中国典型生态脆弱区生态化学计量学研究进展

在人类活动和自然环境变化的相互作用下,生态脆弱区生态系统随之变迁,荒漠化、盐碱化、水土流失、植被生产力下降等是生态脆弱区面临的重要问题。生态化学计量学作为当前多学科交叉研究的热点领域,强调从生态系统能量与元素平衡角度,揭示元素生物地球化学循环和生态系统对环境变化的调控机制。为了促进对生态脆弱区碳（C）、氮（N）、磷（P）生态化学计量的深入理解,本文重点总结了近年来有关我国典型生态脆弱区植物、凋落物、土壤和土壤微生物量C、N、P生态化学计量及其对环境变化响应的研究成果,并展望未来研究方向,以期促进生态化学计量学的发展和生态脆弱区生态保护与恢复研究。研究表明,植物-凋落物-土壤-土壤微生物系统C、N、P化学计量具有较强相关性,并受土壤因子、气候因子、生物因子和人类活动的显著影响。在生态脆弱区,我国北方荒漠及荒漠化地区由于较高的N∶P比值易受P限制,而青藏高原脆弱区、西南岩溶石漠化地区和黄土高原脆弱区等生态脆弱区更易受N限制;随着植被恢复,养分限制逐渐由N限制向P限制转变。生态脆弱区相对较低的养分含量和C∶N∶P比值或许可在一定程度上解释植被生产力较低的原因,而具有较高N、P化学计量内稳性的植物在贫瘠环境中具有较强竞争力和更高稳定性。今后可加强多尺度、不同生态系统植物-凋落物-土壤-土壤微生物系统生态化学计量和长期、多因子交互控制实验的研究。     

降水量及N添加对荒漠草原植物和土壤微生物C∶N∶P生态化学计量特征的影响

基于2017年在宁夏荒漠草原设立的降水量(减少50%、减少30%、自然降水、增加30%以及增加50%)和N添加(0和5 g·m~(-2)·a~(-1))野外试验,研究了植物和土壤微生物C∶N∶P生态化学计量特征,分析二者与土壤C∶N∶P生态化学计量特征及其他土壤因子的关系,以探讨降水格局改变和大气N沉降增加下荒漠草原植物和土壤微生物C∶N∶P平衡特征及其主要影响因素。结果表明:(1)减少降水量对荒漠草原植物和土壤微生物C∶N∶P生态化学计量特征的影响较小,反映了二者对短期干旱的适应性;增加降水量降低了植物和土壤微生物生物量N和P含量,不同程度地提高了C∶N和C∶P,但其影响程度与N添加有关。(2)增减降水量条件下, N添加对植物生态化学计量特征影响较小,但对土壤微生物C∶N∶P生态化学计量特征影响较大,尤其在增加降水量条件下表现得更明显,意味着降水激发了N添加效应。(3)植物全N含量、N∶P以及土壤微生物生物量N含量的内稳性较低,可较好地反映土壤N供给水平以及N、P受限类型。(4)与植物C∶N∶P生态化学计量特征关系较强的土壤因子为速效P含量、磷酸酶活性、电导率、C∶P和有机C含量,与土壤微生物C∶N∶P生态化学计量特征关系较强的土壤因子有电导率、含水量、蔗糖酶活性和磷酸酶活性,表明植物和土壤微生物C∶N∶P平衡特征主要受其他土壤因子的调控,而非土壤元素平衡关系。     

