氮添加与割草处理下草甸草原优势物种叶片多元素生物地球化学生态位的差异化响应及生态意义

《Journal of Plant Ecology》：Nitrogen enrichment favors homeostatic plants whereas mowing benefits plastic plants: evidence from the elemental composition in a meadow steppe

　　

摘要

植物元素组成和化学计量学对生态功能至关重要，并受到全球变化驱动因素（如氮（N）沉降和割草等土地利用方式）的强烈影响。然而，对多元素组成（即生物地球化学生态位）如何介导物种对这些驱动因素的特异性响应缺乏全面理解。我们在草甸草原进行了一项为期十年的野外实验，对两种优势物种——羊草（Leymus chinensis，一种禾本科植物）和硬质苔草（Carex duriuscula，一种莎草科植物）施以氮添加和割草处理。我们定量分析了叶片中九种元素（K、Ca、Na、Mg、Al、Fe、Mn、Cu、Zn）的浓度，以表征其生物地球化学生态位和化学计量稳态。研究结果显示，资源保守型物种羊草在氮添加下保持了较高的化学计量稳态以及稳定的生物地球化学生态位大小和超体积，这与生物量增加相关。相比之下，资源获取型物种硬质苔草表现出更大的可塑性，割草处理导致其叶片元素生物地球化学生态位大小和超体积发生显著变化，且与生物量呈正相关。随机森林分析表明，生物地球化学生态位特征是硬质苔草生物量的关键驱动因素，但不是羊草的关键驱动因素；对羊草而言，氮添加和光照可利用性更为关键。本研究证明，氮富集有利于稳态型物种的优势地位，而割草则促进具有可塑性养分经济型物种的发展。生物地球化学生态位动态与生物量之间存在的因物种而异的差异化关系，凸显了多元素组成作为理解全球变化下植物表现的工具的潜在价值，并提示这类基于性状的方法可能为理解物种特异性的群落构建过程提供见解，值得进一步开展群落层面的研究。

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生物地球化学生态位, 元素组成, 割草, 生态位超体积, 氮富集, 资源利用策略