氮沉降背景下枯落物对松嫩草地植物多样性及稳定性的作用机制

Plant litter plays an important role in controlling plant diversity, which is affected by nitrogen deposition. It will improve our understanding of the diversity maintaining mechanism and response of ecosystem structure and functioning to global change to study the effects of litter on plant diversity and stability under the background of nitrogen deposition. So, we apply this project to investigate the combined effects of litter, nitrogen addition and their interactive impacts on plant diversity and stability in temperate meadow steppe. We have completed the experiment design in 2009 and the treatments have been performed for 8 years. In this project, we’ll examine the influence of litter and nitrogen addition on plant functional traits, nutrient use efficiency, growth strategies and environmental factors, including light interception, soil temperature, water and N, P content. Structure equation model will be used to quantify the effects of these factors and examine the networks of interactions among them, and we can clarify how litter and nitrogen addition influence plant diversity and productivity through the effects on plant interspecific difference in functional trait and nutrient use efficiency, and the specific response to environmental conditions. This will improve our knowledge to maintain the function of grassland and its response to global change, and provide scientific guideline to biodiversity protect and grassland management.

枯落物地对草地植物多样性具有重要的调节作用，而枯落物对植物多样性的作用受到大气氮沉降等全球变化的影响。阐释氮沉降背景下枯落物对植物多样性的作用对于理解植物群落稳定性的维持机理，以及草地生态过程与功能对全球变化的响应具有重要科学意义。本项目以温带草甸草原为对象，基于2009年建立的长期实验平台，研究施氮与枯落物对植物多样性的作用规律，以及其交互作用效果；采用结构方程模型分析植物多样性与植物功能性状的适应对策、资源利用效率和生长策略的种间差异以及环境因子之间的关系；最终揭示施氮和枯落物调节植物多样性及稳定性的作用途径。本项目的研究成果可能有益于丰富生物多样性理论与生态稳定性理论，亦为草地的适应性管理提供相应的科学基础。

生物多样性及生态系统稳定性的维持始终是生态学的核心研究内容，特别是在全球变化和人类活动高强度利用的背景下，深入理解草地植物多样性及稳定性的维持机理具有重要的理论及应用价值。枯落物能够通过改变环境条件影响植物生长，并改变植物种间关系和群落结构，对植物多样性具有重要的调节作用。枯落物对植物多样性的作用受到大气氮沉降等全球变化的影响，而氮沉降与枯落物对草地植物多样性及稳定性的交互调控作用缺少实验验证。本项目基于野外长期施氮和枯落物添加去除控制实验（2009至今），系统地开展了施氮与枯落物对植物多样性的交互作用用效果的研究，获得以下重要研究结果：（1）施氮和添加凋落物抑制植物有性生殖而促进无性生殖，放牧、割草等草地利用能够通过减弱优势多年生禾本科植物的无性生殖减轻氮沉降对植物多样性的负向作用；（2）长期施氮对植物多样性的不利影响发生逆转，施氮早期通过增加优势物种多度和枯落物积累量降低植物多样性，后期通过减少优势物种多度和增加枯落物降低植物多样性；（3）发现非多样性调节的稳定性维持机制，尽管施氮对植物多样性的作用发生逆转，但始终能够提高植物地上生物量并降低群落稳定性，并且植物多样性相关的调节机制（物种异步性）和不受植物多样性影响的调节机制（物种优势度和优势物种的稳定性）共同驱动植物群落稳定性对施氮的响应。本项目从新的视角深刻地阐释了草地多样性及稳定性的维持机制及对施氮和枯落物的响应机理，丰富了生物多样性理论与生态稳定性理论，亦为草地的适应性管理提供相应的科学基础。本项目以申请者为第一或通讯作者在PNAS、Ecology、Journal of Ecology，以及《科学通报》等国内外主流期刊发表研究论文25篇，其中中科院一区论文6篇、二区论文15篇；出版专著1部；制定地方标准1项、团体标准4项；获软件著作权3项；获中央领导批示咨询建议1项；获省级科技进步一等奖1项；参加国际学术会议7次、国内学术会议4次；培养优秀博士毕业生6名、硕士毕业生11名。