祁连山5种典型灌丛土壤生态化学计量特征

土壤C、N、P生态化学计量特征是体现生态系统变化过程的重要依据。该研究以分布于祁连山北麓中段的甘青锦鸡儿、鲜黄小檗、金露梅、鬼箭锦鸡儿、吉拉柳等5种典型灌丛群落为研究对象,通过野外调查采样,测定土壤有机C、N、P含量,分析了不同灌丛群落土壤C、N、P含量及其生态化学计量比的垂直分布特征,并探讨了各指标间的耦合关系,为祁连山地区土壤-植物养分关系及退化植被恢复与重建提供理论依据。结果表明:(1)祁连山北麓中段5种灌丛群落土壤有机C(45.29 g/kg)、全N(3.85 g/kg)、全P含量(0.70 g/kg)较高,均高于全国平均水平。(2)相关性分析表明,土壤有机C与全N之间呈极显著正相关(P0.01),但土壤有机C与全P以及全N与全P之间没有明显的相关性,且土壤C、N含量变化几乎完全同步。(3)各灌丛类型土壤有机C、全N含量均表现为表层高于下层,而全P含量土层间差异不显著;各灌丛群落土壤有机C、全N含量均随土层加深呈现"倒金字塔"的分布格局,但不同灌丛类型全P含量随土层加深的变化规律却不一致,且土层对全P含量的影响不显著。(4)5种灌丛群落土壤整体C∶N、C∶P、N∶P(11.29、66.99、5.67)均低于全国平均水平,各灌丛群落土壤C∶P、N∶P随土层加深均呈不同程度的下降趋势,但不同灌丛群落土壤C∶N随土层加深的变化规律有所不同。(5)土壤有机C、全N与C∶N、C∶P、N∶P之间均具有极显著的二次函数关系(P0.01),土壤全P与C∶N、C∶P、N∶P之间关系不显著。研究认为,祁连山北麓中段土壤C∶N和P含量的稳定性较高(CV=3.99%和2.66%),C∶P、N∶P是判断研究区限制性养分的重要指标,祁连山北麓中段灌丛群落土壤主要受N素的限制。     

干旱区湿地芦苇各器官生态化学计量对土壤因子的响应

了解植物养分浓度及其化学计量对土壤因子的响应,对预测脆弱而敏感生态系统对环境变化的响应至关重要。以敦煌阳关湿地优势种芦苇(Phragmites australis)为对象,通过野外调查与实验分析,研究芦苇不同器官生态化学计量特征及其影响因素。结果表明:芦苇各器官C、P含量为叶>根>茎,N含量及N∶P为叶>茎>根,C∶N为根>茎>叶,C∶P则为茎>根>叶。叶、根C含量显著高于茎(P<0.05),叶、根C含量之间无显著差异(P>0.05),根、茎和叶N、P含量及C∶N、C∶P和N∶P差异显著(P<0.05);芦苇根N∶P<14,叶片N∶P>16,茎N∶P介于14~16;C含量在各器官之间均无显著相关性(P>0.05),根与茎、叶N含量之间呈极显著正相关(P<0.01),根与茎P含量呈极显著正相关(P<0.01),茎与叶N含量呈显著正相关(P<0.05);土壤盐分与芦苇根和茎N含量呈极显著正相关(P<0.01),土壤P含量与茎P含量呈极显著正相关(P<0.01),土壤有效P与根、茎N含量呈极显著正相关(P<0.01);土壤P是影响芦苇根、茎化学计量的主要因素,土壤盐分是影响叶片化学计量的主要因素,芦苇趋向提高各器官N含量来应对高盐、低P的土壤环境。     

