中国东部南北样带森林优势植物叶片的水分利用效率和氮素利用效率

通过测定中国东部南北样带主要森林生态系统中10种优势植物(兴安落叶松、蒙古栎、水曲柳、紫椴、色木槭、红松、杉木、木荷、马尾松、锥栗)叶片的碳氮含量(Cmass、Nmass)、同位素丰度(δ13C、δ15N)以及光合响应曲线,分析了不同优势植物叶片的水分利用效率和氮素利用效率之间的差异及其相互关系.结果表明： 不同生活型植物叶片的Nmass和δ15N差异显著,表现为阔叶植物>针叶植物,落叶植物>常绿植物;最大光合速率(Pn max)表现为针叶植物>阔叶植物,落叶植物>常绿植物;植物叶片的瞬时水分利用效率(WUEi)和长期水分利用效率(WUE)均表现为阔叶植物>针叶植物,常绿植物>落叶植物;植物叶片的瞬时氮素利用效率(NUEi)和长期氮素利用效率(NUE)则表现出相反的规律,且常绿植物和落叶植物叶片的NUE差异显著;WUEi和WUE之间相关性不显著,而NUEi和NUE之间呈显著正相关.植物叶片的水分利用效率与氮素利用效率显著负相关.两种资源利用效率均受植物生活型的影响,并且存在一定的制约关系.     

植物养分高效利用机制研究进展

长期进化和环境适应导致不同植物或同种植物不同基因型间养分利用效率(NUE)差异明显,研究筛选植物养分高效利用基因型至关重要,其极大的增产潜力可补充代替传统植物栽培方法所需的能源.目前人们对于植物NUE概念的理解存在一定差异,造成众多研究成果缺乏可比性.通过对植物NUE的概念及其描述方式难以统一原因的分析,提出人工林NUE应采用干材生物量与林分养分总量的比值表示.综合评述了植物体内养分高效利用及植物对生长介质中养分高效吸收的生物生理学适应性机制.对养分逆境植物养分高效利用适应性策略的整个过程进行了描述,进一步阐明了Ca2+在化学通讯机制中的生物功能,指出Ca2+可能是启动植物养分高效利用挽救机制的主要调控因子,并就该领域今后研究工作的特点作了展望.     

江西阳际峰30种阔叶树叶片氮磷含量及再吸收效率

养分再吸收是植物养分利用的重要策略,体现了植物对养分留存、利用和适应环境的能力。为研究亚热带不同生活型(常绿与落叶)阔叶树养分含量与养分再吸收的关系,以江西阳际峰国家级自然保护区内30种阔叶树为研究对象,测定成熟和衰老叶片氮(N)和磷(P)含量,分析常绿和落叶树种叶片N和P含量及其再吸收效率差异,揭示阔叶树种叶片养分再吸收效率对植物生活型的响应。结果表明: 落叶树种成熟叶片N和P含量显著高于常绿树种,衰老叶片P含量显著高于常绿树种,而两者衰老叶N含量差异不显著;30种阔叶林木叶片的氮再吸收效率(NRE)与磷再吸收效率(PRE)平均值分别为49.6%和50.9%,两种生活型树种间叶片的NRE与PRE无显著差异;落叶和常绿树种叶片的NRE均与衰老叶N含量呈显著负相关,PRE则与衰老叶P含量呈显著负相关,且这种关系在不同生活型之间差异不显著;总物种的PRE-NRE异速生长指数为1.18。江西阳际峰30种不同生活型阔叶树的养分再吸收效率会影响衰老叶片的养分状况,且相较于N,植物偏好从衰老叶中再吸收P。     

武夷山不同海拔植物水分利用效率的变化及其与养分变化的关系

以武夷山不同海拔(600、900、1300、1500、1800、2000和2100 m)的乔木、灌木和草本3种生活型植物为研究对象,观测其水分利用效率和叶片氮、磷养分浓度随海拔的变化趋势,旨在探索海拔梯度间水分、养分变化与植物水分利用效率变化的关系.结果表明: 植物水分利用效率随海拔的增加呈显著上升趋势,乔木叶片δ¹⁸O随海拔变化不显著.总体上看,叶片氮浓度未观测到规律性的变化,高海拔地区的叶片磷浓度显著高于低海拔地区.水分利用效率与叶片磷浓度呈显著正相关,而与叶片氮浓度相关性不显著.不同海拔植物水分利用效率变化主要由光合速率的变化引起,水分状况对植物水分利用效率的影响不显著.海拔梯度间植物叶片磷浓度的差异对光合速率影响显著,进而影响水分利用效率.     