天山北坡植物土壤生态化学计量特征的垂直地带性

生态化学计量工作专注于植物与土壤的元素比例关系及其环境解释等问题上,还需要分析在连续环境梯度上元素比例关系的变化规律以进一步加深已有的认识。受水热梯度的影响,植被与土壤在天山北坡均存在明显的垂直地带性,这为探讨植物土壤生态化学计量特征的垂直带谱提供了有利条件。在天山中段北坡海拔1000—3840m范围内,按海拔梯度对植物和土壤分别采样,测定其C、N、P含量。结果表明:(1)随海拔的升高,植物C、N、P含量及其计量比变化规律各不相同,C含量随海拔变化保持不变,仅山地针叶林显著低于亚高山灌丛草甸、高山垫状植被和山前灌木(P0.05);N含量、C∶P、N∶P随海拔先升高后降低,山地针叶林和亚高山灌丛草甸显著高于山地荒漠草原、山地草原、高山垫状植被(P0.05);P含量、C∶N则是随海拔先降低后升高,高山垫状植被显著高于其他植被类型,山地荒漠草原、山前灌木和高山草甸显著高于山地草原、针叶林和亚高山灌丛草甸(P0.05)。(2)从生活型角度,乔木、灌木和草本C、N含量、C∶N差异不显著,灌木P含量、C∶P、N∶P显著高于草本(P0.05);乔木和灌木更受P限制,草本更受N限制。(3)随海拔的升高,土壤C、N、P含量、C∶P、N∶P均先升高后降低,其中山地针叶林和亚高山灌丛草甸均显著高于山地荒漠草原和山地草原(P0.05),土壤C∶N表现为一直降低,山地荒漠草原显著高于其他植被类型(P0.05)。(4)植物C、N、P及计量比与土壤相关性分析中,仅植物C∶P与土壤C∶P相关性显著,且植物C、N、P含量与土壤相关系数小于植物C∶P、N∶P与土壤相关系数。在垂直地带性上,土壤主要通过生态化学计量比影响植物的生长。     

长期施肥黄土旱塬农田土壤-微生物-植物系统碳氮磷生态化学计量特征

探讨长期不同施肥制度对农田土壤、植物生态系统的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其生态化学计量比的影响,可为揭示该系统能量平衡和养分循环,实现农业生态系统元素平衡及可持续发展提供参考意义。以位于黄土高原半干旱地区的长武国家黄土高原农业生态实验站长期施肥试验为研究对象,选取不施肥(CK)、单施氮肥(N)、单施磷肥(P)、施氮磷肥(NP)、单施有机肥(M)、氮肥配施有机肥(NM)、磷肥配施有机肥(PM)、氮磷肥配施有机肥(NPM)8个处理,分析了黄土旱塬典型农田土壤-微生物-植物生态系统中C、N、P含量及其生态化学计量变化规律。研究结果表明:1)长期单施有机肥和化肥配施有机肥处理可显著提高土壤和有机质C、N、P含量。2)氮、磷肥的输入显著降低了土壤和小麦C∶N、N∶P,施P显著降低了有机态C∶P和小麦C∶P;有机肥配施对微生物生物量和小麦C∶N∶P的影响更为明显。3)长期有机肥配施条件下土壤养分和小麦化学计量比存在较强的相关关系。微生物生物量碳与有机C、N、P呈显著正相关,土壤微生物生物量氮与土壤N、P总量呈显著正相关,微生物生物量磷与土壤C、N、P总量含量呈显著负相关;植株碳含量与微生物...     

黄土丘陵沟壑区森林生态系统生态化学计量特征

为了阐明黄土丘陵沟壑区森林生态系统植物与土壤之间的养分循环关系,明确叶片与乔木层整体生态化学计量特征差异性,采用野外调查与室内分析相结合的方法对研究区内主要森林生态系统不同乔木器官和土壤C、N、P含量进行了测定,分析了叶片、乔木层和土壤化学计量特征及之间的关系。结果表明:研究区内森林生态系统乔木层平均C、N、P含量均显著低于叶片水平,表层土壤(0—10 cm)C、N含量以及C∶P、N∶P值均显著高于土壤(0—100 cm)平均值;叶片与乔木层及二者与土壤间的生态化学计量特征关系不同;乔木层平均C含量与降水呈显著正相关,乔木层平均P含量仅与海拔呈显著正相关,影响本地区植物生长状态的主要因素是降水。土壤平均C、N含量仅受土壤容重的影响,土壤平均P含量主要受土壤容重、温度和降水的影响。研究结果可以为黄土丘陵沟壑区人工林的建设和管理提供理论依据。     

