部N的迁移、转化过程更为复杂、敏感和特殊。过去两年研究发现，由于长期低温的限制，土壤环境因子包括土壤温度、湿度虽在一定程度上影响土壤N转化过程，但并不是控制土壤N转化的最关键因子。植被凋落物输入是藏北高寒草原土壤N素的最重要来源，那么是否凋落物的输入是控制这种高寒特殊环境土壤N转化的最关键因子呢？本研究就针对这一科学问题，通过野外原位凋落物降解试验、室内凋落物与土壤混合培养试验和实验室分析相结合的方法，研究藏北高寒草原凋落物化学成分、化学组成和化学多样性指数与总硝化、反硝化、净N矿化等土壤N转化过程的关系，阐明凋落物化学组成和多样性对土壤N转化的影响程度和方式，尝试从凋落物化学组成和多样性角度揭示影响高寒草原土壤N转化的关键因子及其作用机理，并为揭示高寒特殊环境中土壤N转化机理提供新的思路。

生物多样性与生态系统功能的关系是当前生态学领域内的一个重大科学问题。已往研究大量集中在植物多样性对植物生产力的影响，而关于植物多样性如何影响其他关键生态系统过程（如凋落物分解和土壤碳氮循环）的研究依然不足。基于此，本论文选取藏北高寒草原紫花针茅、青藏苔草、火绒草和昆仑蒿凋落物，（1）通过野外 混合凋落物分解，探讨凋落物混合对分解的混合效应，并分析影响混合效应的主导因素；（2）通过室内凋落物与土壤混合培养试验，分析不同凋落物组合下土壤CO2、CH4、N2O排放规律，以及土壤总有机碳（TOC）、可溶性有机碳（SOC）、土壤总氮（TN）、无机氮（Inorganic N，包括硝态氮和铵态氮）、可溶性总氮（STN）以及可溶性有机氮（DON）等化学指标的变化，以及土壤微生物生物量碳/氮、脲酶等微生物指标的变化，研究混合凋落物对土壤碳氮动态的影响及其混合效应。 结果表明：.（1）混合凋落物会对分解产生普遍的非加和效应，实验前期以拮抗效应为主导，实验后期已协同效应为主导；分解持续时间、气候因子（气温、降水、风速）和凋落物化学性质会显著影响混合效应的方向和大小；.（2）向高寒草原土壤中添加凋落物后，可以显著增加CO2和N2O的排放、降低土壤对CH4的吸收，增加土壤TOC、TN、SOC、SON、MBC、MBN、UA含量，降低土壤中TIN的含量；该影响主要取决于凋落物的化学性质；.（3） 化学多样性可以显著影响混合凋落物对土壤C、N的非加和效应。同时，综合化学多样性和培养时间的线性模型可以更好的解释混合凋落物的非加和效应；.（4）土壤水分可以改变凋落物组成对土壤C、N动态之间的影响。较高的土壤水分会增强混合凋落物对CO2的协同效应、减弱对MBC的拮抗效应，会增强对SOC和TIN的拮抗效应。.本研究将有助于理解生物多样性和生态系统之间的关系，并尝试从凋落物化学组成和化学多样性角度揭示影响高寒草原土壤C、N转化的关键因子及其作用机理，对于揭示高寒特殊环境中生态系统C、N循环过程和机理具有重要科学意义。