植物的养分利用效率(NUE)及植物对养分胁迫环境的适应策略

提高养分利用效率（ＮＵＥ）是植物适应贫瘠生境的一种重要的竞争策略。养分利用效率的概念从提出到现在,曾用多个参数描述,其间经历了一个不断完善的发展过程。通过综述近年来相关的研究结果,可以初步得出以下结论：⑴不同种,不同生活型植物,乃至同株植物不同器官的ＮＵＥ存在不同程度的差异。⑵ＮＵＥ受多种因素影响。其中,养分有效性的影响研究较多,但争议较大,综合考虑,它对ＮＵＥ的影响不甚显著;叶片脱落持续时间的影     

向日葵种群中植株个体大小对其氮素利用策略的影响

我们利用Berendse和Aerts提出的氮素利用效率(NUE)概念及原理研究了高密度一年生草本植物向日葵(Helianthus annuus L.)种群中植株个体大小对其氮素吸收利用的影响,并对种内竞争进行了分析.结果表明,植株对氮素的吸收与其个体大小不成线性关系,说明种群内不同植株个体对土壤氮素的竞争属于非对称竞争.植株的氮素损失随着个体大小的增加而增加.个体较大的植株具有较高的氮素输入率和较低的氮素输出率,因而具有较高的氮素净增加值.植株的氮素生产力(NP)和氮素平均滞留时间(MRT)均与植株个体大小呈正相关.较大的植物个体具有较高的NP和较长的MRT,由于NUE为NP和MRT二者的乘积,因而较大个体植株的NUE高于个体较小的植株.同种植物的不同个体的NP和MRT之间不存在协衡关系.氮素回收效率(NRE)与植株个体大小密切相关.在个体水平上,较大的植株个体具有较高的NUE与其较高的NRE有关.种群内植株个体对土壤氮素的非对称竞争主要由于植株对氮素的吸收和利用效率不同所致.因此,Berendse和Aerts提出的氮素利用效率概念不仅适用于研究种间的养分利用策略,对于种内不同植株的养分策略研究也同样适用.     

向日葵种群中植株个体大小对其氮素利用策略的影响

我们利用Berendse和Aerts提出的氮素利用效率(NUE)概念及原理研究了高密度一年生草本植物向日葵(Helianthus annuus L.)种群中植株个体大小对其氮素吸收利用的影响,并对种内竞争进行了分析。结果表明,植株对氮素的吸收与其个体大小不成线性关系,说明种群内不同植株个体对土壤氮素的竞争属于非对称竞争。植株的氮素损失随着个体大小的增加而增加。个体较大的植株具有较高的氮素输入率和较低的氮素输出率,因而具有较高的氮素净增加值。植株的氮素生产力(NP)和氮素平均滞留时间(MRT)均与植株个体大小呈正相关。较大的植物个体具有较高的NP和较长的MRT,由于NUE为NP和MRT二者的乘积,因而较大个体植株的NUE高于个体较小的植株。同种植物的不同个体的NP和MRT之间不存在协衡关系。氮素回收效率(NRE)与植株个体大小密切相关。在个体水平上,较大的植株个体具有较高的NUE与其较高的NRE有关。种群内植株个体对土壤氮素的非对称竞争主要由于植株对氮素的吸收和利用效率不同所致。因此,Berendse和Aerts提出的氮素利用效率概念不仅适用于研究种间的养分利用策略,对于种内不同植株的养分策略研究也同样适用。     

克氏针茅草原植物叶片性状对放牧强度的响应

放牧干扰是影响草地植物性状的方式之一,植物叶片性状能够客观反映植物对生长环境的适应性.本文以呼伦贝尔克氏针茅草原不同放牧强度的样地为研究区,探讨叶片性状间的相互关系及在不同放牧梯度上和不同生活型功能群之间的变化规律.结果表明:克氏针茅草原植物的主要叶片性状在不同生活型植物之间差异均不显著,但是各个性状之间的相关性较强.在放牧梯度上,重度放牧样地上叶片磷含量和氮磷比值与中度放牧区和轻度放牧区有显著差异;在生活型功能群分类中,放牧对多年生杂草的叶片磷含量和氮磷比值有显著影响,表明多年生杂草对放牧较为敏感,重度放牧改变了植物养分利用策略.合理放牧可以改善克氏针茅草原植物养分性状并有利于遏制草原的退化.     