氮磷添加对荒漠草原植物-凋落物-土壤生态化学计量特征的影响

为明确植物、凋落物和土壤养分含量及化学计量比对土壤中添加多种限制性养分的响应，阐明"植物-凋落物-土壤"连续体化学计量动态及各组分之间的协同作用，以宁夏荒漠草原为研究对象，于2018年开始进行氮（N）、磷（P）养分添加控制试验。试验处理包括对照（CK）、N添加、P添加、NP共同添加4个处理。结果表明：（1） NP共同添加显著增加了荒漠草原植物N和P含量、以及凋落物和土壤P含量，显著降低了荒漠草原植物C：N和C：P、以及土壤和凋落物C：P和N：P。P添加显著增加了荒漠草原植物、凋落物和土壤P含量，显著降低了植物、凋落物、土壤C：P和N：P。N添加分别增加了植物、凋落物N含量和N：P，但对植物N含量影响未达到显著水平。（2） C、N、P含量和N：P大小均表现为植物 > 凋落物 > 土壤，C：N和C：P均表现为凋落物 > 植物。（3） N添加提高了荒漠草原植物对P再吸收效率，降低了荒漠草原植物对N利用效率；P添加提高荒漠草原植物对N再吸收效率，降低荒漠草原对P的利用效率；NP共同添加提高了荒漠草原植物对N和P再吸收效率，降低了荒漠草原植物对N和P利用效率。（4）植物-凋落物-土壤的N、P含量和化学计量比之间显著相关，其中植物N、P、N：P与凋落物和土壤N、P、N：P显著正相关，凋落物P、C：N与植物和土壤C：P、N：P显著负相关。（5）荒漠草原植物和凋落物N较稳定（1/H=0.45和1/H=0.48），而植物和凋落物P、N：P较敏感（1/H=0.80、0.73和1/H=0.81、0.78）。荒漠草原植物生长受N限制，N添加缓解荒漠草原植物N限制，P添加和NP添加加剧荒漠草原植物N限制，荒漠草原植物通过改变养分利用策略和再吸收利用效率适应土壤中N、P含量的变化。     

樟子松人工林原产地与不同自然降水梯度引种地土壤和植物叶片生态化学计量特征

降水格局是影响陆地生态系统结构和过程的重要环境要素,尤其对于干旱/半干旱地区,降水变化是植物生长驱动的关键生态因子。目前,针对降水变化对陆地生态系统C、N、P等元素生物地球化学循环过程影响开展了大量研究。然而,关于沙地樟子松重要引种地科尔沁沙地自然降水梯度下沙地樟子松人工林土壤、植物生态化学计量特征的研究未见报道。因此,本研究以樟子松原产地红花尔基和引种地科尔沁沙地自然降水梯度下4个典型沙地樟子松人工林为对象,研究樟子松引种地降水变化对土壤(0—10,10—20 cm和20—40 cm)和植物(1年和2年生叶)生态化学计量特征的影响。研究结果发现:(1)与红花尔基原产地樟子松人工林相比,科尔沁沙地引种的樟子松人工林土壤C、N、P元素含量显著降低;(2)科尔沁沙地自西向东,随降水量增加,沙地樟子松人工林土壤C、N、P含量以及C∶P和N∶P表现为逐渐增加趋势,而土壤C∶N呈减少趋势;(3)随着降水量增加,樟子松叶C含量呈下降趋势,叶N含量和N∶P比值呈增加趋势,植物叶P含量无一致性规律;(4)樟子松叶片P含量与土壤C、N、P含量呈极显著正相关关系,而叶片C和N含量与土壤C、N、P含量无显著相关性。研究表明,沙地樟子松引种地科尔沁沙地土壤C、N、P养分比较缺乏,且随着降水增加土壤N养分限制降低,而土壤P养分限制增加。本研究从生态化学计量特征角度,为今后开展科尔沁沙地不同降水梯度条件下引种樟子松人工林提供理论依据。     

桂林毛村岩溶区典型植物叶片碳、氮、磷化学计量特征

植物的碳、氮、磷化学计量特征能反映植物对土壤营养元素的利用效率,岩溶区植物经过长期的进化形成了自身独特的生理生态和生态化学计量特征,通过岩溶区植物叶片碳、氮、磷化学计量可以揭示岩溶生态系统各组分之间的养分循环规律。该研究在桂林毛村岩溶区次生林中选择3个20m×20m的样方,采用多元统计方法分析了岩溶区森林12种典型植物叶片共186个样品的碳、氮、磷的生态化学计量特征,研究它们之间的相互关系,探讨碳、氮、磷化学计量学在岩溶生态系统中的生态指示作用。结果表明:(1)虽然岩溶区石灰土氮和磷的含量较高,但由于其有效性低,植物对养分的吸收和利用缓慢,岩溶区石灰土植物的生长仍然受到N和P的共同限制;(2)由于岩溶区植物叶片中N和P的含量显著偏低导致较高的C∶N和C∶P值(C∶N的平均值为80.86;C∶P的平均值为639.65);(3)利用N∶P14表明氮受限制,N∶P16表明磷受限制,14N∶P16表明N和P共同限制的标准判断植物叶片受N或P的限制在岩溶区不完全适合;(4)元素间相关性分析表明,叶片的C和N呈极显著负相关关系(P0.01),C和P呈显著负相关关系(P0.05),N和P之间呈现极显著正相关关系(P0.01)。这体现了植物体内两营养元素含量需求变化的相对一致性。研究结果有助于了解岩溶区森林植物的适生机制及其生态地球化学过程,可为岩溶区生态治理提供理论依据。     

