氮沉降对荒漠草本植物群落物种组成和生物量分配的影响

荒漠生态系统由于土壤含氮量低，氮沉降生态效应十分显著；尤其是广泛分布的草本植物，对氮沉降的响应尤为敏感。目前相关研究多集中于植物地上生长和物种多样性变化，对不同生长季植物物种组成、地上地下生物量分配以及生理响应研究不足。本项目拟在古尔班通古特沙漠选择草本植物群落，设置实验样方，分5个施氮量进行模拟氮沉降添加实验。一方面，依据1年生短营养期、长营养期和多年生草本三个不同类型草本植物生活史特征，连续3年观测样方内各生长季植物盖度、密度和物种组成变化，计算物种多样性指数，并利用收获法分析不同生长季节草本植物群落的生产力和生物量分配特征，研究草本植物物种组成和生产力变化；另一方面，结合植物光合速率、叶绿素、可溶性蛋白、稳定性碳同位素等生理特征和氮、磷、钾等元素分配变化，试图找出植物相关响应的内在机制。该项目将助于深入理解氮沉降影响荒漠生态系统的生态生理机制并为相应的生态系统管理提供科学依据。

氮沉降是全球变化的重要的内容，能够影响土壤微生物活力、植物生长以及群落结构和功能。干旱区占全球陆地面积的1/3，是对水分和氮素敏感的系统。然而，目前有关干旱荒漠系统如何响应氮素增加还缺乏长期综合的监测和研究。古尔班通古特沙漠被大量的农田镶嵌和包围，受到农业和附近城市发展所带来的大量氮素沉降的威胁。本项目采用模拟氮沉降研究方法，在沙漠中部设置永久样地，从植物生长、生物量分配、群落结构、生产力变化、土壤微生物活性以及土壤碳排放等方面，研究长期氮素沉降对荒漠生态系统的影响程度和规律。研究表明：(1)不同生活型草本植物对氮素响应的敏感性不同。短命植物的生长和生物量分配比一年生长营养期植物更易受到氮素沉降的影响。尽管如此，短命植物对氮素的响应并不符合最优生长理论，而是一种生长发育漂变的现象。两种生活型植物的生物量分配与相关生长理论预测相一致。 (2)氮能够影响多年生草本植物幼苗的生长和生理。氮能够促进多年生草本植物的生物量生长和净光合速率等指标值的增加，更多的生物量分配给地上部分。(3)氮素能够缓解水分缺乏对植物生长和生理的胁迫。干旱降低植物的生物量积累和冠根比，同时抑制光合速率。氮素的增加在干旱条件下同样促进植物生物量增长，与胁迫呈正相关的生理指标值降低。(4) 高氮降低植物群落多样性和生产力。氮对植物群落的影响具有年际效应，随着施氮年限的增加，高氮对植物群落的负效应越明显，植物丰富度和密度降低。低氮对群落多样性影响小，促进植物群落生产力的增加。(5)土壤微生物活性对氮素增加具有非线性响应规律。氧化酶活性对低氮响应不敏感，仅高氮下降低。水解酶活性对氮响应敏感，其中蔗糖酶和磷酸酶活性随氮增加先增加后降低。 微生物量氮呈现增加的趋势。尽管如此，土壤微生物的功能多样性变化不显著，保持着结构稳定性。(6)土壤酶活性的季节变化明显。氧化酶活性与季节水热变化相关，水解酶活性受水热、有机质、pH和底物等综合因子的影响。氮素在各季节均显著影响土壤酶活性。(7)土壤碳排放受氮素浓度和施氮年限影响。随着施氮年限的增加，土壤呼吸对高氮增加的正响应降低，高氮在第三年开始抑制土壤呼吸。