贡嘎山常绿落叶阔叶混交林主要树种叶功能性状

以贡嘎山常绿落叶阔叶混交林5种主要树种为研究对象,分析其叶片比叶面积(SLA)、叶干重(LDW)、碳(C)、氮(N)、磷(P)含量、同位素丰度(δ13C、δ15N)等叶属性特征,阐明常绿落叶阔叶混交林主要物种叶片性状的差异以及各种性状之间的相关关系,揭示主要树种叶片的水分和养分利用效率之间的关系以及这种关系对该群落中主要树种共存的影响机制。结果表明:贡嘎山常绿落叶阔叶混交林常绿树种与落叶树种比叶面积存在显著差异,叶片C含量与N、P含量呈显著负相关,N含量和P含量呈显著正相关;SLA与N含量、N∶P呈显著正相关关系,与δ13C、C含量、C∶N呈显著负相关关系,而与P相关性不显著;叶片δ13C与C∶N相关性不显著;SLA较高的叶片具有较高的叶片N含量,较低的叶C含量、氮素利用效率(NUE)和水分利用效率(WUE);叶片的WUE和NUE之间不存在权衡关系,未采用水氮耦合的权衡机制以适应潮湿多雨的环境;孑遗植物康定木兰(Indigofera souliei)和连香树(Cercidiphyllum japonicum)均采用异于非孑遗物种的养分利用策略,形成生态位的分化而共存于群落。     

不同林龄杉木人工林的水分利用效率与叶片养分浓度

以亚热带不同林龄(3、8、14、21、46年生)杉木人工林为研究对象,探索不同叶龄(当年生、1年生、2年生和3年生)叶片氮、磷养分状况和水分利用效率的差异及其相互关系.结果表明: 不同叶龄水分利用效率差异显著,总体趋势为当年生>1年生>2年生>3年生,而林龄对水分利用效率影响不显著.叶片N/P为11.4～19.6,其中,幼龄林和老龄林叶片N/P高于速生期林分叶片N/P,氮、磷浓度随叶龄的变化趋势一致,为当年生>1年生>2年生>3年生.水分利用效率随林龄变化不显著,可能是因为叶片光合速率和气孔导度同时随林龄下降.水分利用效率与叶片氮浓度相关不显著,而与叶片磷浓度呈显著正相关,与N/P呈显著负相关,表明在氮沉降增加的背景下,亚热带森林中植物磷含量逐渐成为影响水分利用效率的重要因子.     

Nutrient conservation strategies in native Andean‐Patagonian forests

Abstract. Nutrient conservation in vegetation affects rates of litter decomposition and soil nutrient availability. Although resorption has been traditionally considered one of the most important plant strategies to conserve nutrients in temperate forests, long leaf life‐span and low nutrient requirements have been postulated as better indicators. We aimed at identifying nutrient conservation strategies within characteristic functional groups of NW Patagonian forests on Andisols. We analysed C‐, N‐, P‐, K‐ and lignin‐concentrations in mature and senescent leaves of ten native woody species within the functional groups: broad‐leaved deciduous species, broad‐leaved evergreens and conifers. We also examined mycorrhizal associations in all species. Nutrient concentration in mature leaves and N‐ resorption were higher in broad‐leaved deciduous species than in the other two functional groups. Conifers had low mature leaf nutrient concentrations, low N‐resorption and high lignin/N ratios in senescent leaves. P‐ and K‐resorptions did not differ among functional groups. Broad‐leaved evergreens exhibited a species‐dependent response. Nitrogen in mature leaves was positively correlated with both N resorption and soil N‐fertility. Despite the high P‐retention capacity of Andisols, N appeared to be the more limiting nutrient, with most species being proficient in resorbing N but not P. The presence of endomycorrhizae in all conifers and the broad‐leaved evergreen Maytenus boaria, ectomycorrhizae in all Nothofagus species (four deciduous, one evergreen), and cluster roots in the broad‐leaved evergreen Lomatia hirsuta, would be possibly explaining why P is less limiting than N in these forests.     