半干旱黄土小流域不同植被类型植物与土壤生态化学计量特征

生态化学计量学是研究生态系统元素平衡与能量流动的有效方法,明确不同植被恢复类型下植物与土壤化学计量特征对揭示黄土高原植被恢复中生态系统养分循环具重要意义,可为黄土高原植被恢复类型的选择提供可行性依据。以典型半干旱黄土小流域3种植被恢复方式下（天然荒草、自然恢复、人工恢复）的5种植被类型（长芒草草地、赖草草地、苜蓿草地、柠条灌丛、山杏林）为研究对象,分析不同植被类型下叶、茎、根及土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）含量及化学计量特征。结果表明：1）植物不同器官和植被类型对植物生态化学计量特征都具有显著影响,C、N、P含量在5种典型植被中均表现为叶>茎>根。人工恢复植被各器官C、N含量及N ∶ P均显著高于天然荒草地,与自然恢复植被无显著差异;其中,在人工恢复植被中山杏各器官C含量最高,柠条各器官N含量最高。叶、茎、根的C ∶ N则表现为自然恢复植被显著高于人工恢复植被与天然荒草地。P含量、C ∶ P则在不同植被恢复类型间无显著差异。2）不同植被恢复类型下土壤C、N、P含量及化学计量特征具一定差异。人工恢复植被土壤C、N、P含量及C ∶ P、N ∶ P均为最高,显著高于自然恢复植被土壤;人工恢复植被中柠条土壤C、N含量及C ∶ P、N ∶ P均显著高于其他植被土壤。土壤C ∶ N在各植被类型间无显著差异。3）不同植被恢复类型下C、N、P含量在植物叶片与土壤间的相关性存在差异,说明植物自身生长特性影响着养分在植物与土壤间转化与传递。以5种典型植被整体来看,植物叶、茎、根的生态化学计量特征在彼此间均呈显著正相关。在植物与土壤间,植物各器官N含量与土壤C、N、P含量呈显著正相关,植物各器官N ∶ P与土壤N ∶ P呈显著正相关,表明该黄土小流域生态系统中植物与土壤生态化学计量特征的变化是相互制约,相互影响的。     

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。     

控雨对荒漠草原植物、微生物和土壤C、N、P化学计量特征的影响

以宁夏荒漠草原为研究对象,于2014—2015年设置了降雨量变化(减雨50%、减雨30%、自然降雨、增雨30%和增雨50%)的野外模拟试验,测定了植物、微生物和土壤C、N、P含量,同时调查了植物群落组成和土壤含水量等指标,研究了各组分C、N、P化学计量特征对连续两年降雨量变化的响应,分析了土壤C∶N∶P和含水量分别与植物生长、养分利用以及微生物量积累的相关性。结果表明,控雨改变了植物叶片C∶N∶P,且其影响程度随物种不同而异:减雨50%提高了牛枝子(Lespedeza potanimill)绿叶N和P以及猪毛蒿(Artemisia scoparia)绿叶P摄取能力,增雨(30%和50%)降低了猪毛蒿绿叶N摄取能力。增雨提高了猪毛蒿绿叶C∶N,增雨30%提高了苦豆子(Sophora alopecuroides)绿叶C∶N。增雨降低了猪毛蒿绿叶N∶P,增雨30%降低了白草(Pennisetum centrasiaticum)绿叶N∶P。相比之下,控雨条件下枯叶C∶N∶P的变化幅度较小;随降雨量增加微生物量C、N以及C∶N逐渐增加,但增雨50%使微生物量C和C∶N降低;控雨对土壤C∶N∶P的影响较小,但增雨提高了土壤水分有效性,因此促进了植物和微生物生长;试验期内,相对稳定的土壤C∶N∶P不能很好地指示植物和微生物生长发育的养分受限状况;干旱时提高叶片养分摄取、湿润时增强叶片养分回收,可能解释了牛枝子对降雨量变化的弹性适应能力。     

