民勤荒漠区主要灌木叶片C、N、P化学计量特征的季节变化

为探究不同灌木叶片C、N、P化学计量特征季节变化规律,揭示荒漠植物对环境的适应策略,以民勤荒漠区4种主要灌木梭梭、沙拐枣、唐古特白刺、柠条锦鸡儿为研究对象,分析不同荒漠植物在生长季内叶片的C、N、P含量及其计量比变化特征。结果表明:(1)沙拐枣、柠条锦鸡儿叶片C含量显著高于唐古特白刺、梭梭(P<0.05),且唐古特白刺显著高于梭梭,沙拐枣与柠条锦鸡儿差异不显著;唐古特白刺叶片N含量显著高于其他3种植物叶片;唐古特白刺叶片P含量最高,并显著高于柠条锦鸡儿,但两者均与梭梭和沙拐枣差异不显著。(2)4种荒漠植物叶片C、N、P含量及其计量比各指标在生长季节内的变异系数表现为:P(28.34%)>C∶P(24.70%)>N∶P(19.07%)>N(17.49%)>C∶N(16.89%)>C(2.91%)。(3)C含量与N、P含量呈不显著正相关关系;除沙拐枣,其他叶片N含量与P含量呈显著正相关关系,4种荒漠植物叶片N∶P值的变化主要由P含量变化决定。(4)植物叶片C、N、C∶N、C∶P和N∶P含量的变异主要受植物种类影响,植物叶片P含量的变异主要受生长季节影响。研究发现,民勤荒漠4种灌木植物叶片C、N、P含量及C∶N、C∶P和N∶P在生长季内因物种而不同,它们在生长季内变异系数在植物种之间也存在差异。     

亚热带湿地松叶片多元素化学计量与养分回收对氮添加的短期响应

在我国南方亚热带湿地松人工林设置了3个水平的野外氮添加控制试验(0、40、120 kg N·hm^-2·a^-1),于2014和2015年生长季高峰期(7月底)和末期(10月底)采集湿地松成熟绿叶和落叶,分析外源氮添加对湿地松叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、铝(Al)、铁(Fe)、锰(Mn)9种元素浓度及其养分回收的影响.结果表明: N添加显著增加了湿地松绿叶中N、Al、Mn浓度,降低了P和2014年的Ca浓度,而对C、K、Mg、Fe 浓度无显著影响.N添加显著提高了绿叶N/P,且该比值及绿叶养分浓度(N、P、Mn)对N添加的响应依赖于N的剂量(高N条件下响应更强).N添加显著降低了2015年N的回收效率,提高了2014年K的回收效率.相比于养分回收效率,回收能力对增加的可利用氮响应更强.N添加显著降低了N的回收能力,提高了P、K的回收能力,降低了枯叶中的Fe浓度,而对枯叶中Ca、Mg、Al、Mn浓度无显著影响.这表明,N添加对叶片化学计量的影响因不同元素而异,植物会通过调整自身的养分内循环(养分回收)来应对环境变化.N添加提高了绿叶N/P和K/P,说明氮添加条件下植物生长可能由N、P共同限制转变为P限制.氮添加增加了绿叶中Al、Mn浓度,表明N添加下湿地松面临潜在的金属离子毒性风险升高.     

