荒漠短命植物不同生长期化学计量特征与生境土壤因子关系分析

深入了解荒漠短命植物的化学计量特征,有助于更好地理解生境土壤因子与植物生存策略的关系。以古尔班通古特沙漠广泛分布的尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)、假狼紫草(Nonea caspica)、琉苞菊(Hyalea pulchella)、飘带果(Lactuca undulata)为植物材料,测定不同深度(0～5、5～10、10～15 cm)的土壤理化性质,野外原位多时段采样比较分析4种植物化学计量特征与土壤因子的动态变化及其耦合关系。结果表明:(1)4种短命植物碳(C)、氮(N)、磷(P)含量普遍较低,化学计量特征存在物种间差异,但在不同生长期内变化规律大致相似。N、P含量从幼苗期到结实期逐渐减少,而C含量则长期趋于稳定。整个生长期内,P、C∶P的变异幅度较大,相反,C、N∶P的变异幅度较小。4种植物在不同生长期的化学计量特征差异与生长期、植物种类存在显著相关性。(2)0～5 cm土层有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)含量最高,且随土层的加深逐渐减少。随着植物的生长,0～5 cm土层中SOC和TN含量呈明显增加的趋势,而TP含量却呈现抛物线状变化趋势。在植物...     

古尔班通古特沙漠4种短命植物生物量与化学计量特征

为了深入了解古尔班通古特沙漠植物在极端环境下养分循环及限制状况,以琉苞菊(Hyalea pulchella)、假狼紫草(Nonea caspica)、尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)和飘带果(Lactuca undulata)为研究对象,分析了4种短命植物的生物量与化学计量特征变化以及二者之间的相关性。结果表明,(1)4种荒漠植物生物量分配在整个生长周期内呈一致增长规律,而根冠比(R/S)均呈下降趋势;生物量累计速率在各生长期不尽相同,但4种植物随生活史的完成最终分配比例趋同。(2)4种植物的C元素在整个生长周期内居高不下,N、P元素在植物体内总体呈下降趋势。对计量比分析发现,C∶N与C∶P间呈正相关关系,且二者都与N∶P呈负相关关系,但N∶P则相比旱生植物的平均值低。(3)生物量与化学计量比的综合排序显示:第1轴、第2轴的解释程度分别为58.89%和19.43%,可累计解释其总信息量的78.32%,表明可信度较高,但整体指标间的相关性较弱,说明4种荒漠短命植物生长过程中的化学计量比并未对生物量分配起决定作用,可能是由于干旱环境下植物的不同生存策略所引起的结果,或生物量分配的主要占比因素可能是植物自身遗传所决定的。     

古尔班通古特沙漠中4种荒漠草本植物的生物量与化学计量特征

对于荒漠植物不同生长期生物量分配和化学计量比的研究有助于深入了解荒漠植物的功能结构,更好掌握环境对植物的生存影响。本研究选取古尔班通古特沙漠4种一年生荒漠草本植物沙蓬（Agriophyllum sqarrosum（L.）Moq.）、雾冰藜（Bassssia dasyphylla（Fisch.et Mey.）O.Kuntze）、角果藜（Ceratocarpus arenarius L.）和碱蓬（Suaeda glauca（Bge.）Bge.）对比研究了4种生物量分配与N、P化学计量学随植物生长的变化。结果显示：（1）4种荒漠植物生物量积累配过程中,根冠比随生长季的延长逐渐降低。地上、地上生物量相关生长关系表明,角果藜为等速→异速的变化过程,沙蓬从采样初期至末期的变化过程为异速→等速生长,而沙蓬和碱蓬的相关生长指数相反,分别为异速→等速→异速、等速→异速→等速的变化格局;（2）4种植物N、P含量随生长期的延长逐步降低。在整个生长季节4种植物的N与P含量的变化趋势均为相似。（3）植物N、P含量间达到正相关显著,除沙蓬和雾冰藜的N：P之外其余指标分别与植物的地上、地下生物量及总生物量间呈负相关显著,而根冠比、相关生长指数与化学计量特征间未达到显著水平,表明了二者较弱的相关性。研究表明,4种荒漠草本植物生物量与化学计量特征的相关性不大,说明化学计量比并不是影响植物生物量及生活策略的主要因素,而更多是受植物自身遗传特性的影响。同时也体现了荒漠草本植物在养分匮乏的条件下,形成了自身独特的生理生态特征,且具有相对稳定的适应特性。     

