金沙江干热河谷地区植物叶片中各生源要素的化学计量特征以及异速增长关系

植物生源要素的化学计量比在生物地球化学循环以及植物生理代谢中具有极为重要的作用。迄今为止, 对植物叶片的N、P元素与其他生源要素含量间相关关系的研究较少, 限制了生态化学计量学的应用广度。为了解金沙江干热河谷地区植物叶片中各种生源要素间的异速增长关系, 该研究通过对当地51个样方中107个样本的测量, 探索个体水平、物种水平和样方水平上各生源要素间的异速增长关系。结果显示: 叶片中各元素的比例N:P:K:S:Fe:Ca为100.00:6.64:88.20:11.59:2.48:91.64, N、P含量分别为11.21和0.744 mg·g ^-1, 明显低于全国平均值, 而N:P与全国平均值相当, 表明植物生长受到N、P的双重限制。各种生源要素间存在正相关增长关系, 在个体水平上, 植物叶片中N-P大致呈等速增长关系, Fe与Ca元素相对于N、P、K的增长速率显著大于1, Fe的增长速率最大, 依次为Fe > Ca > P > N > S > K; 物种水平上Fe与Ca相对于N、P、K的增长速率显著大于1; 样方水平上, Fe元素相对于N、P、K的增长速率依旧显著大于1, 但Ca、S相对于N的增长速率显著大于1, 元素增长速率为Fe > Ca > P > S > K > N, 其中N相对于P的异速增长斜率与2/3极为接近, K相对于P的异速增长斜率接近3/4。个体水平和样方水平上各种元素间的相关关系以及拟合优度不一致, 表明群落构建在介导不同层次上元素关系中发挥着重要作用。     

古尔班通古特沙漠某些短命植物叶片N、P化学计量特征的季节变化

短命植物是荒漠生态系统的重要组成部分。为了解短命植物叶片N、P化学计量特征随生长季变化的特点,选择古尔班通古特沙漠6种优势短命植物(3种一年生短命植物,3种多年生类短命植物)为研究对象,对比了2种生活型短命植物叶片N、P化学计量特征随生长季变化特点。结果表明,3种一年生短命植物尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)、小花荆芥(Nepeta micrantha)以及条叶庭芥(Alyssum linifolium)N含量平均值(±标准差)分别为(11.23±7.16)、(14.11±6.38)和(10.85±6.14)mg·g–1;P含量平均值分别为(2.82±0.73)、(3.12±1.24)和(3.43±0.55)mg·g–1;3种多年生类短命植物独尾草(Eremurus chinensis)、雅葱(Scorzonera pusilla)和簇花芹(Soranthus meyeri)N含量的平均值分别为(19.97±5.94)(15.08±4.01)和(17.94±9.03)mg·g–1;P含量平均值分别为(3.55±0.83)、(2.73±1.11)和(5.03±0.65)mg·g–1。由此可见,短命植物在生长过程中叶片N-P化学计量特征存在一定差异。各物种N、P含量在生长初期都大于其它生长季节,在生长旺季随叶片生物量增加,N、P含量呈下降趋势;而在生长末季N、P含量又有所回升。相关性分析表明,不同生活型短命植物元素间的关系存在差异,但同一生活型短命植物元素间的关系并无显著差异,体现了种内一致性。     

氮磷施肥对拟南芥叶片碳氮磷化学计量特征的影响

研究植物碳(C)氮(N)磷(P)化学计量特征, 有助于了解C、N、P元素的分配规律和确定限制植物生长的元素类型, 理解生长速率调控的内在机制。该研究基于盆栽施肥试验, 测定不同N、P供应水平下拟南芥(Arabidopsis thaliana)叶片的生物量和C、N、P含量, 分析拟南芥的限制元素类型、验证生长速率假说、探讨N、P的内稳性差异和C、N、P元素间的异速生长关系。主要结果如下: 盆栽试验基质中限制元素是P, 施N过多可能引起毒害作用; 拟南芥的生长符合生长速率假说, 即随着叶片N:P和C:P的增加, 比生长速率显著减小; 叶片P含量存在显著的调整系数(3.5), 但叶片N含量与基质N含量之间无显著相关; 叶片N和P含量具有显著的异速生长关系, 但不符合N-P^3/4关系, 施P肥导致表征N、P异速生长关系的幂指数(0.209)显著低于施N肥处理(0.466)。该研究首次基于温室培养实验分析了拟南芥C、N、P的化学计量特征及其对N、P添加的响应, 研究结果将为野外研究不同物种、群落或生态系统的化学计量特征提供参考。     