黄土高原典型草原优势种植物及其根际土壤化学计量对降雨变化的响应

为探讨黄土高原典型草原优势种植物及其根际土壤化学计量对不同降水量的响应,以宁夏固原云雾山封育20年典型草原为研究对象,利用遮雨棚技术模拟了3个不同的降水梯度(自然降水量的50%、100%和150%),测定了优势种长芒草(Stipa bungeana)、星毛委陵菜(Potentilla acaulis)和白莲蒿(Artemisia sacrorum)的地上、地下全碳(TC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量及其根际土壤有机碳(RSOC)、全氮、全磷含量,分析了各个优势种及其根际土壤化学计量及其之间的相关性。结果表明：(1)3个优势种地上、地下总C含量、地上N含量均在50%降水下较高,星毛委陵菜地上和地下P含量及地上、地下总P含量均在100%降水处理下最高。(2)50%降水与150%降水处理相比较,长芒草地上C/N、C/P及白莲蒿、星毛委陵菜地下C/P均有显著差异(P<0.05),150%降水处理下优势种N/P显著高于50%降水处理(P<0.05)。(3) 3个优势种根际土壤C、N含量高于黄土高原土壤C、N含量且150%降水处理下根际土壤C含量显著高于50%降水处理(P<0...     

模拟降雨对黄土高原典型草原土壤化学计量及微生物多样性的影响

以宁夏固原云雾山自然保护区封育19年天然草地为研究对象,利用遮雨棚和滴灌技术对研究区的降水量进行人为调控,系统分析了草原土壤生态化学计量及其微生物多样性在50%、100%和150%不同降雨处理下的响应。结果表明:经过一年的水分控制处理(1)不同降雨梯度对土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、碳氮比(C/N)、碳磷比(C/P)、氮磷比(N/P)无显著性影响,但100%降水处理下SOC、TN、TP、N/P均高于50%和150%降水处理。(2)在3种不同降水梯度处理下,各处理不同土层深度SOC、TN、TP、C/N、C/P、N/P有显著性差异(P0.05),且随土层深度加深,土壤化学计量及其比值逐渐降低。(3)降雨对土壤微生物多样性影响不大,但増雨和减雨均能增加真菌多样性,引起细菌菌群结构发生相应的变化,且真菌优势种相对丰度随降雨增加呈下降趋势。(4)土壤SOC、TP、C/N与微生物多样性无显著相关,C/P、N/P与细菌多样性呈显著负相关关系(P0.05),与真菌多样性呈极显著正相关关系(P0.01)。短期(一年)降雨变化对土壤养分及微生物多样性影响较弱,但微生物多样性与土壤养分二者之间关系密切,研究结果为探讨长期降雨处理对草地生态系统影响提供参考。     

城市绿化植物-凋落物-土壤系统碳氮磷化学计量特征研究

以福建福州市常见的15种乔木、灌木和草本绿化植物为对象,连续2年取样测定了这些植物、凋落物、立地土壤、土壤微生物量C、N、P含量,探讨城市绿化植物-凋落物-土壤系统生态化学计量特征,为中国城市绿化植物的生态功能恢复与植被重建提供科学依据。结果表明:(1)绿化植物不同器官C、N、P含量均表现为草本灌木乔木、C含量N含量P含量、叶茎根,呈现出叶的富集作用;绿化植物各器官化学计量比(C/N、C/P、N/P)也表现出基本一致的乔木灌木草本的变化趋势;各绿化植物对N的再吸收率极显著高于对P的再吸收率(P0.01),绿化植物N和P再吸收率表现为乔木灌木草本,不同绿化植物对N的再吸收率差异均显著(P0.05),对P的再吸收率差异均不显著(P0.05)。(2)绿化植物凋落物C、N、P含量基本表现为草本灌木乔木,其中不同绿化植物凋落物P含量差异不显著。(3)绿化植物立地土壤C、N、P含量表现为草本灌木乔木,但其N/P差异不显著;土壤微生物量C、N、P含量基本表现为草本灌木乔木,其相应的C/N、C/P、N/P差异均不显著。(4)植物-土壤-凋落物-土壤微生物量(C、N、P)均随着生长季温度的升高而降低,随着年降水量的增加而升高,P素的回归系数绝对值明显低于C素和N素;植物-凋落物-土壤的C与N含量、N与P含量、C/P与N/P、以及土壤和植物的C/N与N/P之间均呈显著正相关关系,而凋落物的C/N与N/P之间呈显著负相关关系;典范对应CCA排序中,植物高度、冠幅、茎粗、比叶面积和叶面积指数对植物-凋落物-土壤-土壤微生物量C、N、P含量和C/N、C/P和N/P具有较大影响作用,其中高度、冠幅和茎粗与比叶面积和叶面积指数呈负相关关系,与凋落物-土壤-土壤微生物量C、N、P含量呈负相关关系,与植物C、N、P含量呈正相关关系;而凋落物-土壤-土壤微生物量C、N、P含量与其C/N、C/P和N/P均具有一定的正相关关系。     

