随着工业化的快速发展和人类活动的日益加剧,大气层中的温室气体浓度急剧增加,导致全球气候变暖,并伴随着全球和区域降雨格局的改变。此外,工业氮肥的过度使用和化石燃料燃烧导致大量的氮素持续不断地输入到陆地生态系统中,使氮素在土壤中富集。由于氮素和水分是植物生长发育的重要限制因子,氮素输入和降雨变化可以通过改变土壤中养分和水资源的供给影响植物生长和群落结构,进而引起陆地生态系统功能和服务的变化。因此,开展模拟氮富集和降雨变化对植物生长和群落结构影响研究可以增强对全球变化情景下陆地生态系统功能和服务改变的机制性理解,从而为陆地生态系统可持续管理提供理论支持。植物功能属性是指植物在长期演化过程中形成的一系列能够影响其生长、繁殖和存活的生理、形态和生活史特征。植物功能属性反映了植物对外界环境变化的响应与适应,直接决定着其在群落中的适合度,从而影响群落组成和多样性。植物群落组成和多样性是生态系统功能和服务的物质基础。此外,植物功能属性能够指示生态系统过程或功能的变化。日益增加的研究证据显示,在许多不同类型的生态系统中,植物功能属性是生态系统过程或功能(如生产力、土壤碳库以及土壤养分动态等)的主要决定者。目前,关于植物功能属性和群落结构的研究已成为全球变化生态学研究的核心内容之一。我国北方温带草原是欧亚大陆草地的重要组成部分,草地面积约占我国国土总面积的40%以上,是我国陆地生态系统中占地面积较大的生态系统类型之一。温带草原因其特殊的地理位置,其植被类型具有典型性和代表性。此外,在上世纪后期由于过度放牧和开垦等人类干扰活动引起的生态系统退化、生态系统稳定性和生产力下降,致使该地区草地生态系统对环境变化较为敏感。因此,我国北方温带典型草原为开展氮素富集和降雨改变对陆地生态系统植物功能属性和群落结构影响研究提供了理想的实验平台。本研究选择位于我国内蒙古自治区温带典型草原为研究对象,采用野外控制实验方法,探讨模拟降雨和氮输入增加对温带典型草原植物功能属性,以及植物群落组成和多样性影响。本研究基于一项全球变化多种驱动因子野外控制实验平台。该实验平台从2005年建立起一直进行着相应的实验处理和相关监测。本研究于2015至2017年生长季在该实验平台中氮输入和增加降雨样地开展了植物功能属性测定和群落调查与取样工作。研究发现:(1)氮素添加使叶氮含量增加11.3%,但没有改变叶碳含量,从而使叶碳氮比降低了6.2%,增加叶干物质含量10.1%,使叶面积增加46.5%,比叶面积不受氮素添加的影响。降雨增加对植物叶功能属性没有显著影响。对于根功能属性而言,氮素添加使优势种冷蒿根深、根长和根基直径分别增加了51.6%、101.6%和70.2%,使优势种克氏针茅的细根直径增加了8.3%,降雨增加显著增大了冷蒿根基直径11.3%,但降低了其根深和根长6.8%、14.4%。(2)氮素添加显著影响叶面积与叶碳含量之间的相关关系,以及比叶面积分别与叶碳含量、叶氮含量、叶碳氮含量比和叶干物质含量之间的相关关系,而水分添加显著影响了叶面积分别与叶碳含量和叶氮含量之间的相关关系,以及比叶面积与叶氮含量、叶碳氮比之间的相关关系,而对其他叶属性间的相关关系无显著影响。(3)氮素添加和降雨增加显著改变了植物群落组成。氮素添加降低了植物群落丰富度34.2%;而降雨增加提高了植物群落丰富度39.6%,但对群落多样性指数无影响。对非禾草类植物而言,氮素添加显著减少其丰富度37.1%,而降雨增加显著提高其丰富度51.3%,对禾草类植物而言,氮素添加不影响其丰富度,但水分添加对其丰富度有增加的趋势。结果表明,氮素和水分改变能够显著影响温带典型草原植物的资源竞争策略,从而可能引起植物群落结构的变化。在氮素富集情况下,植物增加对根系的投入,促进根系生长从而增强植物获取土壤中水资源的能力,而在水分改善条件下,植物减少对根系的投入,增强植物地上资源的竞争能力。研究结果不仅增强了对全球变化影响陆地植被动态的理解,而且为我国北方温带草原的生态恢复与管理提供理论基础。