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。     

放牧对呼伦贝尔草地植物和土壤生态化学计量学特征的影响

放牧通过畜体采食、践踏和排泄物归还影响草地群落组成、植物形态和土壤养分,植物通过改变养分利用策略适应环境变化。通过分析呼伦贝尔草原放牧和围封样地中的群落植物和土壤的碳氮磷养分及化学计量比,探讨放牧对生态系统化学计量学特征和养分循环速率的影响机制。结果如下:(1)群落尺度上,放牧和围封草地植物叶片C、N和P的含量没有显著差异;但是在种群尺度上,放牧草地植物叶片N含量显著高于围封草地;(2)放牧草地土壤全C、全N、有机C、速效P含量,低于围封草地,硝态N含量高于围封草地;土壤全P和铵态N指标没有显著差异;(3)放牧草地植物C∶N比显著低于围封草地,植物残体分解速率较快,提高了生态系统养分循环速率。     

古尔班通古特沙漠南缘3种生活型草本植物生物量分配及相关生长关系

为了解古尔班通古特沙漠不同生活型草本植物的生物量分配特征,通过取样调查当地34种草本植物的生物量研究表明：（1）采集到的每个物种样本的总生物量大多小于4 g,其中多数个体（大于80%）的地上与地下生物量分别在2和0.5 g以内,根冠比主要集中在0.25以内;（2）类短命植物向地下部分分配较多生物量,根冠比较大,集中分布在1.67左右;短命和一年生长营养期草本向地下部分配的生物量远小于类短命植物,两者的根冠比较小,主要集中在0.15左右;（3）短命植物地下与地上部生物量间为等速生长关系,而类短命植物和一年生长营养期草本植物地下与地上生物量间为异速生长关系,其中类短命植物随个体增大向地下部分配生物量的比例增多,而一年生长营养期草本则相反。综上所述,短命、类短命和一年生长营养期草本植物地下与地上生物量间具有不同的分配特征,与各自独特的生活史特征相一致。     

四种一年生荒漠植物构件形态与生物量间的异速生长关系

1年生草本植物是古尔班通古特沙漠夏秋季节草本层片的主要组成部分。选择4种藜科1年生草本植物(刺沙蓬、沙蓬、角果藜和对节刺)作为研究对象,对比分析了各物种构件形态特征、生物量分配以及它们之间的异速生长关系。结果表明:沙蓬个体最大,其次为刺沙蓬,角果藜和对节刺个体最小;对节刺具有最大的根冠比(R/S),其次是刺沙蓬,沙蓬和角果藜R/S最小。4种植物构件形态与生物量间均呈显著正相关,表现出强烈的协同变化趋势。R/S与绝大部分指标间呈显著负相关,表明随个体增大地下生物量分配比例逐渐减小。4种植物各构件形态、地上及地下生物量间大部分呈指数1.0的异速生长关系,但各物种间的异速生长指数绝大部分无显著差异且具有共同的异速生长指数。研究表明:尽管物种不同、个体大小迥异,但4种1年生植物构件特征间多具有相同的生长速率和协同变化特征,体现了1年生植物这一生活型内的不同物种对干旱荒漠环境的趋同适应。     

浮游生物异速生长关系研究进展

生物个体的生物学特征(新陈代谢速率等)与个体大小(体积和生物量等)的依赖性关系称为异速生长关系, 这种关系经过尺度转换之后, 还影响着种群、群落和生态系统等。海洋环境较为复杂, 浮游生物的代谢速率不仅受到个体大小影响, 同时光照、温度和营养物质也是重要的影响因素, 因此3/4 规律只有在理想环境状况下才能实现。对于大多数浮游生物来讲, 其尺度因子并非单一的, 存在着多元尺度指数。由于单一和多元尺度指数都忽略了环境温度的影响, 生态学代谢理论在考虑个体大小的基础上, 加上温度这个参数后能够解释不同层次的生态学过程。在综述了异速生长关系发展历史的基础上, 着重探讨了该关系在浮游生物中的研究进展。     