蕨类植物碳氮磷化学计量特征及其与土壤养分的关系

为探讨蕨类植物碳氮磷化学计量特征与土壤养分的关系,对福建省亚热带森林林下芒萁和乌毛蕨地上部分和地下部分的碳、氮、磷(C、N、P)含量和0~10 cm和10~20 cm两个土层的养分含量进行了测定。结果表明,无论是芒萁还是乌毛蕨,地上部分的N、P含量均高于地下部分,而C含量则无显著差异,导致地上部分的C∶N和C∶P均低于地下部分。与乌毛蕨相比,芒萁地上部分的N、P含量更低,地上和地下部分的C含量、C∶N和C∶P以及N、P含量的变异系数和表型可塑性指数则更高,表明芒萁采取了较高的养分利用效率和\"表现最大化\"的策略,而乌毛蕨则选择了较低的养分利用效率和\"表现维持\"的方式。两种蕨类植物地上和地下部分的N含量与土壤N含量(0~20 cm)均无显著相关。芒萁两个部位的P含量则均与土壤P含量(0~10 cm和10~20 cm)呈显著正相关,乌毛蕨P含量总体上与土壤P含量的相关性不显著(除地下部分的P含量与10~20 cm土层的P含量呈弱的正相关外)。这表明芒萁具有作为亚热带森林土壤P库指示植物的潜力。     

古尔班通古特沙漠西南缘柽柳沙包的土壤化学计量特征

柽柳沙包作为沙漠地区一种特殊的生物地貌景观,在维持区域生态环境稳定中发挥着极为重要的作用。以古尔班通古特沙漠西南缘的典型柽柳沙包为研究对象,通过对土壤含水量、pH值、电导率、粒径及土壤有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)含量的分析,探讨了古尔班通古特沙漠柽柳沙包中土壤C、N、P的化学计量特征、垂直变化规律及影响因素。结果表明:(1)随着土层深度增加, SOC和TN均呈先升高后降低的变化,且C、N在表层土壤含量最高,具有\"肥岛效应\";总磷(TP)含量总体变化幅度较小,呈弱变异。随着土层深度增加,土壤C/N呈先降低后升高再降低的变化, C/P和N/P呈先降低后升高的变化。(2)与全球及中国平均值相比,古尔班通古特沙漠柽柳沙包土壤C、N、P、C/N、C/P及N/P均相对较低,而C/N相对较高,土壤养分缺乏程度表现为N>C>P。土壤养分元素及化学计量比多呈显著的线性关系,且土壤化学计量比在0—200 cm层主要受C、N的制约,在200—500 cm层不仅受C、N的制约,也受P的限制。(3)土壤C、N、P化学计量特征在0—200 cm层主要受降水、温度及蒸发等气候因素的影响,而在200—500 cm层易受土壤含水量的影响;此外,粘、粉、沙粒含量在整个土壤剖面中对土壤C、N、P化学计量特征也具有明显的影响。     

伊犁河谷不同生境苦豆子根系生态化学计量特征及其与土壤理化因子的关系

苦豆子(Sophora alopecuroides)为中旱生且耐盐碱,多生长于荒漠、半荒漠地带中的植物,属于新疆伊犁河谷山地草原典型毒害草之一,其强大的根系是吸收土壤养分的重要器官.本研究以伊犁河谷4种不同生境(林下、荒地、路边、农田)的苦豆子根系及其根际土壤为对象,分析苦豆子根系的化学计量学特征,结合冗余分析探讨苦豆...     