中国四种森林类型主要优势植物的C∶N∶P化学计量学特征

为了评价不同森林类型的生态化学计量特征的差异,以吉林长白山温带针阔混交林、广东鼎湖山亚热带常绿阔叶林、云南西双版纳热带季雨林和江西千烟洲亚热带人工针叶林为研究对象,通过对2007年4月-2008年5月4种典型区域森林植物叶片和凋落物的碳(C)氮(N)磷(P)元素质量比与N、P再吸收率的分析,探讨了4种森林类型N、P养分限制和N、P养分再吸收的内在联系.结果表明:1)从森林类型上看,温带针阔混交林叶片的C∶N∶P为321∶13∶1,亚热带常绿阔叶林叶片的C∶N∶P为561∶22∶1,热带季雨林叶片的C∶N∶P为442∶19∶1,亚热带人工针叶林叶片的C∶N∶P为728∶18∶1;凋落物的C∶N∶P也是亚热带人工林最高,达1950∶27∶1,温带针阔混交林的最低,为552∶14∶1,热带季雨林的为723∶24∶1,亚热带常绿阔叶林的为1305∶35∶1,不同森林类型凋落物的C∶N∶P的计量大小关系与叶片的结果一致;2)从植物生活型上看,常绿针叶林叶片的C∶N均显著高于常绿阔叶林及落叶阔叶林;叶片C∶P与森林类型的关系并不十分密切;常绿阔叶林叶片的N∶P最高,常绿针叶林次之,落叶阔叶林最低;3)植物叶片的N∶P与月平均气温有显著的负相关关系,但叶片的C∶P基本不受月平均气温影响,叶片的C、N、P计量比与降水的线性关系不显著;4)高纬度地区的植物更易受N元素限制,而低纬度地区植物更易受P元素的限制;但受N或P限制的植物并不一定具有高的N或P再吸收率.研究结果表明,不同类型森林的叶片与凋落物的化学计量特征具有一致性,但是环境因子对不同类型植物化学计量比的影响并不相同.     

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。     

氮磷供给对荒漠草原土壤和白草C∶N∶P化学计量特征的影响

大气氮(N)沉降增加是全球变化的一个重要方面。长期N沉降增加会提高生态系统N:磷(P)比,导致系统P限制增加以及植物P需求增强。该试验通过对白草(Pennisetum centrasiaticum)设立的N∶P供给(在统一施用N10.0g·m~(-2)·a~(-1)的基础上,通过改变P施用量,形成6个N∶P处理水平)盆栽控制试验,研究了连续2年(2013~2014年)N∶P供给处理对土壤和白草碳(C)∶N∶P化学计量特征的影响,并分析了C∶N∶P化学计量特征对白草生长和养分利用的指示意义。结果显示:(1)降低N∶P供给(提高P施用量)能够显著降低土壤和白草的C∶P和N∶P,缓解白草生长的P受限性,从而促进白草的生物量积累。(2)随着N∶P供给进一步降低,土壤N受限性增加。(3)白草通过提高其枯叶N回收能力,减少对土壤N库的依赖,反映了白草对N受限环境的弹性适应。研究表明,人为适当的添加P能够通过调节土壤和植物C、N、P计量平衡关系,减轻土壤和植物间P的供需压力,从而缓解N添加引起的荒漠草原P受限性增强。该研究结果可为N沉降增加背景下脆弱生态系统的适应性管理提供科学指导。     

海南不同生活型植物叶片和根系C、N、P化学计量特征

为了解热带地区植物的营养元素利用策略,对海南3个生活型的9种植物的叶片和根系碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及化学计量比进行分析,包括车前(Plantago asiatica)、蒭雷草(Thuarea involuta)、木耳菜(Psidium guajava)、桑(Morus alba)、臭黄荆(Premnaligustroides)、彩叶朱槿(Hibiscusrosa-sinensis)和厚叶榕(Ficusmicrocarpavar.crassifolia)、海岸桐(Guettarda speciosa)和番石榴(Psidium guajava)。结果表明,不同生活型间的元素含量和化学计量比没有显著差异;叶片C、N、P含量高于根系,叶片的C、N含量与根系的呈显著正相关,P含量与根系的呈显著负相关。C∶P与N∶P低于全国和全球尺度,说明该地区植物具有较高的生长速率。小于14的N∶P表明海南热带植物的生长主要受N限制。这揭示了海南热带植物不同生活型的营养元素利用策略相似,虽然受N限制,海南的植物仍具有较高的N、P固持能力和生长速率。     

