典型固沙灌木林结构和功能对降水和氮沉降的响应

水分和氮素是干旱、半干旱生态系统最重要的限制因素,并受到全球变化的强烈影响。然而,典型固沙灌木林结构和功能对全球变化响应的研究十分不足。研究以毛乌素沙地典型固沙植被——油蒿灌木林为对象,设计了包含 3 个增水梯度(自然降水、增水 20%、增水 40%)、2 个氮素添加处理(0、60 kg N ha-1 yr-1)共 6 个水氮交互处理的控制试验。通过连续 7 年(2015～2021)的研究,分析了灌木-草本-生物土壤结皮组成、群落生产力和稳定性对水氮添加的响应。研究发现,在氮沉降和降水增加下,(1)大个体灌木能与草本植物共存,而小个体灌木由于草本的水分和光竞争而被排除出系统;(2)生物土壤结皮与灌木和一年生草本共存,而与多年生草本不能持续共存,当草本生产力超过 70 g m-2,光竞争导致结皮萎缩;(3)灌草异步性,而非物种丰富度,稳定了降水和氮沉降对生态系统生产力的扰动。研究结果表明,氮沉降增加促进草本生长,导致灌木和生物土壤结皮退出系统,功能互补组分的缺失将损害生态系统功能的稳定性。研究揭示了荒漠草原灌木-草本-生物土壤结皮间互作机理以及生产力稳定性的维持机制,可为全球变化背景下固沙灌木林的管理和调控提供理论依据。