西南喀斯特典型石漠化生态系统土壤养分生态化学计量特征及其影响因素

喀斯特石漠化生态系统土壤养分元素生态化学计量特征及其对环境变异的生态响应是喀斯特退化森林生态系统恢复重建必需明确的关键科学问题。为探明喀斯特石漠化土壤C、N、P、K养分元素生态化学计量特征,探讨其对环境因子的响应,对西南喀斯特3个典型石漠化调查点(贵州毕节鸭池、清镇红枫湖和关岭-贞丰花江) 90个样方土壤及环境因子调查取样,研究了其土壤有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)及全钾(K)的化学计量特征及其影响因素。结果表明:西南喀斯特典型石漠化生态系统土壤C、N、P、K平均含量分别为45.61、2.54、0.79 g/kg和3.33 g/kg,计量比C∶N、C∶P、C∶K、N∶P、N∶K、P∶K平均值分别为19.56、65.07、23.65、3.45、1.32和0.39。4个土壤养分元素中,K元素表现明显高于其他元素的波动性。土壤养分含量及化学计量比在不同调查点、石漠化等级及植被覆盖率环境均有显著差异。无石漠化环境土壤养分C、N、P含量显著大于潜在、轻度、中度和强度石漠化,而强度石漠化环境土壤养分K含量却显著高于其他等级石漠化。土壤养分含量之间及其与化学计量比之间多具有显著的非线性相关关系。降水、温度、岩石裸露率和土地覆被是西南喀斯特石漠化生态系统土壤养分及其化学计量比最主要的影响因素。研究结果对丰富土壤生态化学计量学科学理论和我国西南喀斯特石漠化退化植被科学恢复具有重要意义。     

不同海拔云南松林土壤养分及其生态化学计量特征

以云南东北部不同海拔云南松天然次生林为研究对象,比较不同海拔土壤有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)、全钾(K)、碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)及其化学计量特征.结果 表明:海拔间土壤C、N、P、K、AN、AP、AK的值分别为7.85～31.61 g·kg-1、1.08～2.11 g·kg-1、0.19...     

伊犁野果林浅层土壤养分生态化学计量特征及其影响因素

对伊犁河谷野果林20个群落60个样方土壤及环境因子调查取样,研究了野果林0～10和10～20 cm土层土壤有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)及全钾(K)的化学计量特征及其影响因素.结果表明: 伊犁野果林0～10 cm土层土壤C、N、P、K含量分别为73.15、7.00、1.14和14.74 g·kg^-1,C:N、C:P、C:K、N:P、N:K、P:K分别为10.37、62.73、5.05、6.05、0.48和0.08;除K和C:N外,0～10 cm土层均显著高于10～20 cm土层.P、K、C:N及P:K具有较高的稳定性(CV=8%～24%),其他指标具中等变异性(CV=28%～46%).土壤养分含量及化学计量比在不同取样地点、不同群落类型及不同坡向间均有显著差异.除C、N之间为幂函数关系外,土壤养分含量及其与化学计量比之间均为二次函数关系,体现了土壤养分化学计量特征之间的非线性耦合特征.坡向、降水量及温度是野果林土壤化学计量特征的主要影响因子.     

古尔班通古特沙漠4种草本植物叶片与土壤的化学计量特征

在荒漠极端环境下,对2种短命植物(角茴香和土大戟)和2种类短命植物(簇花芹和弯花黄芪)叶片与土壤化学计量特征及其相互关系进行研究.结果表明:每个物种所有样地的各土壤因子之间均无显著差异;土壤氮(N)含量(0.18~0.22 mg·g-1)远低于土壤磷(P)含量(1.58~1.62 mg·g-1),N/P仅为0.12~0.15,表现出严重的土壤N缺乏.4种植物叶片N、P含量及N/P之间均有显著差异,其中,弯花黄芪最大,分别为57.36 mg·g-1、2.46 mg·g-1及23.43,角茴香其次,分别为34.05 mg·g-1、1.98 mg·g-1及17.56,土大戟分别为27.07 mg·g-1、1.87 mg·g-1及14.51,簇花芹分别为28.63 mg·g-1、2.20 mg·g-1及13.10.各物种N、P含量之间均具有显著的相关性,但绝大部分土壤因子与叶片化学计量值之间没有显著相关性.     