古尔班通古特沙漠固定沙丘上白梭梭和梭梭的空间分布及种间关联性

为了探讨沙漠中固沙灌木种群共存和演替机制, 本文基于古尔班通古特沙漠东南缘固定沙丘上白梭梭(Haloxylon persicum)和梭梭(H. ammodendron)种群的地理位置和生长发育阶段信息(幼株、营养株、生殖株和死株), 采用点格局分析方法(g(r)函数)及Monte-Carlo随机模拟检验和零模型选取的方法, 分析了固沙灌木白梭梭和梭梭种群不同生长发育阶段在0-20 m尺度内的空间分布格局及种间关联性。结果表明: (1)两个种群在研究尺度范围内呈聚集分布, 随着尺度的增大, 其聚集强度逐渐减弱; (2)两个种群整体上呈负关联关系, 尺度越大负关联关系越显著; (3)白梭梭种群生长发育阶段相差越大, 个体间正关联关系越显著; 梭梭种群生长发育阶段越接近, 个体间正关联关系越显著; (4)两个种群中龄级较大的个体(如营养株、生殖株和死株)会对对方种群中龄级较小的幼株产生一定的抑制作用; 同时, 随着两个种群中个体的成长, 双方受到的抑制作用逐渐减弱, 主要表现为正关联和无关联。总体而言, 古尔班通古特沙漠固定沙丘白梭梭和梭梭种群的分布格局整体上为聚集分布, 随龄级增加聚集性减弱, 受生境异质性和扩散限制的影响明显。种间关系多为负相关, 种内不同生长发育阶段之间均为正关联关系。     

鄂尔多斯草地退化过程中个体分布格局与土壤元素异质性

应用复合个体-距离法分析了鄂尔多斯草地退化过程中多种群和优势种个体分布格局,应用统计方法分析了土壤有机碳和氮元素的异质化过程。结果表明：在鄂尔多斯草地退化过程中,多种群和优势种个体分布格局大多表现出不同尺度下的随机分布和聚集分布,但多种群的个体分布格局在本氏针茅(Stipa bungeana) 油蒿(Artemisia ordosica)群落中出现均匀分布;优势种油蒿和牛心朴子(Cymanchum komarovii)在油蒿 牛心朴子群落中均出现了均匀分布。土壤元素在单一优势种群落中存在不同程度的异质性,油蒿群落中异质化程度最强;在共优势种本氏针茅 油蒿群落中,出现了土壤元素相对均质化,油蒿 牛心朴子群落中,异质化程度相对减弱。由于对土壤水分和养分的竞争,使共优势种群落出现植物的均匀分布,土壤元素相对均质化。土壤元素先后异质化过程首先表现为土壤有机质的异质化过程,然后才表现为土壤氮的异质化过程。土壤元素先后异质化过程表明异质化过程首先表现为植被异质化,植被的异质化导致土壤某些元素的异质化。     

基于白刺个体大小的生态化学计量模型

生态化学计量的提出为认识C、N、P耦合循环特征、驱动力及机制等提供了新方法,但植物在生长过程中的生态化学计量变化尚缺乏相关报道。本研究以唐古特白刺为对象,通过对白刺分株2017年当年生枝、2年生枝、大于2年生枝、叶、根和压条生物量及营养元素的测定,拟合了基于构件大小的元素总量,并推导了白刺各构件及整株依赖于个体大小的生态化学计量模型。结果表明: 推导模型能够反映植物在生长过程中的生态化学计量动态,老枝和压条均具有较高的N∶P与C∶P,叶、当年生枝和根均具有较低的N∶P与C∶P,白刺整株3种元素含量在生长过程中的累积速率为P>N>C。本研究结果符合现有的生长速率假说和异速生长理论,同时也可从侧面印证养分重吸收现象,该方法可作为分析植物生长过程中元素计量动态特征的一种有效途径。     