兰州市南山和北山3种乔木叶片生态化学计量特征的对比研究

叶片生态化学计量是了解生物地球化学循环的窗口,也是认识植物的生长状况及生态适应性的关键,研究人工林叶片生态化学计量特征对进一步优化生态工程建设具有重要意义。为揭示兰州市南北两山主要绿化树种侧柏、圆柏和云杉环境适应性的异同,对其叶片生态化学计量特征进行了对比研究。结果显示:云杉、圆柏叶片C含量(496.02、497.64 g/kg)显著高于侧柏叶片(484.12 g/kg),侧柏叶片N、P含量(17.70、1.66 g/kg)均显著高于圆柏(14.04、1.42 g/kg)和云杉(15.62、1.40 g/kg)。C、N、P的变异系数均为圆柏<侧柏<云杉;云杉、圆柏叶片C∶N (33.32、35.42)、C∶P (389.57、360.52)显著高于侧柏叶片(28.17、306.07),云杉叶片N∶P (11.88)显著高于圆柏叶片(10.20)和侧柏叶片(10.98)。C∶N、C∶P、N∶P的变异系数均为圆柏<侧柏<云杉;侧柏和云杉叶片N含量与P含量正相关、与C∶N、C∶P负相关,而3种乔木叶片P含量与C∶P、N∶P负相关(且C∶P与N∶P正相关)。圆柏叶片C含量与N含量正相关,侧柏叶片C含量与N含量负相关但与叶片C∶N、C∶P正相关,侧柏和云杉叶片C∶N与C∶P正相关。冗余分析表明,SOC∶STN是影响3种乔木叶片化学计量的主导因子,圆柏叶片C、侧柏叶片P与SOC正相关,3种乔木叶片N都与SOC、SOC∶STN和SOC∶STP正相关;云杉叶片N,侧柏、云杉叶片P和STP负相关,而STP与侧柏叶片C∶P、N∶P及云杉叶片C∶N正相关;3种乔木叶片C∶N与SOC∶STN、SOC∶STP负相关。研究结果表明:面对养分贫瘠的土壤环境,3种乔木叶片生态化学计量的适应策略有所不同,其中云杉和圆柏采取防御策略,而侧柏采取竞争倾向策略。虽然云杉是兰州市较适宜的造林树种,但其生长与其他两种乔木一样,都受N元素的限制。     

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。     

沙化程度和林龄对湿地松叶片及林下土壤C、N、P化学计量特征影响

为阐明沙化程度和林龄对湿地松(Pinus elliottii)叶片及林下土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征影响,探讨C、N、P化学计量比对沙山植被恢复的指示意义,在鄱阳湖多宝沙山沿沙化梯度测定了不同林龄湿地松叶片及林下土壤C、N、P含量。结果表明:1)在叶片C、N、P及其化学计量比中叶N与C∶N对沙化程度和林龄变化反应最为敏感。对于轻度与中度沙化区的5年生与10年生湿地松林,林龄、林龄与沙化程度的交互作用均对叶N及C∶N产生显著影响;对于中度与重度沙化区的2年生和10年生湿地松林,林龄和沙化程度均显著影响叶N与C∶N。2)叶片与土壤二者C、N、P及化学计量比对沙化程度与林龄变化的响应不完全一致。林龄、林龄与沙化程度的交互作用对轻度与中度沙化区5年生和10年生湿地松林土壤全N有显著影响;对于中度与重度沙化区2年生和10年生湿地松林,仅沙化程度对土壤全磷以及林龄对土壤有机碳影响显著。3)10年生湿地松叶片N∶P平均值为20.63,10年生以下湿地松叶片N∶P平均值为15.61,随着林龄的增加,湿地松生长由N、P共同限制逐渐转向更受P的限制。     

湘潭锰矿栾树叶片和土壤N、P化学计量特征

湘潭锰矿区废弃地是一个典型的退化生态系统,针对矿区废弃地植被恢复中3个不同林龄的栾树林(3年生、5年生和9年生),测定了林木叶片以及相应土壤的N、P含量,综合分析了不同林龄土壤和林木叶片的化学计量特征。结果表明,随着年龄的增长土壤中N含量呈递增趋势,而P含量为递减趋势,在3个林龄中均表现出显著性差异;3个林龄叶片的N、P含量以及N∶P比值差异显著,N、P含量在年龄增长梯度上表现为降低,而N∶P比值却表现为升高;3个林龄叶片中N含量与N∶P比值之间表现出显著正相关,而P含量与N∶P比值之间却为显著负相关关系;土壤中N、P含量与叶片N∶P比值之间分别存在显著正相关和负相关关系。通过对3个林龄叶片和土壤N、P含量及化学计量特征研究,发现P很有可能成为湘潭锰矿退化生态系统植被恢复过程中植物生长的限制性因子。研究结果可为矿区废弃地植被恢复和经营管理以及森林可持续发展提供科学依据。