火烧对古尔班通古特沙漠土壤养分和土壤酶活性的影响

以古尔班通古特沙漠2016年6月意外火烧事件为背景,对比分析火烧和未火烧样地区不同土壤深度化学性质、土壤酶活性的变化特征,为全面评估火烧对温带荒漠生态系统的影响提供土壤学依据。结果表明:火烧样地和对照样地土壤养分含量和酶活性总体上均表现为上层土壤(0—5 cm)大于下层土壤(5—10 cm),仅土壤氧化酶(过氧化氢酶)活性表现为下层土壤大于上层土壤。同时,火烧和土壤深度存在交互效应,火烧对土壤特性的影响受土壤深度的限制。土壤化学性质受火烧的影响主要表现在0—5 cm土壤层,尤其是速效养分在火烧之后有显著增加趋势。火烧对5—10 cm土壤层土壤化学性质无显著影响。火烧后,硝态氮(NO3-N)含量显著下降,铵态氮(NH4-N)含量上升。土壤水解酶、氧化酶活性在火烧之后降低,具体表现为,蔗糖酶、脲酶、β-葡萄糖苷酶活性在0—5 cm和5—10 cm土壤层均极显著下降,而碱性磷酸酶活性仅在0—5 cm土壤层显著下降。过氧化氢酶活性则在5—10 cm土壤层活性显著下降。表明上层土壤水解酶活性对火烧干扰较为敏感,氧化酶活性在火烧干扰下相对稳定。从各土层土壤酶活性的变化特征来看,火烧对水解酶活性的影响随土壤深度增加而降低,而氧化酶则呈现相反的趋势。总体而言,火烧显著提高了古尔班通古特沙漠土壤速效养分的含量,降低了土壤酶活性,不同土壤酶对火烧响应的敏感程度不同。为深入评估火烧干扰对温带荒漠生态系统的影响提供一定理论依据。     

不同龄阶梭梭根区土壤水分时空变化特征

土壤水是荒漠植被发育最主要的制约因子。不仅影响植物的生长和发育,还限制着植被的种类、数量和分布。梭梭作为北方荒漠区重要的固沙植物,研究梭梭林地土壤水分动态对其植被生存或恢复以及群落稳定性维持具有重要意义。鉴于少有学者研究过不同龄阶梭梭根区的土壤含水率差异,于2014年2月至2014年11月,采用中子仪法和烘干法对0—400 cm沙层土壤含水率进行了原位观测,分析了不同龄阶梭梭根区土壤水分的时空变化规律。结果表明:(1)梭梭根区土壤水分时间变化可分为4个阶段:2月下旬—3月下旬是土壤水分快速补给期,4月上旬—5月下旬是土壤水分均衡期,6月上旬—10月下旬是土壤水分耗损期,11月上旬—次年2月中旬是土壤水分稳定期;(2)梭梭根区0—50 cm土层,受降雨、融雪水入渗补给和蒸发的影响较大,土壤水分变异系数较大且随深度增加迅速减小,50 cm以下土层变异系数较小且随深度变化微小;(3)不同龄阶梭梭根区剖面平均土壤含水率全年与春、夏、秋季均表现为:枯树成熟梭梭中龄梭梭裸地;(4)随距梭梭树干距离的增大(0—5 m范围内),土壤含水率整体呈减小趋势;降雨前后,梭梭根区浅层(0—10 cm)土壤含水率增量大于裸地土壤含水率增量。     

古尔班通古特沙漠土壤酶活性和微生物量氮对模拟氮沉降的响应

本文以新疆古尔班通古特沙漠为研究区,原位设定0 (N0)、0.5 (N0.5)、1.0 (N1)、3.0 (N3)、6.0 (N6)和24.0 (N24) g N m?2 a-1 6个模拟施氮浓度,研究氮沉降对土壤酶活性和微生物量N的影响。结果表明：不同浓度的氮增加未改变土壤酶活性和微生物量N原有的垂直分布格局,0 ~ 5 cm土层土壤多酚氧化酶和过氧化物酶活性分别比5 ~ 10 cm土层低11.5 ~ 29.1%和1.4 ~ 14.2%,而该土层的蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性和微生物量N则分别比5 ~ 10 cm土层高4.3 ~ 98.1%、45.3 ~ 119.0%、76.1 ~ 138.1%和77.5 ~ 162.3%。氮增加后,0 ~ 5 cm土层的土壤酶活性和微生物量N比5 ~ 10 cm土层受影响更大。低氮和中氮(N0.5～N3)增加对0 ~ 5 cm土层氧化酶活性影响较小,各处理间差异不显著;高氮(N6,N24)对该层氧化酶活性有明显抑制作用。与对照相比,N24处理下土壤多酚氧化物活性和过氧化物酶活性分别降低了22.4%和12.1%;5 ~ 10 cm土层氧化酶活性对氮增加响应不敏感,各施氮量之间差异不显著;两层土壤的蔗糖酶和碱性磷酸酶活性随氮的增加具有先增加再减少的趋势,而两层土壤的脲酶活性和土壤微生物量N随着施氮量增加分别降低和增加;随着土壤酶活性变化,土壤有效氮和微生物量N增加,有效磷先增加后减少。这些响应表明,氮增加可以改变该荒漠土壤系统的土壤酶活性和微生物量并影响土壤相关营养元素循环。     