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。     

森林自然更新过程中地上氮贮量与生物量异速生长的关系

研究植物氮贮量与生物量(M)之间的异速生长关系对于开展生态系统碳收支和氮循环研究具有重要意义。目前大量对氮贮量与生物量关系的研究主要集中在个体水平,对于群落水平的氮贮量和生物量之间的异速生长关系,以及群落自然更新过程如何影响该关系仍有待深入研究。利用3种森林类型皆伐后20多年自然更新过程中氮贮量和生物量的数据,采用简化主轴回归方法(reduced major axis,RMA)对不同自然更新阶段的森林氮贮量和生物量之间的异速生长指数和常数进行比较。结果表明:在不同的更新阶段,3种森林类型的植物氮贮量和生物量之间的异速生长指数均接近于1.0(即N∝M0.91-1.07)。异速生长常数随更新时间的增加而逐渐降低,导致3种森林类型整体上氮贮量正比于生物量的0.85次幂。异速生长常数的降低可能是由于在更新过程中叶生物量占整体生物量的比例逐渐下降,导致其对N吸收的生态化学计量制约所造成。     

鼎湖山季风常绿阔叶林黄果厚壳桂群落植物元素含量特征

研究鼎湖山南亚热带季风常绿阔叶林黄果厚壳桂群落元素含量特征 ,分析了其中 9个种不同器官的 6种元素含量 ,结果表明 :1 )群落中植物不同器官的元素含量大小为 ,N:叶 >皮 >根 >枝 >茎 ,P:叶 >枝、皮 >根 >茎 ,K:叶 >皮 >枝 >根 >茎 ,Ca:皮 >叶 >枝 >根 >,Mg:叶 >皮 >根 >枝 >茎。 2 )椎栗、黄果厚壳桂、鼎湖钓樟和双盖蕨是群落中含 N量较高的种 ;椎栗、云南银柴和双盖蕨含 P量较高 ;各个种的含 K量相似。 3)养分含量表现出一定的层次性差异 ,上层种叶子含 P量高于下层种 ,但含 K量区别不显著。上层种茎 N、P、K含量显著低于下层种。黄果厚壳桂种群 ,其不同层次个体养分含量没有统计上的显著差异 ,但下层个体茎养分高 ,上层个体茎养分低。 4)群落不同元素间具有许多显著相关的元素对 ,其中 N与其它元素的相关性最大 ,其次是 Mg、P,再次是 K,而 Na不与其它任何元素相关 ,Ca相关性很少。从器官角度看 ,茎所含相关元素对最多 ,而枝、皮最少。     

古尔班通古特沙漠水热梯度变化对短命植物生态化学计量特征影响

以古尔班通古特沙漠2种优势短命植物尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrhinchum M. Bieb.)和东方旱麦草(Eremopyrum orientale (L.) Jaubert & Spach)为研究对象,通过盆栽控制实验,设定2个温度梯度以及3个水分梯度,对它们在不同温、湿度处理下的C、N、P含量及其化学计量比的变化特点进行分析。结果显示：(1)温度显著影响尖喙牻牛儿苗的N、P、C∶P、N∶P以及东方旱麦草的C、N、P、C∶N、N∶P;水分显著影响2种短命植物的N、P、C∶N、C∶P以及东方旱麦草的N∶P,其中N含量随温度的变化符合温度-生物地球化学假说,而P含量随温度的变化符合温度-植物生理假说。(2)温度和水分的交互作用对2种植物的影响表现为：在高温处理时,随着水分梯度的增加,2种植物的N、P含量先升高再下降,C∶N、C∶P、N∶P先下降再升高;在低温处理时,尖喙牻牛儿苗的N、P含量变化与水分梯度呈反比,C∶P变化与水分梯度呈正比,而东方旱麦草化学计量变化差异不显著。(3)相关性分析结果表明,温度和水分显著影响2种短命植物各元素之间的相关关系,植物的生长速率和养分限制情况受营养元素的主导调控也随之变化。     

陆地生态系统植被氮磷化学计量研究进展

因化学功能的耦合和元素的不可替代性, 植物对N、P的需求和利用存在严格的比例。植物N、P化学计量在不同功能群、生长地区、生长季、器官之间以及环境梯度下存在明显的变化规律。多数研究从N、P浓度、N:P及N、P间异速指数等角度分析了植物化学计量变化规律, 并探讨其在全球范围内的具体数值。为增进对植物响应全球变化的理解, 该文综述了N、P化学计量的影响因素及其机理的最新研究进展, 并指出未来拟重点研究的方向。     

