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1.
生态化学计量学:复杂生命系统奥秘的探索   总被引:52,自引:3,他引:49       下载免费PDF全文
 20世纪以来,生物科学的发展异军突起,成为发展最快的学科,不仅学科分类逐渐细化,而且研究领域也逐渐深入,然而,这种分化和深入也可能会掩盖生物的一些最普遍特征。地球上的生物是否具有统一的、更本质的特征?能否把不同生物学领域和不同层次的知识联系起来?随着对这些问题的不断探索,一门新兴的学科——生态化学计量学,在最近20年悄然兴起。生态化学计量学结合了生物学、化学和物理学等基本原理,是研究生物系统能量平衡和多重化学元素(主要是C、N、P)平衡的科学。这一研究领域使得生物学科不同层次(分子、细胞、有机体、种群、生态系统和全球尺度)的研究理论能够有机地统一起来。目前,生态化学计量学已经广泛应用于种群动态、生物体营养动态、微生物营养、寄主_病原关系、生物共生关系、消费者驱动的养分循环、限制性元素的判断、生态系统比较分析和森林演替与衰退及全球C、N、P生物地球化学循环等研究中,并取得了许多研究成果。该文概述了生态化学计量的概念、历史起源和基本理论,重点介绍了生态化学计量学理论在消费者驱动的养分循环、限制性养分元素判别以及全球C、N、P循环等方面的应用进展,并对生态化学计量学未来的研究方向进行了展望,期望引起国内同行的重视并有助于推动我国在此领域开展相关研究。  相似文献
2.
为了解典型喀斯特峰丛洼地植被群落凋落物养分空间分异以及其生态化学计量特征,分析了4个不同演替阶段植被凋落物现存量、C、N、P含量及C、N、P元素比值关系在不同坡位间的差异。结果表明:(1)不同演替阶段群落凋落物现存量和C、N、P含量、N ∶ P值随植被正向演替而升高;C ∶ N值和C ∶ P值随植被正向演替而下降。(2)凋落物C含量、C ∶ N值、C ∶ P值和N ∶ P值在不同坡位表现为上坡位较高、下坡位较低;P含量的变化规律与之相反,N含量则没呈现很明显的规律性(P<0.05)。典范对应分析(CCA)结果表明演替阶段和坡位对凋落物积累、养分分布和存储影响最大,坡度、坡向和裸岩率也有较大影响。(3)N ∶ P值是制约凋落物分解和养分循环的重要因素。凋落物在P素较低的情况下具有较高的N及木质素含量(即较高的N ∶ P值),分解速率较低,较低的N ∶ P值使凋落物更易分解。N素在3个坡位的不显著差异以及P素的显著差异反映了P含量波动对喀斯特峰丛洼地植被凋落物N ∶ P值和分解速率变化的影响。推测下坡位及幼龄林群落由于具有较低的N ∶ P值,其凋落物分解速率相对较快,养分的存储量较少。因此,上坡位、成熟林群落的凋落物有利于积累养分。  相似文献
3.
 植物器官化学计量特征可以把环境和器官功能性状联系起来, 从而为探索环境作用于植物器官功能的内在机制及器官功能的调控提供可能。通过土壤氮(N)、磷(P)添加设置土壤不同全N和全P浓度的盆栽实验, 分析了土壤和四季竹(Oligostachyum lubricum)叶片N、P化学计量特征及叶片叶绿素含量间的关系。实验设置的土壤不同全N和全P浓度包括对照(全N: 421.76 mg·kg–1, 全P: 37.35 mg·kg–1, 1N1P)、全N和全P浓度分别是对照相应浓度的2倍和2倍(2N2P)、2倍和3倍(2N3P)、2倍和4倍(2N4P)、3倍和2倍(3N2P)、3倍和3倍(3N3P)、3倍和4倍(3N4P)、4倍和2倍(4N2P)、4倍和3倍(4N3P)、4倍和4倍(4N4P)共10个处理。结果表明: 土壤N含量分别与叶片N含量和叶片N : P呈极显著正相关, 而土壤P含量与叶片P含量及叶片N : P均无显著性相关。叶片N : P随土壤N : P的增大而增大, 但其增加速率小于土壤N : P的增加速率。相同土壤N : P (11.29)条件下, 生长在2N2P处理和3N3P处理土壤中的立竹叶片N : P无显著差异, 但均显著高于对照(1N1P)并显著低于4N4P处理。土壤不同全N浓度对叶片N : P的影响与相应浓度N和P处理对叶片N : P的影响具有相同的规律。叶片N : P是影响叶片叶绿素含量的主要因素。分析发现: 土壤全N较土壤全P对四季竹叶片N、P化学计量特征具有更大的影响, 并且在土壤全N供应充足时四季竹叶片存在对N的奢侈吸收。N、P添加前土壤N是影响四季竹生长的主要限制元素。  相似文献
4.
