青藏高原区域不同功能群植物氮磷生态化学计量学特征

生态化学计量学为揭示植物养分利用状况及植物对环境的适应策略提供了重要手段,研究不同功能群植物在区域尺度生态化学计量学特征中所产生的贡献,有助于揭示区域尺度植物元素特征的形成机制。已有研究多是从不同功能群植物元素生态化学计量学特征的比较上进行分析,未能对每种功能群植物元素含量随地理因子和气候因子的变化规律展开探讨。基于生态化学计量学理论,对青藏高原区域不同功能群植物(豆科、禾本科、莎草科、杂类草)叶片水平N、P元素含量随纬度、海拔、年降水量、年均温度的变化规律展开研究,探讨不同植物功能群在区域尺度植物生态化学计量学特征中所产生的贡献,尝试从植物功能群角度揭示青藏高原高寒区域N、P元素含量特征的形成机制。结果显示,1)不同功能群植物叶片元素含量差异显著,豆科植物N、P元素含量最高,禾本科植物N、P含量最低,N/P比值在不同功能群间差异不显著;2)随纬度变化,莎草科植物P元素及杂类草N元素含量变化显著;随海拔变化,豆科、禾本科植物及杂类草叶片N元素含量变化较为显著;随年降水量和年均温度的变化,杂类草和莎草科植物叶片N、P含量变化显著;3)莎草科植物N、P含量对纬度和降水的响应趋势与区域内所有植物叶片N、P含量对纬度和降水的响应趋势一致,豆科、禾本科及杂类草植物叶片元素含量对海拔和温度的响应趋势与区域内所有植物叶片元素平均含量对海拔和温度的响应趋势一致。研究表明,不同功能群植物元素特征对环境因子的响应不同,植物功能群组成对区域尺度植物生态化学计量学特征有重要作用,但在较大的植物结构层次上(如植物群落、生态系统、区域或全球尺度等),不同功能群植物之间的相互组合会抵消或掩盖掉某一类群的特性,从而对区域尺度植物元素特征的变化规律产生影响。     

生态系统碳氮磷元素的生态化学计量学特征

生态系统元素平衡是当前全球变化生态学和生物地球化学循环的研究热点和焦点.在系统介绍生态化学计量学与碳氮磷元素循环研究进展的基础上,重点从土壤C:N:P化学计量比的分布特征、指示作用、对碳固定的影响,以及人类活动对C:N:P比的影响等方面探讨了C:N:P比在养分限制、生物地球化学循环、森林演替与退化等领域中的应用等问题,并展望了生态系统碳氮磷平衡的元素化学计量学未来研究的发展方向.通过对生态化学计量学理论和方法的研究,可以深入认识植物-凋落物-土壤相互作用的养分调控因素,对于揭示碳氮磷元素之间的相互作用及平衡制约关系,为减缓温室效应提供新思路和理论依据,具有重要的现实意义.     

青藏高原高寒草原生态系统土壤氮磷比的分布特征

采用野外调查和室内分析相结合的方法,研究了青藏高原高寒草原生态系统土壤N/P的分布特征.结果表明: 青藏高原高寒草原生态系统土壤N/P总体上呈现出西高东低、斑块状交错分布的格局,N/P的高值区主要集中在藏北高原腹地和喜马拉雅北麓湖盆区,不同草地类型和不同自然地带土壤N/P差异显著.不同草地类型土壤N/P自上而下可分为低 高 低 高型、低-高-低型、低-高型、高-低-高-低型和高-低-高型等5个类型,表土层与底土层N/P差异显著.土壤N/P与0～20 cm土壤容重、20～30 cm土壤含水量、速效钾、全氮含量显著正相关,与20~30 cm土壤容重、土壤速效磷和全磷含量显著负相关.     