Forest Productivity and Efficiency of Resource Use Across a Chronosequence of Tropical Montane Soils

We tested the hypothesis that plants adjust to nutrient availability by altering carbon allocation patterns and nutrient-use efficiency (NUE = net primary production [NPP] per unit nutrient uptake), but are constrained by a trade-off between NUE and light-use efficiency () = NPP per unit intercepted light). NPP, NUE and ) were measured in montane Metrosideros polymorpha forest across a 4.1 x 10⁶ yr space for time substitution chronosequence in which available soil N and P pools change with site age. Although the range of N and P availability across sites was broad, there was little difference in NPP between sites, and in contrast to theories of carbon allocation relative to limiting resources, we found no consistent relationships in production allocation to leaves, fine roots or wood. However, canopy nutrient pools and fluxes were correlated with the mass of fine roots per unit soil volume and there was a weak but positive correlation of NPP with LAI. Patterns of ) and NUE across the soil developmental sequence were opposite to each other. ) increased as nutrient availability and nutrient turnover increased, while NUE decreased in response to the same influences but reached its highest values where either N or P availability and turnover of both N and P were low. A negative correlation between ) and NUE supports the hypothesis that a trade-off exists between ) and leaf characteristics affecting NUE.     

重庆石灰岩地区主要木本植物叶片性状及养分再吸收特征

以重庆石灰岩地区15种常绿木本植物和14种落叶木本植物为研究对象,对两种生活型植物叶片衰老前后叶干物质含量(LDMC)、比叶面积(SLA)和叶片厚度(LT)进行了比较,并采用不同的计算方法(单位质量叶片养分含量、单位面积叶片养分含量)分析了两类植物叶片衰老前后养分含量及再吸收特征,最后对养分再吸收效率与其他叶性状因子之间的关系进行了相关分析。结果表明:常绿植物成熟叶LDMC、LT及衰老叶LT显著低于落叶植物,落叶植物成熟叶和衰老叶SLA均显著高于常绿植物(P0.05);基于单位质量叶片计算的养分含量,常绿植物成熟和衰老叶N、P量均低于落叶植物,而基于单位面积叶片计算的N、P含量则表现出相反的趋势;基于不同方法计算的N、P再吸收效率差异不明显,其中常绿植物基于单位质量叶片养分含量计算的N、P平均再吸收效率为39.42%、43.79%,落叶植物的为24.08%、33.59%;常绿和落叶植物N、P再吸收效率与LDMC、SLA、LT和成熟叶N、P含量之间没有显著相关性,但与衰老叶养分含量存在显著负相关(P0.05)。研究发现,无论是常绿植物还是落叶植物,衰老叶N、P含量均较低,表明石灰岩地区植物具有较高的养分再吸收程度。     

塔克拉玛干沙漠腹地人工植被及土壤CNP的化学计量特征

生态化学计量学是研究生态过程和生态作用中化学元素平衡的科学。极端环境中进行植物叶片与土壤中营养元素含量及变化研究,对于揭示植物对营养元素的需要和当地土壤的养分供给能力,以及植物对环境的适应与反馈能力具有十分重要的意义。以塔克拉玛干沙漠腹地塔中植物园生长良好的25种人工植被及其生境为研究对象,运用方差分析、相关分析综合研究植物叶片及土壤的化学计量特征及其相互关系。结果显示:塔克拉玛干沙漠腹地25种人工植被叶片C、N、P的平均含量分别为(386.7±46.6)、(24.7±8.1)和(1.8±0.78) mg/g;叶片C:N、C:P及 N:P分别为(17.5±6.7)、(249.2±102.8)、(15.0±5.6)。其中豆科植物N含量极显著高于非豆科植物(P<0.001)。不同生活型植物的C、N、P含量均存在显著差异,C、N、P含量在3种生活型的大小顺序为草本>灌木>乔木。C:N和N:P在不同生活型植物间不存在显著差异(P>0.05),而乔木和灌木的C:P显著高于草本植物(P< 0.05)。相关分析表明植物的叶片C:N、C:P都与相应的N、P含量呈现极显著负相关性(P<0.001),而叶片N含量与P含量的变化并不相关(P> 0.05)。土壤C、N、P养分元素含量远低于全国的平均水平,尤其是N含量(<0.2 mg/g);土壤C与N存在着极显著的正相关关系(P<0.01),而C与P、N与P间的相关性并不显著(P>0.05)。以上研究结果表明,受极端环境的限制,塔克拉玛干沙漠人工植被植物对养分元素的利用效率显著低于全国陆地植物的平均水平,不同科和不同生活型功能群植物对环境的适应能力显著不同,表现出显著的养分适应策略差异性。     