遮荫对青桐幼苗生长性状与化学计量特征的影响

营养元素含量及化学计量比可反映植物器官营养元素的分配及互作关系,亦可反映其营养利用效率及生长环境的养分限制状况。以青桐(Firmiana platanifolia)幼苗为材料,分析4种不同光强(全光照,50%、75%和95%遮荫)对青桐幼苗生长,C、N、P、K含量及其化学计量特征的影响。结果表明:遮荫对青桐幼苗的生长性状、生物量、元素含量和积累量及化学计量比均有显著影响(P<0.05)。苗高和比叶面积随遮荫强度增加而升高,而地径和粗壮度随遮荫强度增加而减小。总生物量在75%遮荫下最大,在95%遮荫下最小。在各遮荫处理下,叶片C、N、P、K含量均大于根和茎,且N含量顺序为叶>根>茎,K含量顺序为叶>茎>根。C、P、K积累量随遮荫强度增大而增加,在75%遮荫下达到最大值,而在95%遮荫下达到最小值。青桐幼苗C∶N和C∶P呈现出相同的变化趋势,随遮荫强度变大先增加后减小,均在50%遮荫下达最大值。青桐各器官N∶P远低于14,即青桐幼苗在不同遮荫条件下的生长严重受N限制。这些结果说明,遮荫可调节青桐幼苗在不同光环境中的养分积累与分配,进而影响生物量。因此,青桐苗期培育宜选75%遮荫,有助于苗高、比叶面积、生物量、养分含量和积累量的增加,而过度遮荫可抑制幼苗生长发育。     

模拟降水量变化对荒漠草原土壤酶活性的影响及其相关因素分析

为明确荒漠草原土壤酶活性对降水格局改变的响应机制, 该研究基于宁夏荒漠草原降水量不同梯度变化(减少50%、减少30%、自然降水、增加30%和增加50%)的野外试验(2014年开始试验), 于2016年5-7月采样, 测定分析不同降水梯度2年后对土壤酶活性的影响, 并分析酶活性与植物生物量、微生物生物量C∶N∶P生态化学计量特征以及土壤理化性质的关系。结果表明: (1)与自然降水量相比, 减少30%降水量对3种土壤酶活性均无显著影响, 减少50%降水量显著降低了土壤蔗糖酶活性(^P < 0.05); 增加降水量显著提高了土壤蔗糖酶和磷酸酶活性(^P < 0.05), 但对脲酶活性无显著影响。(2)减少降水量对植物生物量影响较小(尤其减少30%降水量), 但不同程度地降低了微生物生物量C、N、P, 提高了微生物生物量C∶N和C∶P; 增加降水量则不同程度提高了植物生物量及微生物生物量C、N、P。(3)土壤蔗糖酶和磷酸酶活性随植物及微生物生物量增加而增加; 对土壤酶活性影响显著的土壤因子包括: 含水量、NO₃^- N、NH₄⁺ N、C∶P、有机C、全N、C∶N和pH (P < 0.05)。研究认为, 减少降水量(尤其是减少30%降水量)对土壤酶活性影响较小, 增加降水量促进了植物的生长、刺激微生物活性, 进而提高了土壤酶活性, 但随着植物生物量增加, 土壤有机C输入增多, 磷酸酶活性相应增强并促进了有机P的矿化, 导致土壤微生物P限制增加。     