不同林龄油茶人工林土壤-叶片碳氮磷生态化学计量特征

油茶是世界四大木本油料植物之一,在我国有着2000多年的栽培和利用历史。碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量元素是近年来研究的热点,通过C、N、P化学计量我们可以深入了解植物-土壤间元素相互关系,并能揭示土壤养分限制状况。为了解油茶人工林生态系统C、N、P化学计量特征及油茶人工林养分元素限制因素,以长江中下游油茶适宜栽培区湖南、江西和湖北三省油茶林为研究对象,采用空间代替时间的研究方法,在区域尺度上随机选择32个典型油茶人工林并分为4个林龄组(9年低龄林;9—20年高产林;21—60年低产林; 60年生产退化林)。测定油茶人工林土壤与油茶叶片中的C、N、P含量并分析其化学计量特征。研究结果表明:(1)随林龄增加,油茶人工林土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量增大,而土壤全磷(TP)和速效/kg和5.43 mg P在一定的林龄(60 a)内具有增加的趋势。(2)随林龄增加,油茶人工林叶片C含量无显著变化,N、P含量降低,叶片的C、/kg、11.66—15.46 g增大。此外,叶片N∶P阈值分析发现,叶片N∶P比在四个林龄段均16。(3)相关分析结果表明,油茶人工林土壤SOC和TN具有显著正相关,油茶叶片N和P具有显著正相关。同时,叶片N含量与土壤TN无相关性,而油茶叶片P含量与土壤Olsen-P显著正相关。油茶人工林土壤化学计量C∶N、C∶P和N∶P与叶片C∶N、C∶P呈显著正相关,以及叶片N∶P与土壤C∶P、N∶P呈显著正相关(P0.05)。由以上可见,油茶人工林土壤主要受P养分限制,且随林龄增加,P限制增加。此外油茶叶片N、P吸收具有协同效应,且油茶叶片与土壤元素存在广泛的计量耦合关系。本研究综合分析油茶林叶片与土壤的C、N、P计量特征及其关系,有助于全面系统的揭示油茶人工林生态系统的养分状况,对油茶林高效培育、养分补充或退化林诊断等具有指导意义。     

Nutrient dynamics along a precipitation gradient in European beech forests

Precipitation as a key determinant of forest productivity influences forest ecosystems also indirectly through alteration of the nutrient status of the soil, but this interaction is not well understood. Along a steep precipitation gradient, we studied the consequences of reduced precipitation for the soil and biomass nutrient pools and dynamics in 14 mature European beech (Fagus sylvatica L.) forests on Triassic sandstone. We tested the hypotheses that lowered summer precipitation (1) is associated with less acid soils and (2) a reduced accumulation of organic matter on the forest floor, and (3) reduces nutrient supply from the soil and leads to decreasing foliar and root nutrient concentrations. Soil acidity, the amount of forest floor organic matter, and the associated organic matter N and P pools decreased to about a half from wet to dry sites; the C/P and N/P ratios, but not the C/N ratio, of forest floor organic matter were reduced as well. Net N mineralization and P and K pools in the mineral soil did not change with decreasing precipitation. Foliar P and K concentrations (beech sun leaves) increased while N remained constant, resulting in decreasing foliar N/P and N/K ratios. Estimated N resorption efficiency increased toward the dry sites. We conclude that a reduction in summer rainfall significantly reduces the soil C, N and P pools but does not result in decreasing foliar N and P contents in beech. However, the decreasing foliar N/P ratios towards the dry stands indicate that the importance of P limitation for tree growth declines with decreasing precipitation.     