内蒙古草地叶片磷含量与土壤有效磷的关系

植物体内特别是叶片的P含量特征及其与环境的关系一直是植物生理生态学研究的一个热点。已有研究发现, 与全球植物数据相比, 中国植物叶片的P含量相对较低, 导致N/P高于全球平均水平, 并推测这是由于中国土壤全P含量较低引起的。该研究选取内蒙古草地来验证这一假设, 分析了36个样地57种优势植物叶片的P含量与土壤全P和有效P含量的关系。主要结果如下: 内蒙古草地叶片P含量较低而N/P较高, 与之前的研究结论一致; 在种群、样地和物种3个水平上, 叶片P含量、N/P与土壤P含量都没有显著的相关关系, 尽管土壤有效P含量的解释力高于土壤全P; 另一方面, 内蒙古草地土壤的有效P含量与全国土壤普查的结果接近, 高于美国及澳大利亚的平均值, 但低于世界土壤信息库里报道的全球土壤有效P平均值。鉴于内蒙古草地土壤的全P和有效P含量都不能准确反映叶片P含量, 且土壤的有效P含量也并不明显低于世界其他地区, 因此植物叶片P含量低、N/P高是由于土壤P含量低引起的这一假设在内蒙古草地不成立, 而且叶片P含量也与土壤P的可利用性无关。     

青藏高原高寒草地和内蒙古高原温带草地主要双子叶植物叶片解剖特征的比较研究

青藏高原高寒草地和内蒙古高原温带草地同属中国地带性的草地类型.然而,主导它们的环境因子有所不同.前者主要受生长季低温的影响,后者主要受干旱的影响.发育在这两类草地上的植物,在解剖特征上有何共性和差异,目前少有报道,但却是理解植物适应环境的关键所在.本文通过对青藏高原高寒草地和内蒙古高原温带草地71个样地65种双子叶植物叶片解剖特征的研究,对比分析了不同科、属及不同生活型植物叶片对干旱环境以及高寒环境的适应特征,探讨了叶片总厚度、上表皮和下表皮厚度、叶肉组织厚度、叶肉细胞密度、叶肉细胞表面积和体积等多个解剖特征之间的关系以及气候因子(生长季温度、降水)对它们的影响.结果表明:(1)总体上看,青藏高原与内蒙古高原草地植物的叶片解剖特征存在显著差异,除叶肉细胞密度外,青藏高原高寒草地植物的叶片各组成部分厚度、叶肉细胞表面积和体积均大于内蒙古高原温带草地植物;(2)同一科属植物的叶片解剖特征在两地存在显著差异,并显示出与所有物种总体分析一致的规律;(3)在调查范围内,两地草本植物除叶肉细胞密度外,叶片各组成部分厚度以及叶肉细胞表面积、体积均显著大于木本植物;(4)叶片的各解剖指标间存在显著的协同变化:叶片总厚度,上、下表皮厚度,叶肉细胞厚度,叶肉细胞表面积和体积之间均呈显著正相关,而叶肉细胞密度与这些指标显著负相关;(5)总体上看,青藏高原和内蒙古高原草地植物叶片的解剖特征与生长季温度的关系比与生长季降水密切.因此,尽管青藏高原高寒草地和内蒙古高原温带草地在外貌上有趋同性,但叶片解剖结构有着显著差异,这可能是由于植物对环境的适应进化及(或)环境的筛选作用共同作用的结果.     

