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降水变化和养分添加对内蒙古荒漠草原生产力的影响研究取得新进展  News
Date:2022-04-15   Source:[中国] 中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室

        人类活动和气候变化极大地影响了全球降水模式和生物地球化学循环,包括氮(N)、磷(P)和钾(K)循环。这些全球变化驱动因素(尤其是降水和N沉降)显著影响着草原生态系统的植物生产力、物种多样性、功能性状和土壤理化性质。干旱和半干旱草原除了经常受到降水的限制,也受到土壤养分变化的影响。荒漠草原地处干旱与半干旱气候过渡的敏感区,也是草原向荒漠过渡的旱生化草原生态系统,在生态地理条件、群落结构和功能方面具有独特性。研究降水和养分添加对荒漠草原生态系统结构和功能的影响至关重要,可为全球变化下干旱草原生态系统的可持续管理提供理论依据。然而,水和养分等多元限制资源对荒漠草原植物多样性、生产力和土壤特性及其相互关系的影响还尚不清楚。 

  中国科学院西北生态环境资源研究院(以下简称“西北研究院”)左小安研究员团队在乌拉特荒漠草原设置了降水变化(自然降水和增减50%降水量(±50%))和养分添加(自然养分: 0 g m-2 yr-1;氮(N)添加: 10 g N m-2 yr-1;氮磷钾(NPK)添加: 10 g N/P/K m-2 yr-1)的野外控制实验。研究了不同处理对物种多样性(物种丰富度、Shannon指数、丰度)、地上净初级生产力(ANPP)、植物功能性状和土壤特性的影响。并利用结构方程模型(SEM)分析了降水和养分添加对ANPP的直接和间接影响。他们发现:(1)降水增加(+50%)增加了物种多样性、ANPP和土壤pH;(2)干旱(-50%)降低了株高和叶片干物质含量(LDMC),但增加了叶片氮含量(LNC); (3)单独N添加对物种多样性和群落水平功能性状无显著影响;(4)NPK的添加降低了土壤pH,提高了土壤电导率,且NPK添加与增水的交互作用对ANPP有叠加效应;(5)物种丰富度、丰度、高度和LDMC与ANPP呈显著正相关,比叶面积(SLA)和LNC与ANPP呈显著负相关 (图1)。(6)降水变化通过对丰度和SLA的来间接影响ANPP,而养分添加仅通过对丰度的影响间接提高ANPP (图2)。在研究全球变化对干旱草原生产力的影响时,应重视降水和养分的多重限制。物种多样性和群落水平功能性状在荒漠草原生态系统ANPP对环境因子的短期响应中具有重要作用。 

  该成果以 Direct and indirect effects of precipitation change and nutrients addition on desert steppe productivity in Inner Mongolia, northern China 为题发表于Plant and Soil上。西北研究院博士研究生郭新新为论文第一作者,左小安为论文通讯作者。 

  该研究获国家重点研发计划项目(2017YFA0604802)、国家自然科学基金项目(42071140)、中国科学院青年创新促进会(1100000036)、中国科学院“西部之光”人才计划项目(E129050301)共同资助。

图1 地上净初级生产力(ANPP)与物种丰富度(richness)、丰度(abundance)、单一功能性状的群落加权平均值(植物高度(height)、叶片干物质含量(LDMC)、比叶面积(SLA)和叶片含氮量(LNC))的相互关系

图2 养分添加(Nutrient addition)、降水量(Precipitation)、物种丰度(abundance)、比叶面积(CWM.SLA) 对地上净初级生产力(ANPP)的直接与间接影响

       文章链接:https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-021-05206-2

     Original URL:http://kldd.nieer.ac.cn/document.action?docid=88279

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