土壤养分梯度驱动草地植物群落分布与质量：退化与原生草原的生态恢复新视角

本研究创新性地提出"养分谱系(Nutrient Spectrum)"概念，通过线性模型(LM)和非度量多维标度(NMDS)分析，揭示了氮(N)、磷(P)、钾(K)等宏量元素与锌(Zn)、锰(Mn)等微量元素对退化草地(restored/reconstructed)和原生草原(remnant)植物群落构建的差异化影响，为基于土壤养分精准匹配的生态修复提供了量化工具。

　　

土壤养分塑造草地植物分布格局

摘要
研究首次提出"养分谱系"方法学，突破传统生态耐受性概念，通过连续物种丰度模式揭示土壤养分梯度与植物群落分布的关系。采用三元图可视化技术，将氮(N)、磷(P)、钾(K)等9种营养元素与340个样方的植物群落数据进行多维关联。

引言
联合国"生态系统恢复十年"计划背景下，中西部草原重建常忽视土壤基础。经典R*规则认为植物群落组装受最限制资源驱动，但本研究发现退化系统中多种植物能在高变养分条件下共存。研究创新性地定义了物种"养分谱系"——植物在可变土壤环境中建立的营养耐受范围。

研究方法
样地设置
在密苏里州34个草地站点(22个原生/7个修复/5个重建)设置50m样带，每个样带取10个0.25m²样方。记录所有维管植物物种并采用保守系数(C值，0-10分制)评估质量，同步采集0-7.5cm土层样品。

土壤分析
采用Leco TruMac C/N分析仪测定全氮(TN)，原子吸收光谱法检测P、K、Ca等元素。Bray I法测磷，DTPA法测Zn、Mn、Cu、Fe等微量元素。

统计分析
通过线性模型(LM)解析养分浓度与C值/丰富度的关系，NMDS排序揭示植物群落β多样性。创新性构建三元图量化物种养分谱系：

1. 计算物种在各类草地的平均养分浓度(N_ste)
2. 标准化为比例值(P_ste)
3. 欧氏距离公式量化物种跨草地类型的养分耐受范围

研究结果
养分梯度差异
重建草地P(14.05ppm)和K(155.18ppm)显著高于原生草地(5.99/129.37ppm)，但Zn(1.14ppm)和Mn(37.40ppm)严重耗竭。C值呈现原生(4.26)>修复(3.29)>重建(2.88)的梯度。

关键物种响应
以三物种为例：

• 丝兰刺芹(Eryngium yuccifolium，C=8)：对P和SO₄亲和性强，谱系宽度0.72
• 帚状裂稃草(Schizachyrium scoparium，C=5)：谱系宽度0.84，与保守物种共存
• 全叶松香草(Silphium integrifolium，C=4)：广谱耐受(1.15)，适应重建草地

讨论与展望
研究发现土壤扰动导致重建草地出现"营养悖论"——虽然P/K富集但微量元素耗竭。提出的养分谱系框架可指导修复实践：如高P环境中优先引入全叶松香草等广谱物种。未来可拓展至微生物组互作研究，发展非破坏性采样技术。该成果为《联合国生态系统恢复十年》提供了精准修复的科学基础。