青藏高原高寒草地群落叶片功能性状对降水的非线性响应

群落叶片功能性状受到外界环境和自身发育的共同影响,其响应特征和过程的研究有助于了解环境胁迫下植物的适应策略,以应对全球变化下的生物多样性和生态系统功能丧失。通过对青藏高原高寒草地115个样点的调查取样,测定群落叶片碳、氮和磷含量(LC、LN和LP)及干物质量(LDMC)4种能够反映植物生存策略的叶片功能性状,以物种相对多度为基础计算群落加权平均值(CWM)。结合降水量、气温和土壤因子,探索高寒草地群落叶片功能性状响应机制。结果表明：(1)降水量对群落叶片功能性状影响显著(P<0.01),而温度对群落叶片功能性状影响不显著(P>0.05);(2)土壤全氮和有机碳对CWM＿LC、CWM＿LN、CWM＿LP和CWM＿LDMC影响显著(P<0.01),且除CWM＿LDMC外,其余性状均表现为非线性响应,呈先下降后上升趋势;(3)土壤含水量和容重对CWM＿LC、CWM＿LN、CWM＿LP和CWM＿LDMC影响显著(P<0.05),且土壤含水量对各性状的影响为非线性,呈先下降后上升趋势。该研究说明水分是青藏高原高寒草地群落叶片功能性状的主要影响因子,高寒草地对恶劣环境的适应...     

氮磷硅添加对青藏高原高寒草甸垂穗披碱草叶片碳氮磷的影响

以甘南高寒草甸常见牧草垂穗披碱草(Elymus nutans)为研究对象,比较不同氮磷硅添加下,垂穗披碱草叶片对元素添加的反应。研究发现:氮添加显著提高土壤中硝态氮和铵态氮的含量;磷添加提高了土壤中全磷和速效磷的含量;高浓度的硅单独、硅与氮或磷混合可提高土壤中硝态氮的含量或全磷和速效磷的含量;氮和磷单独添加分别能提高垂穗披碱草叶片全氮和全磷含量,高浓度的硅单独、硅与氮或磷混合添加都能提高垂穗披碱草叶片全氮和全磷的含量。就硅元素而言,高浓度的硅添加,硅与氮或磷混合添加能提高土壤硝态氮、全磷和速效磷的含量,促进垂穗披碱草对土壤中氮磷的吸收,从而使植物叶片中氮磷的含量增加。     

氮肥添加对青藏高原高寒草甸6个群落优势种生态化学计量学特征的影响

以青藏高原高寒草甸为研究对象, 通过人工氮肥添加试验, 研究6个群落优势种在不同施氮(N)水平下叶片碳(C)、N、磷(P)元素含量的变化以及生态化学计量学特征。结果表明: 自然条件下, 6个物种叶片N、P质量浓度存在显著的差异, 表现为: 黄花棘豆(Oxytropis ochrocephala)最高, 为24.5和2.51 g·kg^-1, 其叶片N含量低于而P含量高于我国其他草地的豆科植物; 其余5个物种叶片N、P质量浓度分别为11.5-18.1和1.49-1.72 g·kg^-1, 嵩草(Kobresia myosuroides)叶片N含量最低, 垂穗披碱草(Elymus nutans)叶片P含量最低, 与我国其他区域的研究结果相比, 其叶片N和P含量均低于我国其他草地非豆科植物。随氮素添加量的增大, 6种群落优势种叶片的C和P含量保持不变; 其他5种植物叶片N含量显著增加, 黄花棘豆叶片N含量保持不变。未添加氮肥时, 6种植物叶片N:P为7.3-11.2, 说明该区植物生长更多地受N限制。随N添加量的增加, 除黄花棘豆外, 其他5种植物叶片N:P大于16, 表现为植物生长受P限制。综合研究表明, 青藏草原高寒草甸植物叶片N含量较低, 植物受N影响显著, 但不同物种对N的添加反应不同, 豆科植物黄花棘豆叶片对N添加不敏感, 其他5个物种叶片全N含量随着N添加量的升高而增加, 该研究结果可为高寒草甸科学施肥提供理论依据。     

