草地群落多样性和生态系统碳氮循环对氮输入的非线性响应及其机制.pdfVIP

植物生态学报 2023, 47 (1): 1-24 DOI: 10.17521/cjpe.2022.0107 Chinese Journal of Plant Ecology 草地群落多样性和生态系统碳氮循环对氮输入的 非线性响应及其机制 1,2* 1 1,2 1,3 1,2 1,4 1,2 杨元合 张典业 魏 斌 刘 洋 冯雪徽 毛 超 徐玮婕 贺 美1 1,2 1,2 1 1 1 王 璐 郑志虎 王媛媛 陈蕾伊 彭云峰 1 中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室, 北京 100093; 2 中国科学院大学, 北京 100049; 3河北农业大学资源与环境科学学院, 河北 省农田生态环境重点实验室, 河北保定 071000; 4福建师范大学地理科学学院, 福州 350117 摘 要 理解草地生态系统结构和功能对氮富集的响应及其机制有助于准确评估大气氮沉降等外源氮输入的生态效应。全球 范围内建立的多水平氮添加实验为认识草地生态系统结构和功能对氮输入的非线性响应机制提供了有效途径。为了反映学术 界基于多水平氮添加控制实验取得的主要研究进展, 该文综述了草地群落多样性和生态系统碳氮循环过程对外源氮输入的 非线性响应特征及其驱动机制。按照目前的研究, 氮输入会导致草地植物物种多样性、功能多样性以及土壤细菌多样性下降, 但真菌多样性的变化并不明显。地上和地下生产力对氮输入的响应趋势存在差异: 地上生产力沿氮添加梯度呈“先上升后饱 和” 的变化规律, 而根系生产量和根冠比呈下降趋势, 根系周转速率则呈“先上升后下降” 的单峰格局。不同碳分解过程对氮输 入的响应也不尽相同: 凋落物分解速率沿氮添加梯度表现出“指数衰减、线性增加或无显著变化” 的多元响应, 而土壤呼吸和 CH4 吸收速率与施氮量的关系则以“低氮促进、高氮抑制” 的单峰趋势为主。类似地, 不同土壤碳组分对氮输入的响应存在差 异: 氮添加总体会导致草地土壤碳库和颗粒态有机碳含量增加, 而矿物结合态碳含量随施氮量呈“增加、不变或下降” 的多元 响应。植物氮吸收量沿氮添加梯度呈“先上升后饱和” 的变化特征, 但不同土壤氮转化过程沿氮添加梯度呈现差异化响应, 且 不同草地生态系统中观察到的土壤N2O排放速率与施氮量之间的关系存在差异: 温带草地中以指数增加为主, 而高寒草地中 则出现“先上升后饱和”或者“线性增加” 的趋势。未来研究需重点关注根际过程及磷循环对氮输入的非线性响应, 并从多维度 生物多样性等角度解析多水平氮添加影响草地生物地球化学循环过程的机理。 关键词 草地生态系统; 物种多样性; 功能多样性; 生态系统生产力; 凋落物分解; 土壤呼吸; 土壤氮转化过程; 温室气体通量 杨元合, 张典业, 魏斌, 刘洋, 冯雪徽, 毛超, 徐玮婕, 贺美, 王璐, 郑志虎, 王媛媛, 陈蕾伊, 彭云峰 (2023). 草地群落多样性和生态系统碳氮循环对 氮输入的非线性响应及其机制. 植物生态学报, 47, 1-24. DOI: 10.17521/cjpe.2022.0107 Nonlinear responses of community diversity, carbon and nitrogen cycles of grassland ecosystems to external nitrogen input 1,2* 1 1,2