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碳(C)和氮(N)元素是陆地生态系统中植物生长与发育过程中不可缺少的重要元素，在生态系统生产力的形成和固碳潜力的维系以及碳氮循环过程中具有重要作用。C、N化学计量特征对于反映植物对营养元素的需要、土壤养分的供给能力和揭示植物对环境的适应及反馈能力具有重要的意义。由于人类活动和气候变化的影响，土地沙漠化已成为我国半干旱农牧交错带最突出的生态环境问题，然而有关沙漠化地区C、N化学计量特征及储量变化的研究较少。因此，在典型沙漠化地区，开展沙地退化植被恢复过程中C、N化学计量特征和储量变化及其对气候变化响应的研究，对于该区域退化生态系统的恢复和管理具有重要的指导意义。 本研究在全球气候变暖和科尔沁沙地沙漠化过程整体逆转的趋势下，通过沙地退化植被恢复过程中不同生境（流动、半固定、固定沙丘和草地）上3次(2011、2013和2015年)群落特征的调查、植被-土壤系统C与N元素含量的测定，开展模拟增温和增雨对四种生境上植被-土壤系统C、N化学计量特征及储量变化影响的控制实验，揭示了沙地植被-土壤系统C、N化学计量特征及储量的时空动态变化规律，阐明了沙地植被-土壤系统C、N化学计量特征及储量对增温与增雨的响应，确定了沙地生态系统C、N化学计量特征及储量变化的关键影响因素，明确了沙地退化植被恢复过程中植被和土壤碳氮固存的效应及潜力。主要的研究结果及结论如下: (1)在流动、半固定、固定沙丘和草地这一沙地退化植被恢复梯度上，随着沙地退化植被的恢复，植被盖度、物种丰富度、地上生物量、凋落物量和地下生物量明显增加。从2011到2015年，沙地四种生境上的平均物种丰富度和地上生物量表现出波动变化趋势，半固定沙丘植被盖度持续增加，生态系统的凋落物逐年增加，而根系生物量年际间变化不大。 (2)随着沙地退化植被的恢复，地上植物、凋落物和根系的C含量波动变化，土壤(0-10cm)C和N含量及C/N比显著增加;四种生境中流动沙丘地上植物的N含量最高、C/N比最低，半固定沙丘凋落物和根系的N含量最低、C/N比最高。从2011到2015年，沙地四种生境上的平均地上植物C含量变化不大，N含量明显增加，C/N比下降;凋落物C、N含量及C/N比波动变化，根系C、N含量及C/N比年际间变化不显著;土壤C含量和C/N比波动变化，N含量明显增加。沙地退化植被恢复过程中优势植物演替导致了植被-土壤系统中C、N化学计量特征的变化，而封育时间的增加促进了沙地土壤中N的积累。 (3)沙地退化植被恢复过程中地上植物、凋落物、根系、土壤的C和N储量明显增加。由流动沙丘封育恢复到半固定、固定沙丘和草地，总的生态系统碳氮储量分别增加了1.8、4.5、7和1.6、3.6、4.2倍，并且超过80％的碳氮储存于土壤中。从2011到2015年，四种生境平均地上植物的C、N储量波动性变化;凋落物C、N储量明显增加;根系C、N储量变化不显著;土壤与总的生态系统的C储量变化不显著，而土壤N储量显著增加。沙地退化植被恢复过程中土壤具有较大的碳氮固存潜力。 (4)沙地退化植被恢复过程中地上植物、凋落物、土壤的C/N比与物种丰富度存在正线性关系;地上植物、凋落物、根系、土壤和总的生态系统的C、N储量均与物种丰富度也表现出正线性关系，表明了沙地退化植被恢复过程中群落组成变化影响着植被-土壤系统的C、N化学计量特征及储量的分配。沙地土壤C、N储量与地上和地下总的生物量存在正线性关系，阐明了沙地退化植被恢复过程中土壤碳氮自然积累的植被驱动作用。 (5)在模拟增温与增雨的控制实验条件下，沙地四种生境变化中仅物种丰富度之间存在显著差异。温度增加显著降低了物种丰富度、地上生物量、凋落物量、根系生物量，而增雨以及增温和增雨的交互作用对沙地植被特征的影响不显著。在全球气候变暖的背景下，生长季温度的增加会极大地影响科尔沁沙地植物群落组成及其结构。 (6)在模拟增温与增雨的条件下，由流动、半固定、固定沙丘到草地的地上植物N含量显著增加、C/N比下降，地下根系N含量及C/N比波动性变化，但地上植物和根系C、N储量没有显著变化;土壤的C、N含量及其储量显著增加。增温增加了沙地地上植物与根系的N含量，但降低了凋落物的C含量、植物和凋落物的C/N比、地上植物C储量、根系的C和N储量、植被系统和生态系统的C储量。生境与温度的交互作用也对地上植物的C和N含量、凋落物C储量以及凋落物、根系、土壤、生态系统的N储量具有显著影响。 综上所述，沙地退化植被恢复过程中优势物种和群落组成变化对植被-土壤系统的C、N化学计量特征具有重要影响，长时间的恢复增加了沙地地上植物和土壤的N含量。沙地退化植被恢复过程中物种丰富度、地上和地下生物量的增加促进了土壤中碳氮储量的自然积累，沙地土壤具有较大的碳氮固存潜力。但生长季短期的温度增加会极大地降低植物物种丰富度和生物量及其植被系统C储量，导致区域土壤碳固存仍然具有较大的不确定性。因此，需要进一步开展野外长期的模拟增温和增雨对沙地生态系统碳氮固存效应的影响研究，深入认识沙地植被-土壤碳氮固存对气候变化响应的协同适应机制，才能准确评估气候变化影响下沙地植被-土壤碳氮储量和固存潜力。