中国主要湿地植被氮和磷生态化学计量学特征

研究湿地植物氮(N)和磷(P)的生态化学计量学特征对揭示植物与生境的耦合关系具有重要意义。通过收集中国52个采样区湿地植物不同器官和全株样本的N和P含量, 对其进行分类和统计分析, 探讨植物器官、生长期、植物类型、湿地类型和气候带对湿地植物N和P生态化学计量学特征的影响。结果表明: 1)湿地植物各器官N、P和N:P的几何平均值均表现为叶片(N, 16.07 mg·g^-1; P, 1.85 mg·g^-1; N:P, 8.67) >地上部分(N, 13.54 mg·g^-1; P, 1.72 mg·g^-1; N:P, 7.96) >茎(N, 7.86 mg·g^-1; P, 1.71 mg·g^-1; N:P, 4.58); 2)叶片N含量随时间变化呈现“三峰”型变化, 峰值分别出现在5月、7月和9月; 茎的N含量随时间变化表现为“双峰”型, 峰值出现在5月和9月; 成熟期之前, 植物叶片的N:P与N趋同波动, N:P主要受N含量控制; 衰老期N:P受P含量控制。3)湿地类型是影响植物叶片N和P生态化学计量特征的关键因素, N和P含量最高值出现在河流, 最低值出现在沼泽湿地, N:P的变化趋势大致与之相反。4)植物叶片N、P和N:P的几何平均值都表现为热带>温带>亚热带, 但总体差异不显著(p > 0.05)。5)中国大部分湿地植物叶片N:P < 14, 表现为N限制。     

水分对敦煌阳关湿地芦苇叶片与土壤C、N、P生态化学计量特征的影响

土壤水分是影响干旱区植物养分吸收和利用策略的关键因子之一。研究不同水分梯度叶片与土壤生态化学计量特征,有助于揭示植物对环境变化的响应特征及生态适应性。通过野外调查与实验分析,对敦煌阳关不同水分梯度芦苇叶片与土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量特征及其关系进行了研究。结果表明:(1)随土壤含水率升高,叶片C、N、P含量降低,叶片C/N、C/P、N/P升高。(2)随土壤含水率升高,土壤有机碳(OC)、总氮(TN)、总磷(TP)含量及土壤N/P升高,土壤C/N降低,土壤C/P先升后降。(3)低水分梯度叶片N、C/N与土壤N、C/N显著负相关(P<0.05),叶片C、P、C/P、N/P与土壤C、P、C/P、N/P无显著相关性(P>0.05);高、中水分梯度叶片C、N、P与土壤C、N、P化学计量特征相关性均不显著(P>0.05)。低水分梯度叶片受干旱胁迫和土壤养分制约,且能够保持较高的叶养分含量,体现了干旱区湿地植物异质生境下独特的养分调节机制。     

内蒙古包头黄河湿地土壤碳氮磷含量及其生态化学计量学特征

为探究内蒙古包头黄河湿地土壤空间分布特征、生态化学计量学特征及其指示意义,以黄河包头段沿线从东到西的3种典型类型共6块湿地为研究对象,对其不同土层土壤碳(C)、氮(N)和磷(P)化学计量特征及环境因素进行研究分析。结果表明:1)SOC、TN和TP平均值分别为11.20、0.42、0.98 g/kg,SOC、TN含量随土层深度增加而垂直波动减小,TP含量垂直方向上差异不显著。2)土壤C/N、C/P、N/P平均值分别为25.39、9.26、0.37,与中国淋溶土、干旱土和沼泽湿地土壤相比,包头市黄河湿地土壤TN含量、C/P和N/P较低,TP含量较高。3)相关性分析结果显示,土壤TN与SOC、TP、N/P和C/P具极显著正相关(P<0.01),与C/N相关性不显著;土壤TP与SOC、TN、C/N和C/P呈极显著正相关(P<0.01),与N/P相关性不显著,TP含量高但有效性较低,TN含量及其有效性可能是限制包头黄河湿地土壤碳、氮、磷等元素循环及其生态化学计量特征的关键因子。研究结果将为包头黄河湿地的植被重建、生态修复和科学管理提供理论依据。     

黄土丘陵区刺槐、辽东栎林地土壤碳、氮、磷生态化学计量特征

黄土高原中部的丘陵沟壑区位于半湿润、半干旱气候带,生态环境脆弱,水土流失严重,植被恢复是该地区水土保持与生态重建的重要措施。辽东栎天然次生林和刺槐人工林是该地区典型的森林植被类型。以黄土丘陵森林分布区边缘的两种主要森林类型为对象,通过采集林地不同深度土壤样品,对比分析两种林地土壤中碳、氮、磷含量的计量关系及垂直分布特征,旨在探明该区域土壤化学计量特征及主要影响因素。结果表明:(1)在两种林地类型中,土壤有机碳与全碳含量呈正相关关系,两种林地可用同一曲线进行拟合,说明特定土壤类型在同一区域其有机碳和无机碳相对含量基本稳定。(2)土壤有机碳与全氮比值在10左右,在不同土层深度无明显变化;而土壤全碳与全氮比值则随土壤深度的增加而增加,超过1 m以后呈现饱和曲线的变化趋势。(3)土壤氮磷比随土壤深度的增加呈幂次型降低。     