太白山栎属树种叶片生态化学计量特征沿海拔梯度的变化规律

植物叶片碳（C）、氮（N）、磷（P）化学计量学能够反映植物对环境的适应性以及环境变化对植物的影响,是生态化学计量学的热点之一。研究亲缘关系相近物种对环境变化的适应差异对于深入了解植物的化学计量策略具有重要意义,而目前对于亲缘关系相近物种沿海拔梯度各如何变化未获得一致性的结论。因此,本研究在秦岭太白山海拔约1100-2200 m范围内,对槲栎（Quercus aliena）、栓皮栎（Q.variabilis）、锐齿栎（Q.aliena var.acuteserrata）、辽东栎（Q.wutaishansea）这4种栎属树种的叶片C、N、P含量进行测定与分析,考察叶片化学计量特征随海拔的变化趋势,同时量化气候、土壤和地形3种影响因素对其变异规律的解释程度。结果表明：（1）总体来看,4树种叶片C含量随海拔升高先上升后降低,叶片N含量和N：P则表现出随海拔升高而降低的趋势,而叶片C：N随海拔升高而升高。（2）不同树种随海拔的变化趋势不同：槲栎与锐齿栎具有相似性,叶片N、P含量都随海拔升高显著降低,C：N都随海拔升高显著升高;栓皮栎的叶片N含量和C：N与前两者呈现相反趋势;辽东栎叶片C含量随海拔上升而下降,与栓皮栎相同,但其叶片P含量和N：P分别呈现先升高后降低、先降低后升高的曲线变化趋势。（3）叶片不同化学计量特征值受到不同因子的影响。其中,叶片N含量和C：N主要受气候因子影响（解释度为39.91%和36.59%）;叶片C含量主要受土壤因子影响（解释度为25.22%）;叶片P含量、N：P和C：P则主要受到土壤因子和坡度影响（解释度有23.70%-39.83%）,且这两个因子的交互效应影响较大（交互效应解释度有16.24%-24.72%）。本研究结果说明：（1）亲缘关系较近的物种在应对环境变化时,也会有不同的变化格局及对应的养分策略,而且这能在一定程度上解释它们的地带性分布规律;（2）地形因子会与土壤因子共同影响植物的化学计量特征,在研究山地森林生态系统时,坡度也是需要考虑的重要影响因子。     

克氏针茅草原土壤生态化学计量特征对放牧强度的响应

生态化学计量学是研究生态系统中各元素间平衡的科学,对于探究土壤有机碳（C）、全氮（N）、全磷（P）元素循环以及土壤养分限制状况具有重要意义。为了解克氏针茅（Stipa kirschnii）草原土壤生态化学计量特征,以内蒙古克氏针茅草原区为研究对象,在不同放牧强度草场进行采样分析。结果表明：随着放牧强度的增加,C、P含量先降低后升高,N含量先升高后降低;土壤C/N先降低后升高、C/P逐渐升高、N/P先升高后降低。C/N随着放牧强度的增加与有机碳相关性逐渐增大、与全氮的相关性逐渐减小;轻牧区的C/P受有机碳作用有所增强;中牧区N/P受全氮作用增强。C/N主要限制因素是有机碳含量,C/P和N/P主要限制因素是全磷含量。不同放牧强度会影响土壤化学计量比与其他物质的关系,也会改变土壤化学计量比各制约因素的强度。     

光照和氮磷供应比对木荷生长及化学计量特征的影响

光照和养分限制是影响林下植物生长和更新的关键影响因素,以亚热带主要常绿树种木荷（Schima superba）实生幼苗为试验对象,研究了不同光照（全光照、遮阴即45%全光照）和N、P供应比例（5,15,45）对幼苗生长和化学计量特征的影响。结果表明：（1）遮阴不仅严重抑制了木荷各器官和单株生物量积累,更加剧了P限制。尽管N、P添加对木荷生长没有显著促进作用,但N、P供应比例为5时的性状组合更有利于木荷后期生长,但高N、P供应比例可能导致P限制。（2）遮阴下叶N、P含量显著增加,但叶C/N和C/P比显著降低;不同光照处理组中各器官及总N含量均随N、P供应比例增大而显著增加,而C/N比逐渐降低;P的分配格局发生改变,全光照组各器官P含量为茎 > 叶 > 根,遮阴组各器官P含量为根 > 茎 > 叶。（3）随N、P供应比例增加或光照强度降低,木荷均趋向降低根冠比和根质比、增加叶质比或茎质比。（4）木荷生物量与各器官N、P含量、叶质比呈极显著负相关,而与C/N和C/P比及根冠比、茎质比、根质比呈极显著正相关。光强和N、P比例变化均显著影响了木荷幼苗的养分利用特征,因而木荷作为伴生树种优化林分环境对其早期生长具有重要意义。     

