干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 氮沉降增加对宁夏荒漠草原植物碳氮磷生态化学计量特征的影响

Arid

	氮沉降增加对宁夏荒漠草原植物碳氮磷生态化学计量特征的影响
	黄菊莹; 余海龙; 陈卫民; 罗成科; 张峰举; 李明; 齐拓野
完成单位	宁夏大学
登记(发布)日期	2013
中文摘要	工业革命以来,化石矿物焚烧、干物质燃烧、毁林开荒、化肥施用和豆科植物广泛栽植等人类活动产生了大量含N化合物,导致全球大气N沉降增加。据估计,1860年-2000年人类活动带来的全球活性N生产由15 Tg N a-1提高到165 Tg N a-1,且随着社会经济和工农业的进一步发展可能保持继续升高的趋势。在我国,从1961年至2000年活性N排放提高了近5倍,预计到2030年将达1.05×108 t。N沉降增加改变了生态系统生物地球化学循环,因此它所带来的生态效应已逐渐成为国内外生态学研究的焦点。生态化学计量学是近年来新兴的一个生态学研究领域,是生态学与生物化学、土壤化学研究领域的新方向,主要研究生态系统能量平衡和多种化学元素(主要是C,N,P)平衡关系,是研究土壤－植物相互作用与C、N、P循环的新思路和新研究手段。生态系统C、N、P等元素的循环是全球变化研究的热点之一,而且这几种元素的循环过程是相互耦合的。因而,研究C、N、P的平衡关系对于认识生态系统生物地球化学循环如何响应全球气候变化具有重要意义。项目受国家自然科学基金(青年项目)资助(3100215)。项目通过探讨模拟N沉降增加对荒漠草原植物(叶片水平和群落水平)和土壤C、N、P生态化学计量学特征的影响、揭示荒漠草原植物和土壤C、N、P生态化学计量学特征对植物生长养分限制的指示作用、并从植物和土壤C、N、P生态化学计量学角度,阐述大气N沉降增加对荒漠草原植物生长、养分吸收、分配和回收等方面的影响,为进一步阐明大气N沉降增加对荒漠草原C、N、P循环的影响提供新思路,并为我国脆弱生态系统的适应性管理提供科学依据和借鉴。项目主要取得的成果： 1)短期N添加对土壤C、N、P及其计量特征的影响较小,但一定程度上提高了土壤N：P比,因此缓解了荒漠草原N限制,促进了植物绿叶N摄取、生长速率和群落N库积累,且更有利于针茅(禾草类)和老瓜头(半灌木)的生物量积累; 2)植物叶片C、N、P及其计量比存在明显的季节动态。N添加提高了植物叶片N：P比,降低了C：N比,对C：P比影响不存在显著的规律性。因此,大气N沉降增加会逐渐改变植物叶片C、N和P之间的耦合关系,使植物叶片C、N、P之间的平衡关系趋于解耦; 3)N添加降低了植物叶片从枯叶中回收N和P的能力,改善了枯叶N分解质量。未来大气N沉降增加会改变北方脆弱生态系统植物N吸收、分配和回收等策略,促进枯叶中N的释放速率,直接影响着N循环,进而间接影响到植被-土壤系统C和P的循环过程; 4)研究的几个荒漠草原物种生物量和C：N比对N添加的响应表现出的物种差异性,反映了植物对环境变化的弹性适应,这也意味着长期N沉降增加可能会改变荒漠草原生态系统的结构。研究结果对于进一步阐明大气N沉降增加对我国北方荒漠草原生态系统C、N、P循环的影响提供了新思路,而且可为我国脆弱生态系统恢复和适应性管理提供科学依据和借鉴。项目从宁夏荒漠草原植物生长的主要限制因子N素入手,以全球气候变化中大气N沉降增加为背景,从植物和土壤C、N、P生态化学计量学角度,分析了植物生长和养分利用对N沉降增加的响应,项目的开展为进一步阐明大气N沉降增加对宁夏荒漠草原生态系统群落结构和功能的影响提供了新思路。宁夏地处我国西北内陆,境内分布有大面积荒漠草原。受全球气候变化和人类活动的影响,区域植被退化程度进一步加剧。尽管目前对宁夏大气N沉降增加的监测工作还相对较少,但近期的研究发现,即使是位于我国东北部的典型草原,其N沉降量已达到了一个较高的水平,且正在以较快的速度呈递增趋势。我们的研究结果表明,短期、低量的N添加有利于缓解荒漠草原植物N限制。一旦大气N沉降量超过荒漠草原的临界阈值,将会导致土壤酸化、P受限性增加,进而改变植物和土壤微生物组成和多样性。因此,如果将我们的成果应用到荒漠草原退化生态恢复管理时,则可有效地利用大气N沉降增加的有利方面,保证荒漠草原植被在全球变化背景下朝着有利于人类可持续发展的方向发展。同时,还需考虑到N沉降对荒漠草原生态系统的长期效应,进行必要的人为措施(例如P添加)。因此该成果具有良好的社会效益和生态效益。在研究过程中,我们发现硝酸铵的施入伴随着降水的增加,而降水又是研究区域植物生长的主要限制因子,因此推测人为降水量增加可能影响到N添加的效应。为此,2011年我们设置了一个水分和N素交互的盆栽控制试验,发现单独添加N对土壤C、N、P化学计量比的影响较小,但一定程度上缓解了荒漠草原N限制,因此提高了植物N：P和植物绿叶N摄取,降低了C：N和枯叶N回收度;同时增加水分时,N添加的效应明显增强,这也进一步证实了水分在介导荒漠草原植物对大气N沉降增加的响应方面发挥着重要作用。2012年的控水试验进一步表明,增加降水提高了土壤N损失的风险,反而降低了土壤N有效性、提高了植物养分回收能力。鉴于此,我们申请了国家自然科学基金,并已得到了资助。
中文关键词	大气N沉降增加 ; 宁夏 ; 荒漠草原 ; 生态化学计量学
成果类型	基础理论
中图法分类号	S812
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001639989
来源机构	宁夏大学
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/243342
推荐引用方式 GB/T 7714	黄菊莹,余海龙,陈卫民,等. 氮沉降增加对宁夏荒漠草原植物碳氮磷生态化学计量特征的影响[Z]. 基础理论,2013.