降雨变化对荒漠草原植物群落多样性与土壤C∶N∶P生态化学计量特征的影响

高江平¹赵锐锋¹张丽华¹王军锋¹谢忠奎²

1. 西北师范大学地理与环境科学学院 2. 中国科学院西北生态环境资源研究院皋兰生态与农业综合试验站

摘要：研究降雨格局变化对植物群落多样性、土壤C∶N∶P生态化学计量特征的影响,以及关键土壤因子与植物群落多样性间的关系,对于荒漠草原植物群落多样性的保护具有重要意义.本文以黄土高原西部荒漠草原为研究对象,通过3 a野外降雨控制试验（减少40%降雨、减少20%降雨、自然降雨、增加20%降雨和增加40%降雨）,探讨干湿年份下降雨变化对植物群落多样性及其土壤C∶N∶P生态化学计量特征的影响,以及降雨变化下土壤C∶N∶P生态化学计量特征及关键土壤因子与植物群落多样性的关系.结果表明,在正常年份与偏干年份（2013年与2015年）,Patrick丰富度和Shannon-Wiener多样性指数分别以减雨20%处理显著低于对照和增雨40%处理,在偏湿年份（2014年）,Patrick丰富度和Shannon-Wiener多样性指数对降雨处理无显著差异.在正常年份与偏干年份,随降雨量的增加土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）、碳氮比（C∶N）、碳磷比（C∶P）和氮磷比（N∶P）呈降低趋势,其中,C∶N显著降低;在偏湿年份,随降雨量增加土壤SOC、TN、C∶P和N∶P呈上升趋势.在正常年份,降雨处理对土壤含水量影响不显著,导致土壤含水量对植物群落影响有限,SOC、TN、N∶P、C∶N和微生物量氮（MBN）对植物群落多样性的影响更为突出;在偏湿年份,年降雨量丰富,降雨量增加导致土壤养分上升,水分不是限制植物生长的最重要因素,土壤含水量、土壤养分与生态化学计量特征共同调节和控制着植物群落多样性;在偏干年份,降雨处理对土壤含水影响显著,且降雨量增加导致土壤养分流失较多,因此,土壤含水量成为影响植物群落多样性的最主要因素.由此可知,在不同干湿年份,植物群落多样性与土壤C∶N∶P生态化学计量特征对降雨变化的响应不同;土壤C∶N∶P对植物群落多样性的影响也不同,本文的研究结果旨在为未来降雨变化下荒漠草原的保护与管理提供一定的理论依据.

关键词：

荒漠草原; 降雨变化; 植物群落多样性; 土壤C∶N∶P; 干湿年份;

基金资助：

国家自然科学基金项目（41761043,41201196,41261047）；甘肃省科技计划项目（20YF3FA042）；西北师范大学青年教师科研能力提升计划项目（NWNU-LKQN2020-06,NWNU-LKQN-17-7）；