广西大青山杉木人工林碳氮磷生态化学计量特征

为研究杉木人工林生态系统植物、凋落物和土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量特征的差异和相互关系,以广西大青山杉木密度试验林为研究对象,测定了5种初植密度下杉木人工林针叶、草本、凋落物和土壤的C、N、P含量及其比值。结果表明:针叶的C、N、P含量最高,凋落物次之,土壤最低。C∶N、C∶P表现为凋落物针叶草本土壤,N∶P表现为凋落物草本针叶土壤。其中针叶的N∶P均值为16.69,凋落物C∶N显著高于N发生释放的C∶N的临界值(30)。杉木人工林针叶和草本N、C∶N呈显著负相关关系,针叶和土壤的C∶N、N∶P,草本和凋落物P含量、C∶P均呈显著正相关关系,体现了杉木生态系统内的C、N、P在针叶、草本、凋落物和土壤之间相互转化和循环。南亚热带杉木人工林植物生长受P限制,凋落物分解慢,土壤有机质的矿化作用慢,养分循环能力低,因此在人工林抚育管理中,应保护林下植被,适当施肥,提高土壤肥力,维持杉木林长期生产力。     

控制降水梯度对荒漠草原优势植物叶功能性状及土壤养分的影响

探究植物叶功能性状随降水梯度的变化规律,对揭示干旱区优势植物对环境变化的响应和适应策略至关重要。以盐池荒漠草原为研究对象,采用遮雨棚和喷灌系统控制降水梯度,分析了优势植物蒙古冰草（Agropyron mongolicum）、短花针茅（Stipa breviflora）及达乌里胡枝子（Lespedeza davurica）叶功能性状变异,以及土壤水分、养分和微生物特性与响应性状间的相关关系。结果表明：HW（增水50%）处理下3个植物LA（叶面积）、LDMC（干物质含量）显著增大,LW处理（减水50%）下短花针茅和达乌里胡枝子LA、LDMC显著减小,降水处理对短花针茅和达乌里胡枝子SLA（比叶面积）影响不显著,LW处理显著提高了蒙古冰草SLA;LW处理显著提高了蒙古冰草和短花针茅LNC（叶氮含量）和LPC（叶磷含量）;HW显著降低了土壤C、N含量,LW和HW均显著减少了真菌数量,而放线菌数量、微生物生物量C、N显著增加;3种优势植物LA均与土壤水分显著正相关,蒙古冰草和短花针茅通过提高SLA、LNC及LNP来适应干旱生境,蒙古冰草和短花针茅LNC及LNP是表征土壤P、微生物生物量有效性的关键指标,达乌里胡枝子通过自我调节养分利用策略来适应C、N、P含量和微生物活性较低的生境,从而决定其在群落中的优势地位。     

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。     

黄土丘陵区植被与地形特征对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响

研究黄土丘陵区植被与地形特征对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征影响有助于深入理解黄土丘陵区不同植被带下土壤和土壤微生物相互作用及养分循环规律.选择黄土丘陵区延河流域3个植被区(森林区、森林草原区、草原区)和5种地形部位(阴/阳沟坡、阴/阳梁峁坡、峁顶)的土壤作为研究对象,利用生态化学计量学理论研究植被和地形对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响.结果表明: 土壤及土壤微生物生物量碳、氮、磷含量在不同地形之间的差别主要表现在沟坡位置和阴坡高于其他坡位和阳坡.植被类型的变化对两个土层(0～10、10～20 cm)土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响均达到显著水平,坡向对表层(0～10 cm)土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响强于坡位,而在10～20 cm土层,坡位对土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷影响更显著.植被类型显著影响土壤C∶N、C∶P、N∶P和土壤微生物生物量C∶N、C∶P,坡向和坡位仅影响土壤C∶P和N∶P,植被类型的变化是影响土壤C∶N的主要因素.同时,植被类型对土壤养分和微生物生物量碳、氮、磷含量及其生态化学计量特征的影响大于地形因子.标准化主轴分析结果表明,黄土丘陵区不同植被带土壤微生物具有内稳性,特别在草原带,土壤微生物生物量生态化学计量学特征具有更加严格的约束比例.在黄土丘陵区,土壤微生物生物量N∶P或许可以作为判断养分限制的另一个有力工具,若将土壤微生物生物量N∶P与植物叶片N∶P配合使用可能有助于我们更加精确地判断黄土丘陵区的土壤养分限制情况.