欢迎订阅2021年《应用生态学报》

《应用生态学报》(月刊)系中国科学院沈阳应用生态研究所和中国生态学学会主办、国内外公开发行的综合性学术期刊。主要刊载有关应用生态学方面的研究报告、综述、述评等。具体包括森林生态学、农业生态学、草地生态学、渔业生态学、自然资源生态学、景观生态学、全球变化生态学、城市生态学、产业生态学、生态规划与生态设计、污染生态学、化学生态学、生态工程学、恢复生态学、生物入侵与生物多样性保护生态学、流行病生态学、旅游生态学和生态系统管理等。     

海拔对青海湖流域群落水平植物功能性状的影响

海拔变化会引起气压、温度、降水、土壤湿度和风速等环境因子发生急剧变化, 植物功能性状-海拔的相互关系对于预测全球变化背景下山地植物的适应方式具有重要意义。该研究在青海湖流域海拔3 400-4 200 m范围内布设了5个样地(海拔间隔约200 m), 通过植物群落调查, 测定植物功能性状和土壤理化性质, 结合气象数据, 探讨了海拔对青海湖流域群落水平植物功能性状的影响。结果如下: (1)群落加权平均植株高度(H)、叶片干物质含量(LDMC)、叶片碳氮比(C:N)和叶片氮磷比(N:P)随海拔升高显著降低, 比根表面积(SRA)随海拔升高波动下降, 比叶面积(SLA)、叶片氮含量(LNC)和叶片磷含量(LPC)随海拔升高显著升高, 叶片碳含量(LCC)、比根长(SRL)和根组织密度(RTD)随海拔未发生显著变化。(2)所有性状的变异来源以物种组成变化为主, N:P和LPC的种内性状变异与物种组成变化呈现正的协变效应, 其余性状为负的协变效应。(3)降水和0- 10 cm土层土壤养分含量对SLA变化的解释率较高, 温度和10-20 cm土层土壤养分含量对其余性状随海拔变化的解释率较高。以上结果表明青海湖流域植物群落主要通过物种更替来适应随海拔升高而剧烈变化的环境, 且各群落中的非优势种倾向于占据与优势种相反的性状空间来提高资源利用率, 随海拔变化的热量和深层土壤养分含量是群落水平植物功能性状变化的主要影响因子。     

Responses of soil extracellular enzyme activities to carbon input alteration and warming in a subtropical evergreen broad-leaved forest

土壤胞外酶来源于土壤微生物、植物和动物, 是土壤生物地球化学过程的积极参与者, 在森林生态系统的物质循环和能量流动过程中扮演着重要角色。为探明土壤胞外酶活性对碳输入变化及增温的响应, 该研究基于长期增温、去除地表凋落物(以下简称去凋)和切根处理的云南哀牢山亚热带常绿阔叶林控制实验平台, 研究了不同处理(对照、去凋、切根、切根并增温)下表层矿质土壤(0-5和5-10 cm)与碳氮磷获取相关的胞外酶活性, 包括多酚氧化酶(POX)、过氧化物酶(PER)、β-葡萄糖苷酶(BG)、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和酸性磷酸酶(AP)。结合铵态氮(NH₄⁺-N)含量、硝态氮(NO₃^--N)含量、溶解有机碳(DOC)含量、溶解总氮(DN)含量、土壤含水量(SWC)等相关指标, 探讨凋落物碳输入、根系碳输入和温度变化对土壤胞外酶活性及其生态化学计量特征的影响。研究结果表明: 在对照样方, 除POX外其余酶活性均为0-5 cm层显著高于5-10 cm层。与对照相比, 长期的凋落物去除显著降低了0-5 cm层土壤AP和BG活性, 对NAG、PER和POX活性则无显著影响; 长期切根处理显著降低了0-5 cm层土壤BG活性, 但提高了两个土层PER活性; 长期切根并增温处理显著降低了0-5 cm层AP和BG活性, 对其余酶活性无显著影响。冗余分析结果显示SWC和NH₄⁺-N含量是驱动土壤酶活性变化的重要因子。本研究为该生态系统土壤碳氮磷生物地球化学关键过程对全球变化的响应提供了土壤酶学的依据。