1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
一、本课题的意义 我国41.7%的面积是草原，健康的草原对畜牧业和旅游业的发展有很重要的作用。青藏高原高寒草甸占全国草原面积的三分之一，是世界上独一无二的高原草区，由于其独特的地理位置，很容易受到外界环境变化的干扰，所以我们设计土壤施酸实验来模拟大气硫沉降，来研究青藏高原高寒草甸对生态因子变化的响应机制，为我国保护草原提供科学依据。 二、国内外研究概况 由于大气氮和硫沉降，会导致土壤酸化，有研究表明，过去二十年间，青藏高原高寒草甸和内蒙古温带草原的土壤pH降低0.63个单位[1], 由于土壤酸化会影响生物地球化学循环；影响土壤理化性质；影响生物多样性和生态系统功能，所以有很多相关实验开展。目前，很多试验采用长期施氮肥来模拟氮沉降引起的土壤酸化实验，实验结果表明土壤碱基离子（K 、Ca2 、Na 、Mg2 ）等交换性阳离子减少，有害离子（H 、Al3 、Fe3 、Mn2 ）等增加，土壤理化性质改变是生物多样性降低的原因之一[2-4]。 国外研究生态化学计量学最早始于1862年德国农业化学家李比希的最小因子定律； Lotka在1925年把热力学定律引入到生态学和生物学的研究中，把物理、化学同生物世界联系起来；1986年Reiners把化学计量学应用到生态系统的研究中；Sterner和Elser在2002年出版生态化学计量学专著，权威的总结了生态化学计量学的有关内容，是生态化学计量学理论成熟的标志。目前，国外生态化学计量学已经应用到不同领域，如营养元素之间的相互作用[5]、生态系统研究[6]、食物网物质的循环[7]、全球碳氮磷循环[8]、资源竞争领域[9]、微生物生态学[10]等。 然而我国在生态化学计量学这一领域的研究起步较晚,但是近年来发展较快，目前主要研究的方向是：区域C:N:P化学计量学格局及其驱动因素[11]、施肥对群落N:P的影响[12]、不同演替阶段植物N:P的变化[13]等。贺金生等研究内蒙古、青藏高原和新疆的213种草原植物叶片N、P计量关系[14]；任书杰等人研究东部南北样带654种植物叶片C、N、P的计量关系[15]；韩文轩等研究全国753种陆地植物叶片的C、N、P计量关系[16]；这些研究从不同尺度上研究了我国植物叶片的化学计量特征，对我国化学计量学的发展起到推动作用，相信在不久的将来，我国在化学计量学的研究会深入到生态学的各个领域中。 三、应用前景 通过观察植物群落和植物叶片化学计量特征对土壤酸化的响应，为保护草原生态系统提供科学依据，同时能预测草原生态系统对全球变化的响应。 |
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2. 研究的基本内容和问题
一、研究目标 通过模拟土壤酸化，研究植物群落和不同植物功能群对土壤生态因子变化的响应机制；研究植物化学计量特征的变化是否与土壤养分变化及群落变化有关系。 二、研究内容 1、酸化作用对土壤理化性质的影响； 2、研究酸化作用对植物群落结构和植物功能群的影响，并解释这一现象； 3、讨论酸化作用对植物叶片碳氮磷含量及氮磷比的变化情况； 4、将实验结果与前人研究对比，阐述硫沉降和氮沉降对植物群落和植物叶片化学计量特征的影响的不同之处。 三、拟解决的关键问题 1、研究不同植物功能群和群落对土壤酸化的响应； 2、土壤酸化如何通过改变土壤养分，从而间接影响植物群落和植物叶片的化学计量特征； 3、植物叶片化学计量特征的变化与群落之间的关系。 |
3. 研究的方法与方案
研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 一、研究方法 1、土壤理化性质 土壤水分：称10g鲜土，在105℃的烘箱烘烤至恒重，取出称干土重。 土壤pH：称10g风干土，按土：液=1:2.5加无二氧化碳水，振荡，静止后用pH计测量。 土壤有效磷：称2.5g风干土，用碳酸氢钠浸提，用钼锑抗试剂显色后在880nm波长下进行比色。 土壤离子（K 、Ca2 、Na 、Mg2 、Al3 ）：用乙酸铵溶液浸提后，用ICP测量。 2、植物群落 分析物种丰富度、物种均匀度、辛普森多样性指数等基本指标。 3、植物叶片氮磷含量 植物叶片氮：用硫酸和双氧水消煮，用奈氏比色法测定。 植物叶片磷：用硫酸和双氧水消煮，用钒钼黄比色法测定。 二、技术路线
三、实验方案 实验样地位于甘肃省甘南藏族自治州的兰州大学高寒草甸与湿地生态系统玛曲阿孜实验站，为了研究土壤酸化对青藏高原植物群落及其化学计量特征的影响，我们选取20块2*2m的样地开展硫酸的施酸实验，采用随机区组设计，共设计5个施酸梯度：0mol/m2、0.67mol/m2、2.69mol/m2、4.71mol/m2、7.4mol/m2,每个处理4个重复，在植物生长季前后各施一次酸。 在植物生长季后期，挑选完整的植物叶片，带回实验室进行叶片碳氮磷化学计量的测定；在样地里随机选取50*50cm大小的地方进行样方调查，并将样方内的植物带回实验室烘干评估地上植物生物量；用土钻取土样，带回实验室进行土壤基本理化性质测定。 四、可行性分析 分析已经测量的实验数据，随着施酸浓度的增加，土壤pH降低,土壤碱基离子、土壤呼吸物和微生物碳氮都有下降的趋势；物种丰富度、物种均匀度和辛普森多样性指数也有下降的趋势，这些结果与预期相符，表明研究方法可行。土壤理化性质和植物叶片测量的方法成熟以及所用到的仪器设备完善，这些条件都有利于实验的开展。 |
4. 研究创新点
本实验通过改变高寒草甸的生存环境，从而研究不同个体、不同功能群和群落的变化情况，从而阐述植物对环境变化的响应机制。 |
5. 研究计划与进展
2016年7月-8月野外工作； 2016年9月-10月测量土壤理化性质； 2017年2月阅读文献，学习处理实验数据； 2017年3月-4月测量植物叶片C、N、P等其余指标； 2017年5月完成论文和准备答辩。 |
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