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Yu Ana, Yang Gaob,*, Jian Liub, Yuqi Zhangb, Duojia Wangb, Hongyuan Maa, Shouzheng Tonga
aNortheast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130102, China.
bJilin Academy of Agricultural Sciences (Northeast Agricultural Research Center of China), Changchun 130033, China.
*Corresponding author. E-mail: gaoyang2302@126.com
摘要: 半干旱草地是生态脆弱区碳和氮固存的重要载体,植物根系性状在其中起到关键的调节作用。当前草地生态修复措施过于关注恢复目标物种选择策略,可能严重低估了地下根系相互作用网络对土壤碳/氮积累的贡献。本文研究了中国半干旱松嫩平原封育时序草地土壤有机碳 (soil organic carbon, SOC) 和全氮 (total nitrogen, TN) 储量,以及恢复目标物种羊 (Leymus chinensis) 和植物群落根系性状的变化规律。研究结果表明,(SOC) 和 (TN) 含量均呈现垂直变化特征,且随封育年限增加呈显著上升趋势,二者存在极显著正线性关系 (R2 = 0.832,P < 0.001)。在封育时间序列上,SOC储量持续增加并于27年时达到峰值 (79.89 t ha–1),而TN储量则在19年后趋于稳定 (9.46 t ha–1)。目标物种与群落水平的根系功能性状对封育年限的响应表现出相似的时间动态特征。方差分解分析表明,方差分解分析显示,群落根系性状对土壤SOC/TN储量的独立贡献高于目标物种。随机森林模型确定了群落根碳含量 (community root carbon content, RCC)、根重(root weight, RW)、根直径 (root diameter, RD) 和比根长 (special root length, SRL) 为关键预测因子。结构方程模型进一步揭示封育措施通过直接和间接途径共同影响SOC和TN储量。具体来说,封育降低了群落SRL,进而负向调控RCC和RD,最后分别促进SOC和TN的累积。本研究强调,在调控土壤生态功能方面,植物群落功能性状 (尤其它们的权衡关系) 比目标物种起着更为关键的作用,为半干旱区草地提供了基于性状的恢复指导框架。