青藏高原筑路取土迹地恢复植物群落与土壤的碳氮磷化学计量特征

恢复筑路取土迹地植物群落是青藏高原退化高寒草地恢复的重要组分,而生态化学计量是揭示退化草地自然恢复过程中土壤和植物间养分互作的重要方法。通过调查青藏公路筑路取土迹地自然恢复群落和天然群落内植物和土壤C、N、P的含量及其比值,研究了恢复群落和天然群落的C、N、P生态化学计量特征。结果表明:经历18a自然恢复后,不同地点筑路取土迹地均已逐步实现植物群落的定居,但其恢复程度存在明显差异。恢复群落植物叶片N含量高于天然群落,导致其叶片C∶N较低,表明恢复群落植物的N利用效率较低,N含量较高的模式主要原因可能是豆科植物比例较高和土壤有效N的供应较充足所致。恢复样地在0—10 cm和10—20 cm的土层内的有机碳(SOC)都显著低于天然样地,恢复样地土壤全氮(STN)仍一定程度上低于天然样地但含量较接近,恢复样地在10—20 cm土层中土壤全磷(STP)含量较高,这说明恢复群落尽管在土壤恢复方面并未达到天然群落的水平,但已得到了明显改善,土壤肥力正发生着正向的演替。叶片N含量与土壤STN相关性不显著,叶片P含量与土壤STP含量显著地正相关,表明植物叶片P含量在一定程度上受到土壤环境中全磷的影响。综合N∶P判定阈值和叶片土壤养分相关分析结果表明研究地区草地植被主要受到P元素的限制,且工程迹地草地恢复群落比天然群落容易受到P元素的限制。     

茯苓碳氮磷化学计量学特征

为探明茯苓的碳、氮、磷生态化学计量学特征,采集了云南省11个州、市42个居群的茯苓样本,分析了其菌核与表皮中碳(C)、氮(N)、磷(P)的化学计量特征.结果 表明:茯苓菌核中C、N、P的含量分别为40.24％-43.58％、0.176％-0.532％和0.020％-0.077％;C∶N、C∶P和N∶P的范围分别为93....     

亚高寒草甸植物群落种多度分布关系及相似性对氮磷添加的响应

以青藏高原亚高寒草甸为研究对象,采用随机区组设计,通过连续4a添加N、P,研究了不同施肥(N、P、N+P)处理下群落物种丰富度、种多度分布模式以及群落相似性的变化特征。结果显示:(1)N、N+P连续添加4年后,随N素添加水平的增加,草地植物群落物种丰富度逐渐降低(P0.001);种多度分布曲线的斜率逐渐增大;N+P添加处理对植物群落物种丰富度和种多度分布(SAD)曲线的影响较单独N添加处理更显著,如N15P15处理下群落物种丰富度的降幅最大,达对照群落的65.5%;(2)单一N或N+P处理中,不同添加量间的植被组成趋异,而相同添加量的植被组成趋同(stress level=0.152);(3)N、N+P添加引起刷状根的丛生型禾本科植物逐渐在植物群落中占据优势;(4)P素添加对群落物种丰富度、种多度分布曲线、群落相似性和不同生长型组成及比例的影响不显著;(5)植物生长型特征和N/P添加处理可解释56.97%植物群落的物种多度分布特征。这些结果表明:亚高寒草甸地区N添加引起植物群落组成的重新排序、优势种的变化、SAD曲线逐渐陡峭,群落的相似性增加;N富集时,添加P素会增加N素的利用效率,且群落结构受N、P供应水平的影响。     

松嫩草地80种草本植物叶片氮磷化学计量特征

以松嫩草地常见草本植物为研究对象, 分析了各生活型和功能群叶片氮磷化学计量特征。结果显示: 松嫩草地80种草本植物的叶片氮、磷质量浓度分别为(24.2 ± 0.96) mg·g ^-1和(2.0 ± 0.10) mg·g ^-1, 面积浓度分别为(13.0 ± 0.54) mg·cm ^-2和(1.0 ± 0.05) mg·cm ^-2, 氮磷比为13.0 ± 0.39, 氮磷比与叶片磷质量浓度、叶片氮、磷面积浓度有显著相关关系; 松嫩草地植物生长受到氮限制。一年生植物叶片氮、磷质量浓度和变异系数高于其他生活型, 各生活型之间氮面积浓度和氮磷比差异不显著。豆科植物叶片氮的质量浓度、面积浓度和氮磷比高于其他功能群。在不同生活型或功能群之间, 植物叶片磷的面积浓度差异不显著, 都在1.0 mg·cm ^-2左右; 适当地增加群落中豆科植物的比例, 可能有助于提高松嫩草地产量和质量。     