Physiological integration impacts nutrient use and stoichiometry in three clonal plants under heterogeneous habitats

Physiological integration facilitates clonal plants to deal with heterogeneous resources. However, little is known about how nutrient patchiness affects its use and stoichiometry in clonal plants. We conducted an experiment with Cynodon dactylon, Glechoma longituba, and Potentilla reptans to address the effects of physiological integration on nutrient use efficiency and N:P ratios. For C. dactylon, the effects of nutrient patchiness on N use efficiency (NUE), P use efficiency (PUE), and N:P ratio were stronger in daughter ramets than in parent ramets; for G. longituba, nutrient patchiness affected PUE and N:P ratio of parent and daughter ramets, but not NUE; for P. reptans, nutrient patchiness decreased NUE, PUE, and N:P ratio, regardless of parent or daughter ramets. PUE was associated with N:P ratios in three clonal plants and this association of NUE with N:P ratios varied with species. Our findings suggest that physiological integration alters nutrient use efficiency and N:P ratios of clonal plants under patchy nutrients and that these effects are linked to clonal species identity.     

天童常绿阔叶林若干树种的叶片营养转移研究

对天童国家森林公园 1 8种植物在落叶前后营养转移量的研究表明 ,不同植物的营养转移率不尽相同 ,N的平均转移率为 3 7.86% ,标准偏差 1 0 .67% ;P的平均转移率为 44.76% ,标准偏差 1 5 .40 %。经方差分析 ,N、P转移率无明显差异 (s=0 .1 3 8)。同时 ,P的转移率与植物成熟叶中的P含量及N/P存在正相关 ,而N的转移率与植物成熟叶子的N含量和N/P不相关。另外 ,常绿植物的N转移率平均值是 3 5 .74% (标准差9.46% ) ,落叶植物N转移率平均值是 3 8.72 % (标准差 1 2 .65 % ) ;常绿植物的P转移率平均值是 3 7.72 % (标准差 1 3 .0 0 % ) ,落叶植物P转移率平均值是 5 5 .3 7% (标准差 1 5 .5 4% )。对落叶和常绿阔叶二种生活型植物进行ANOVA分析 ,表明N转移率无明显差异 ,而P转移率有差异 (P <0 .0 5 )。     

青藏高原东部高山植物的水分利用效率与氮素利用效率研究

对生长在青藏高原东部隶属于23科、49属的71种高山植物(包括多年生和一年生植物)的稳定碳同位素比值、氮含量以及碳/氮比率进行了分析,并以稳定碳同位素比值及碳/氮比率来分别指示植物的水分利用效率和氮素利用效率.结果表明:(1)多年生植物稳定碳同位素比值显著高于一生年植物,而碳/氮比率显著低于一年生植物(P<0.01),氮含量两者无显著性差异.(2)多年生植物和一年生植物的稳定碳同位素比值均与碳/氮比率呈显著负相关(-0.643**和-0.707),而与氮含量均无明显相关性.研究证实,在自然条件下多年生植物的水分利用效率比一年生植物更高,而氮素利用效率却更低;高山植物水分利用效率和氮素利用效率存在明显的权衡",即植物不能同时提高水分利用效率和氮素利用效率,高水分利用效率的代价是降低氮素利用效率,青藏高原不同植物即使在相同环境条件下具有不同适应对策.