生态系统氮输入量增加的背景下,草地物种组成与氮循环关键过程发生剧烈变化。自然丰度碳、氮稳定性同位素被广泛用于指示碳、氮循环,然而较少研究尝试利用两者指示植物群落物种组成变化、植物-微生物氮偏好与竞争状况。
沈阳生态所土壤化学组依托额尔古纳森林草地过渡带生态研究站2014年5月建立的草地氮添加试验平台(尿素,10 g N-2 yr-1,δ15N = -3.4‰),系统研究了5个优势植物13C与15N、土壤有效氮(NO3-、NH4+及DON)15N的自然丰度,及其对氮添加的响应规律。研究发现,氮添加对各优势植物物种δ13C无显著影响,而植物群落水平混合凋落物的δ13C下降,指征氮添加提升了羊草(13C贫瘠物种)的生物量占比。无外源氮添加下,优势物种与土壤微生物分别偏好吸收NO3-与DON(通过δ15N接近程度判别);氮添加导致优势物种与微生物的δ15N下降,与δ15N-NO3-的数值接近且变化趋势一致,而与δ15N-NH4+、δ15N-DON变化趋势相反,表明氮添加使植物与微生物的氮偏好趋同于NO3- (图1);此外,氮添加使植物生物量增加、微生物生物量下降,可能说明植物与微生物间氮竞争加剧。
图1 自然丰度15N指示氮添加影响草地植物-微生物氮偏好的概念框架