OPTIMUM N:P RATIOS AND COEXISTENCE OF PLANKTONIC ALGAE1

The optimum atomic ratio of N to P, the ratio at which one nutrient limitation changes over to the other, was determined in seven species of freshwater planktonic algae. The ratio varied over a wide range among species; the average for these species was 17. If the cellular nutrient ratios in marine species are comparable with those in freshwater organisms, Redfield's ratio of 15 is remarkably close to the average. Cellular N:P ratios varied over a 24-h period under a light:dark cycle. The variation of the optimum ratio between species and diel change in cellular N:P ratios within a species could play an important role in population dynamics by enhancing the probability of coexistence of species.     

Are changes in N:P ratios in coastal waters the key to increased red tide blooms?

There is mounting evidence of a global increase in nutrient levels of coastal waters through riverine and sewage inputs, and in both the numbers and frequency(as well as the species composition) of red tides. However, it is still not possible to conclude the extent to which the increase in red tides in coastal waters can be attributed to the increase in nutrient levels, since so many other factors are involved. Undoubtedly, a relationship exists between red tides and the N and P load of coastal waters, and many nutrient enrichment experiments have shown that marine phytoplankton blooms are often nutrient limited. What is now becoming clear, however, is that although in classical Liebigian terms minimum amounts can be limiting, nutrient ratios (such as N:P and Si:P) are far more important regulators. This paper reviews evidence collected by the authors from Tolo Harbour, Hong Kong together with data collected in Japanese and North European coastal waters by various authors, which indicates that both long term and relatively short term changes in the N:P ratio are accompanied by increased blooms of non-siliceous phytoplankton groups and, furthermore,that the growth of most red tide causative organisms in Hong Kong coastal water is optimized at a low N:P(atomic) ratio of between 6 and 15. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

青藏高原草地生态系统服务功能的季节动态变化

根据生态系统服务功能理论,利用RS和GIS技术,以生长季为时间单元,对青藏高原研究区草地生态系统服务功能的动态过程进行有效分析和评价.结果表明:提供生物量功能呈现上升—下降—上升的过程,在5月和9月分别出现两个高峰值,其中5月为最高峰值.影响该功能的主要因子为光合有效辐射值、水分状况和地下生物量的季节变化;碳蓄积和氧释放功能呈现上升—下降—上升的弱“N”型趋势;土壤养分保持功能也呈弱“N”型趋势,并在5月份出现最高值;草地保持土壤水分的功能在生长季内呈较强的阶段性变化,这主要与草地植物生长的季节性耗水变化规律有关.     

Leaf P increase outpaces leaf N in an Inner Mongolia grassland over 27 years

The dynamics of leaf nitrogen (N) and phosphorus (P) have been intensively explored in short-term experiments, but rarely at longer timescales. Here, we investigated leaf N : P stoichiometry over a 27-year interval in an Inner Mongolia grassland by comparing leaf N : P concentration of 2006 with that of 1979. Across 80 species, both leaf N and P increased, but the increase in leaf N lagged behind that of leaf P, leading to a significant decrease in the N : P ratio. These changes in leaf N : P stoichiometry varied among functional groups. For leaf N, grasses increased, woody species tended to increase, whereas forbs showed no change. Unlike leaf N, leaf P of grasses and forbs increased, whereas woody species showed no change. Such changes may reflect N deposition and P release induced by soil acidification over the past decades. The interannual effect of precipitation may somewhat have reduced the soil available N, leading to the more modest increase of leaf N than of leaf P. Thus, leaf N : P stoichiometry significantly responded to long-term environmental changes in this temperate steppe, but different functional groups responded differently. Our results indicate that conclusions of plant stoichiometry under short-term N fertilization should be treated with caution when extrapolating to longer timescales.