大气硫沉降及其导致的土壤酸化对陆地生态系统生物多样性和生态系统功能具有重要影响。土壤酸化会致使草原生态系统生物多样性降低，并通过影响土壤养分有效性直接或间接影响植物地上和地下生物量，然而人们对土壤酸化如何通过改变草原植物叶和根的功能性状，进而影响植物地上和地下生物量，尚缺乏系统研究。

韩兴国/姜勇团队通过在内蒙古额尔古纳草甸草原设置的元素硫添加模拟土壤酸化控制实验（2017年），选择植物群落及羊草（Leymus chinensis）和莎草（Carex duriuscula）两个优势物种，研究了硫添加3年后，植物功能性状对地上和地下生物量的影响（图1）。发现硫添加导致土壤酸化和养分失衡，土壤酸化降低羊草比叶面积（specific leaf area, SLA），提高羊草叶片干物质含量（leaf dry matter content, LDMC），显示出保守型生长策略，即土壤酸化抑制羊草地上生物量形成。土壤酸化提高莎草植株高度、根系氮、磷、硫和锰含量，显示出竞争型生长策略，即通过竞争资源来增加地上和地下生物量。随着硫添加量的增加，植物群落地上生物量总体减少3%-33%，但由于土壤养分有效性的提高，群落根系生物量却增加了11%-22%（图2、3、4）。总之，草甸草原植物地上和地下生物量均受到硫添加诱导的土壤酸化的影响（图5），加深植物生物量和功能性状关系的研究，有助于更好地了解草原生态系统中的植物-土壤反馈作用。

上述成果近期发表在Biogeosciences上，中国科学院沈阳应用生态研究所冯雪助理研究员为论文第一作者，河北大学生命科学学院姜勇教授为通讯作者，王汝振教授、李天鹏博士、蔡江平副研究员、刘贺永研究员、李慧研究员为共同作者。该研究得到国家自然科学基金项目（32271677、32071563、32222056、32271655）和中国科学院战略先导专项（XDA23080400）等资助。

论文信息：Feng X, Wang RZ, Li TP, Cai JP, Liu HY, Li H, Jiang Y*. 2024. Plant functional traits modulate the effects of soil acidification on above- and belowground biomass. Biogeosciences, 21: 2641-2653 Doi: 10.5194/bg-21-2641-2024 (中科院二区, Q1, IF: 4.9)

图1  硫添加对草甸草原植物群落和优势物种地上和地下生物量的影响

图2  草甸草原两种优势物种的形态特征对硫添加的响应

SLA：比叶面积；LDMC：叶片干物质含量；SRL：比根长；SRA：比根面积；RTD：根组织密度；L.c：羊草；C.d：莎草

图3  草甸草原两个优势物种养分性状对硫添加的响应

图4  硫添加对植物群落生物量影响的结构方程模型

土壤养分包括：NH₄⁺-N和NO₃^--N、土壤有效P、土壤有效S；土壤交换性Ca²⁺、DTPA-Fe²⁺、DTPA-Mn²⁺；土壤酸化包括土壤pH值和交换性Al³⁺；地上形态性状（AMT）包括羊草的株高、比叶面积、叶干物质含量，叶片养分性状包括莎草叶片N、P、S、Ca、Fe、Mg含量；根养分性状包括莎草根系N、P、S、Ca、Fe、Mg含量；莎草地上和地下生物量；羊草地上生物量；群落地上生物量和地下生物量。符号↓ 和↑ 分别表示随着硫添加量的增加而显著减少或增加。χ² = 51.83, DF = 40, P = 0.10, AIC = 103.83, n=25.每个响应变量旁边R²数值表示与其他变量的关系解释度的变化比例。实线箭头和虚线箭头分别代表显著的阳性和阴性途径（P<0.05）。每个箭头处的值表示标准路径系数，该系数等效于相关性。

图5 硫添加诱导的土壤酸化对草地草原中两个优势物种的地上和地下生物量和性状的生态影响示意图

↑ = 对S添加的响应增加；↓ = 对S添加的响应减少；Com.=群落；AVP=土壤有效磷；AVS=土壤有效硫

(姜勇供稿)