王维奇  徐玲琳  曾从盛  仝川  张林海 《生态学报》2011,31(23):7119-7124
碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量比是生态系统过程及其功能的重要特征.以闽江河口的芦苇(Phragmites australis)和短叶茳芏(Cyperus malaccensis var.brevifolius)湿地为对象,开展植物活体-枯落物-土壤系统的C、N、P季节动态研究.结果表明:芦苇和短叶茳芏植物活体、枯落物和土壤年均C、N、P含量为C>N>P,两种湿地系统C、N含量均为植物活体和枯落物高于土壤,但与土壤P含量大小关系因植物构件差异而不同;芦苇和短叶茳芏植物活体、枯落物和土壤的C、N、P生态化学计量比表现为C∶P>C∶N>N∶P;芦苇湿地C∶N为枯落物>植物活体>土壤,短叶茳芏为植物活体>枯落物>土壤,而C∶P和N∶P均为枯落物>植物活体>土壤;C、N、P化学计量比可以反映湿地C、N、P交换过程和植物群落的生态功能.  相似文献
5.
 滇池流域是我国典型的富磷区, 分析该区域内不同土壤磷含量下主要植物的化学计量特征, 有助于理解该区域的生态环境特点和生态恢复的特殊性。该研究测定了滇池流域滇中地区75种常见植物叶片的碳(C)、氮(N)、磷(P)及钾(K)含量, 综合分析了该区域不同土壤磷水平(富磷和正常)下不同生活型植物叶片的C、N、P和K的计量特征。结果表明, 研究区域植物叶片C、N和K含量的算术平均数分别是441.42、16.17和13.57 mg·g–1, P含量的几何平均数为1.92 mg·g–1, 植物叶片的N、P和K含量之间呈显著的正相关; 富磷区域植物叶片的P和K含量显著高于正常区域, N/P、K/P显著低于正常区域。无论是富磷还是正常区域, 草本植物的N、P和K含量均高于木本植物, 乔木与灌木差异不明显。植物叶片的P含量及N/P与土壤磷水平呈显著相关; 叶片N/P分析结果表明, N是影响滇池流域植物生长和群落恢复的主要限制元素。研究指出, 在滇池流域增加陆地植物群落及生态系统的氮素来源是进行生态修复和面源污染防治的重要切入点。  相似文献
6.
 全球气候变化背景下生物地球化学循环的响应规律和陆地植物适应对策已受到广泛关注.本文在分析气候变暖和降水变化对不同生态系统植物C∶N∶P的影响、CO2浓度升高对不同光合途径物种元素的影响,以及氮沉降对土壤 植物元素影响的短期和长期效应等基础上,从植物生理特性和土壤有效营养元素变化等方面揭示了其可能存在的内在机理,以期为研究C、N、P化学元素在土壤 植物之间传递与调节机制、陆地生态系统结构和功能,以及生物地球化学元素循环对气候变化的响应提供理论依据.最后提出了该领域研究中存在的问题及对今后研究的展望.    相似文献
7.
植物的碳、氮、磷化学计量特征能反映植物对土壤营养元素的利用效率,岩溶区植物经过长期的进化形成了自身独特的生理生态和生态化学计量特征,通过岩溶区植物叶片碳、氮、磷化学计量可以揭示岩溶生态系统各组分之间的养分循环规律.该研究在桂林毛村岩溶区次生林中选择3个20 m×20 m 的样方,采用多元统计方法分析了岩溶区森林12种典型植物叶片共186个样品的碳、氮、磷的生态化学计量特征,研究它们之间的相互关系,探讨碳、氮、磷化学计量学在岩溶生态系统中的生态指示作用.结果表明:(1)虽然岩溶区石灰土氮和磷的含量较高,但由于其有效性低,植物对养分的吸收和利用缓慢,岩溶区石灰土植物的生长仍然受到 N 和 P 的共同限制;(2)由于岩溶区植物叶片中 N 和 P 的含量显著偏低导致较高的 C∶N 和 C∶P 值(C∶N 的平均值为80.86;C∶P 的平均值为639.65);(3)利用 N∶P<14表明氮受限制,N∶P>16表明磷受限制,14<N∶P<16表明 N 和 P 共同限制的标准判断植物叶片受 N 或 P 的限制在岩溶区不完全适合;(4)元素间相关性分析表明,叶片的 C 和 N 呈极显著负相关关系(P <0.01),C 和 P 呈显著负相关关系(P <0.05),N 和 P之间呈现极显著正相关关系(P <0.01).这体现了植物体内两营养元素含量需求变化的相对一致性.研究结果有助于了解岩溶区森林植物的适生机制及其生态地球化学过程,可为岩溶区生态治理提供理论依据.  相似文献
8.