乌兰布和沙漠典型灌木群落土壤化学计量特征

乌兰布和沙漠不同典型灌木群落类型对荒漠土壤质量的改善具有重要的作用,而土壤碳、氮、磷生态化学计量比是体现生态系统变化过程的重要依据。研究不同灌木植被类型对土壤碳、氮、磷含量及其生态化学计量学特征的影响,对于深入认识乌兰布和沙漠典型灌木植被生长与修复对土壤质量的改良,准确评价植被生态环境效益具有重要的现实意义。在乌兰布和沙漠8个主要建群种天然植被类型灌木林地内设置10 m×10 m的标准样方进行调查,在灌丛边缘（东、南、西、北四个方向）进行土壤分层采样,取样深度分别为0-20、20-40、40-60、60-80、80-100 cm,共5层。将相同层次土壤样品充分混合,经四分法取样,风干,过0.15 mm筛用于土壤C、N、P含量的测量,分析不同灌木类型各土层碳、氮、磷含量及其生态化学计量比的垂直分布特征,探寻各指标间的相关关系。结果表明：乌兰布和沙漠地区8种天然灌木林土壤有机C、全N、全P含量整体水平不高,分别为2.45、0.26、0.28 g/kg,均低于全国水平。由C、N、P含量的相关性分析可知三者间呈显著正相关（P < 0.05）,且C、N元素含量变化几乎同步,但P元素含量变化滞后于二者。各灌木类型表层（0-20cm）土壤C、N、P含量均较高,各灌木类型土壤有机C、全N含量随着土壤深度的增加呈下降趋势,而不同灌木类型土壤全P含量从上至下分布规律不同,且土层对P含量无显著差异（P > 0.05）。8种典型灌木群落土壤整体C：N、C：P、N：P值（9.41、8.70、0.93）低于全国水平,各灌木类型土壤N：P和C：P随土壤深度而递减,但不同灌木类型土壤C：N随土层深度的变化规律不同。乌兰布和沙漠典型灌木群落土壤碳、氮、磷化学计量特征值均低于全国水平,各灌木类型土壤C、N、N：P和C：P随土壤深度而递减,但不同灌木类型土壤P、C：N随土层深度的变化规律不同。有机C、全N、全P与其化学计量比之间具有非线性耦合关系。C：N和P含量具有较高的稳定性（CV=22.45%和24.39%）,C：P和N：P比值是研究区限制性养分判断的重要指标。     

Controls of Bedrock Geochemistry on Soil and Plant Nutrients in Southeastern Utah

The cold deserts of the Colorado Plateau contain numerous geologically and geochemically distinct sedimentary bedrock types. In the area near Canyonlands National Park in Southeastern Utah, geochemical variation in geologic substrates is related to the depositional environment with higher concentrations of Fe, Al, P, K, and Mg in sediments deposited in alluvial or marine environments and lower concentrations in bedrock derived from eolian sand dunes. Availability of soil nutrients to vegetation is also controlled by the formation of secondary minerals, particularly for P and Ca availability, which, in some geologic settings, appears closely related to variation of CaCO₃ and Ca-phosphates in soils. However, the results of this study also indicate that P content is related to bedrock and soil Fe and Al content suggesting that the deposition history of the bedrock and the presence of P-bearing Fe and Al minerals, is important to contemporary P cycling in this region. The relation between bedrock type and exchangeable Mg and K is less clear-cut, despite large variation in bedrock concentrations of these elements. We examined soil nutrient concentrations and foliar nutrient concentration of grasses, shrubs, conifers, and forbs in four geochemically distinct field sites. All four of the functional plant groups had similar proportional responses to variation in soil nutrient availability despite large absolute differences in foliar nutrient concentrations and stoichiometry across species. Foliar P concentration (normalized to N) in particular showed relatively small variation across different geochemical settings despite large variation in soil P availability in these study sites. The limited foliar variation in bedrock-derived nutrients suggests that the dominant plant species in this dryland setting have a remarkably strong capacity to maintain foliar chemistry ratios despite large underlying differences in soil nutrient availability.