植物的表型可塑性、异速生长及其入侵能力

表型可塑性是指同一个基因型对不同环境响应产生不同表型的特性,特定性状的可塑性本身可以遗传,也可以接受选择而发生进化。植物个体的异速生长是指生物体某一特征的相对生长速率不等于第二种特征的相对生长速率的特性,该特性是由物种的遗传性决定的一种固定特征,植物往往朝着最佳的异速生长曲线进化。植物特定基因型在不同环境下,诸如生物量分配和种群几何学上的一些表型差异,既可由异速生长造成,也可由表型可塑性造成。植物本身的异速生长是一种"外观可塑性",而异速生长曲线的改变才是真正的可塑性。植物的表型可塑性、异速生长对于入侵植物的适应具有重要意义。干扰等异质性生境下表型可塑性成为物种生存扩散的有利性状,表型可塑性强的物种更有可能成为广布种。植物本身的异速生长特性或其异速生长曲线的改变都能影响其入侵能力。     

短命植物分布与沙垄表层土壤水分的关系——以古尔班通古特沙漠为例

于2002年3月至2002年8月,对古尔班通古特沙漠南部短命植物分布和沙垄表层30cm厚土壤水分间的关系进行了系统监测和研究．结果表明,早春表层土壤水分在个体沙丘表面的分异直接影响到短命植物的分布．4月下旬,垄间、两坡和垄顶土壤含水率依次为4．62％、3．98％和2．01％,相应的短命植物平均盖度于5月中上旬依次为51．8％、38．2％和4．4％．5月中旬后,短命植物的分布又改变了表层土壤水分分布,上述各地貌部位的土壤含水率依次为1．0096、1．9096和2．45％,形成垄顶最高、两坡次之、垄间最差的新的空间分布格局。     

增加降水对荒漠短命植物当年牧草生长及群落结构的影响

通过模拟降水增加试验研究了古尔班通古特荒漠常见短命植物盖度、密度及产量对水分输入量增加的响应.结果表明:尖喙牻牛儿苗、弯果胡卢巴、角果藜、琉苞菊、条叶庭芥及囊果苔草6种牧草生物量总和占总生物量的60%以上,是荒漠草原的优势牧草植物;供水量增加显著促进了角果藜、尖喙牻牛儿苗、弯果胡卢巴、条叶庭芥和琉苞菊5种牧草植物的个体生长;在自然降水的基础上,增加40mm和80mm供水使这5种植物生物产量比对照增加86%～230%.供水增加后,6种重要牧草对整个群落的生物贡献比例发生很大变化,只有角果藜和尖喙牻牛儿苗的贡献比例规律性增加,分别比对照增加了58%和11%,表明2种植物对供水增加的环境变化适应能力强;供水量增加促进了弯果胡芦巴、尖喙牻牛儿苗和角果藜3种植物N、P和K养分的吸收量;与此同时,供水量增加也显著提高了荒漠短命植物的密度和盖度.在降水增加的背景下,古尔班通古特沙漠南缘荒漠短命植物群落结构发生改变,植被盖度和群落净初级生产力提高,这对于防风固沙、稳定沙面,增加荒漠草原载畜能力有着积极的意义.     

无牧草原生态系统营养元素的生物地球化学特征

以内蒙古锡林河流域的两种优势草原群落羊草草原和大针茅草原为研究对象,探讨了中纬度地区未放牧情况下的草原生态系统植物营养元素的生物地球化学特征．结果表明,两类草原群落土壤-植物系统中土壤分室N、P、K、S、Ca、Mg、Si的贮量远大于植物亚系统的贮量,地上活体和枯草分室的各元素贮量小于根分室．在两类草原群落中,N、P、K、S从枯草分室中消失的速率要大于Ca、Mg和Si．羊草草原的枯草分室元素流失量大于大针茅草原．研究区草原生态系统中,羊革草原物质的生物地球化学循环近于平衡状态,大针茅草原处于失衡状态．物质循环量羊草草原远大于大针茅草原．