以长期淹水环境下能生长更新的河竹为材料,调查测定了人工喷灌供水(CK)、淹水6个月(TR)的河竹一年生竹鞭的根生物量和主要养分元素含量,分析长期淹水对河竹鞭根养分化学计量特征的影响,为河竹在水湿地和消落带植被恢复中的应用提供理论依据。结果显示:(1)与CK相比,TR处理下的河竹土中根的N、P、Mg和Ca含量显著降低,Fe含量显著升高,且N、K和Ca含量显著低于TR处理下水中根的含量,而Fe含量显著高于水中根。(2)TR处理的河竹土中根的C/N、C/P、C/K和P/K较CK显著升高,且C/K、N/K和P/K显著高于TR处理的水中根。(3)TR处理的河竹水中根的C-N、C-P、N-P均呈极显著正相关关系,土中根的C-P、C-K、P-K均呈极显著正相关关系;CK河竹土中根的C-P、C-K呈极显著正相关关系,且N-P显著相关;从相关系数看,TR处理下土中根的C-N、N-P和N-K相关性减弱,C-P、C-K和P-K相关性增强,而C-N、C-P、N-P和N-K相关性较水中根减弱,C-K和P-K相关性较水中根增强。(4)TR处理下鞭根生物量和C、N、P、K、Mg、Ca积累量较CK分别显著降低19.46%、42.04%、36.55%、41.39%、60.06%和38.46%,而Fe积累量显著升高,为CK的5.5倍;TR处理下土中根养分积累量显著高于水中根。研究表明,长期淹水虽阻碍了河竹鞭根的养分平衡吸收,但能够提高养分利用效率,并且土中根和水中根具有克隆分工特征,水中根主要起到氧气吸收应对缺氧环境胁迫的功能,是河竹适应长期淹水环境的重要生态对策。  相似文献
9.
以四季竹纯林为对象,研究了4种密度(D1:24600~29800株·hm-2;D2:37500~42600株·hm-2;D3:46500~52800株·hm-2;D4:76500~85500株·hm-2)下1~3年生立竹的成熟叶和凋萎叶的C、N、P化学计量特征及养分重吸收规律.结果表明:随竹林密度的增大,成熟叶C、N、P含量和凋萎叶C、P含量总体下降,凋萎叶N含量先升高后降低,D4密度时成熟叶C含量急剧下降;叶片C/N和C/P呈升高趋势,N/P先升高后降低.D3、D4密度的叶片N、P养分利用效率显著高于D1、D2密度;叶片N、P重吸收率分别呈先降后升和持续升高的趋势.D1~D3密度的成熟叶N/P为16.24~19.37,四季竹生长受P的限制,促进叶片建成,种群生长旺盛.D4密度的成熟叶N/P为13.42~15.74,N限制作用增强,叶片凋萎脱落,种群生长受到抑制.四季竹通过调节叶片的C、N、P含量及其化学计量比,提高了N、P利用效率及重吸收能力,以适应高密度下环境资源的激烈竞争.在本试验条件下,D3密度是四季竹适宜的经营密度.  相似文献
10.
为了解西安市12种园林植物(三叶草、美人蕉、鸢尾、芍药、大叶女贞、桂花、香樟、广玉兰、石楠、夹竹桃、大叶黄杨和法国冬青)的根际效应及其生态化学计量特征,分析了各植物C、N、P与土壤C、N、P的相关性和差异性,以探讨园林植物的养分限制状况,为揭示城市生态系统植物的养分循环机制和植物对环境变化的响应与适应策略奠定基础。结果表明:(1)不同园林植物的根际土壤C、N、P均高于非根际土壤,表现出显著的富集作用,但不同植物的根际富集作用则不尽一致;根际土壤pH显著低于非根际;而且乔木对土壤C、N、P的吸收能力均较强。(2)不同园林植物土壤C、N、P垂直分布表现为依次递减趋势,呈现出明显的“表聚性”。(3)不同园林植物的相同器官中C、N、P含量均表现为乔木>灌木>草本,同种园林植物C、N、P含量在不同器官基本表现为叶>茎>根,说明不同植物对不同元素吸收迁移、累积不尽一致,并且不同器官对C、N、P元素的吸收、富集以及吸收特性也不同。(4)土壤C/N平均值依次表现为乔木>草本>灌木,但三者之间差异不显著,土壤C/P和N/P平均值依次表现为草本>乔木>灌木,土壤中较低的C/N和C/P初步说明了在自然条件下园林植物更容易受土壤N和P的限制。(5)叶片C/N平均值依次表现为灌木>草本>乔木,叶片C/P和N/P平均值依次表现为草本>灌木>乔木,而且三者之间差异均显著。(6)相关性分析显示,不同园林植物叶片C、N、C/N、N/P分别与所对应的土壤C、N、C/N、N/P呈显著相关关系,说明园林植物对营养元素的需求与土壤营养元素种类的供应基本保持一致,而土壤P含量对植物叶片P影响并不大。  相似文献
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