辽河口不同类型湿地土壤碳氮磷生态化学计量学特征

为阐明不同类型湿地土壤碳氮磷生态化学计量特征,以辽河口湿地为研究对象,对自然芦苇湿地、油田区芦苇湿地、退化芦苇湿地、碱蓬湿地、滩涂和稻田等六类湿地的土壤有机碳(TOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量及其生态化学计量学特征进行测定和分析。结果表明,辽河口湿地土壤TOC、TN、TP含量分别为1.612～167.832、0.159～4.452和0.021～0.093 g·kg-1,其含量因湿地类型和土壤深度而异。自然芦苇湿地和油田区芦苇湿地土壤TOC含量较高,自然芦苇湿地和稻田土壤TN含量较高,而碱蓬湿地、滩涂TOC和TN含量较低;不同类型湿地表层土壤(0～10 cm) TOC和TN含量显著高于下层土壤(10～40 cm)。TP含量在不同类型湿地和不同深度土壤间均无明显差异(P>0.05)。C/N、C/P、N/P值分别为28、364和13,在不同类型湿地中差异显著(P<0.05)。相关分析表明,TOC、TN与C/P、N/P呈正相关,电导率(EC)与土壤TOC、TN、TP、C/N、C/P和N/P呈弱的负相关。研究表明,盐度增加可能会削弱土壤中氮磷等营养元素对碳累积过程的控制,引起...     

植被恢复对土壤碳氮循环的影响研究进展

植被恢复重建是治理水土流失的主要手段之一,能够有效地促进侵蚀土壤发育、提高土壤肥力、增强土壤微生物活性,进一步影响土壤碳氮循环.因此,植被的恢复重建过程对土壤有机碳库、氮库累积以及温室气体的排放具有一定作用.本文综述了植被恢复对土壤碳、氮循环过程的影响以及土壤质量与植被修复之间的协同效应,并提出了今后进一步研究的方向.对评价植被恢复在应对全球气候变化中所起的作用具有借鉴与参考价值,对促进土壤肥力改善和退化生态系统的恢复及可持续发展也有重要的现实意义.     

盐城海滨湿地盐沼植被对土壤碳氮分布特征的影响

在盐城海滨湿地不同植被带下采集土壤样品,研究了土壤有机碳和全氮的空间分布特征,分析了盐沼植物对湿地土壤碳、氮分布的影响.结果表明：在盐城海滨湿地,表层土壤中有机碳和全氮含量分别介于1.71～7.92 g·kg^-1和0.17～0.36 g·kg^-1之间,变幅较大,不同植被带之间存在显著差异,且各植被带表层土壤中有机碳、全氮含量均高于光滩.垂直方向上,各植被带土壤中有机碳、全氮的分布均呈自表向下逐渐降低的趋势,15 cm以下其含量基本保持稳定.土壤有机碳与全氮、碳氮比呈显著正相关,但全氮与碳氮比无显著相关性.     

黄土高原典型植被恢复过程土壤与叶片生态化学计量特征

为揭示黄土高原典型人工植被恢复过程中植物叶片与土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)元素变化特征及其交互作用,以延安庙咀沟流域恢复20—40a的刺槐(Robinia pseudoacacia)、柠条(Caragana korshinskii)、草地和坡耕地(对照)为研究对象,分析了各样地植物叶片和土壤C、N、P化学计量的变化特征及相互关系。结果表明:从20a到40a的恢复过程中,3种植被叶片C含量均显著增加,草地叶片P含量显著升高,而刺槐、柠条叶片N和P含量则显著降低。刺槐、柠条及草地土壤C、N、P含量随着恢复年限的延长而增加,比耕地分别增加了70%—349%、27%—202%、13%—62%(P0.05),其中刺槐的增幅最大。从增速来看,刺槐和柠条林土壤表层C、N增速表现为前期(0—20a)大于后期(20—40a),而草地则相反。在20—40a的恢复过程中,刺槐、柠条叶片C∶N、C∶P均显著增加,草地叶片C∶P、N∶P则显著降低。恢复过程中,土壤C∶P在刺槐和草地中显著增加,而土壤N∶P仅在草地中显著增加,土壤C∶N则没有显著变化。相关性分析显示叶片C和土壤C、N、P显著正相关,叶片N、P和土壤N显著正相关,叶片和土壤N∶P显著正相关,叶片P、C∶P与土壤C、N增速显著相关,表明叶片P可以指示土壤C、N增速的变化,而N∶P可以将植物和土壤联系起来。植被恢复过程中,叶片和土壤C、N、P含量及增速均发生显著变化,且存在密切的联系,这种变化的趋势在刺槐、柠条和草地中有所不同。     

敦煌阳关湿地芦苇叶性状对土壤水分的响应

为了了解干旱区湿地不同水分梯度下芦苇叶性状的构建模式及对不同水分环境的适应策略差异性,以敦煌阳关渥洼池湿地植物芦苇(Phragmites australis)为研究对象,分析不同水分梯度下芦苇叶性状对土壤水分的响应。结果表明:(1)低水分梯度下的叶厚度(LT)和叶片磷含量(LPC)显著高于中、高水分梯度(P0.05),高水分梯度下的叶碳含量(LCC)也显著高于中、低水分梯度(P0.05)。(2)芦苇叶性状之间的关系也因水分的变化而有所不同。就整体而言,叶片碳含量与叶干物质含量(LDMC)极显著正相关(P0.01);叶厚度与叶片磷含量极显著正相关(P0.01),比叶面积(SLA)与叶氮含量(LNC)极显著正相关(P0.01)、与叶碳氮比(C/N)极显著负相关(P0.01)。(3)在水分作为限制因素的条件下,叶片碳含量与比叶面积对水分的响应最为突出。土壤含水量与叶厚度、叶碳含量和叶片磷含量均显著负相关(P0.05)。芦苇在低水分环境下采取高收入低投入的积极型生存策略,高水分下则采取低获取高消耗的保守型生存策略,说明了芦苇在适应异质生境的自我调节机制。     

河口湿地植物活体-枯落物-土壤的碳氮磷生态化学计量特征

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.     

喀斯特山地不同微地貌下土壤碳氮磷空间异质性及生态化学计量特征

喀斯特地区特殊地质背景造就复杂破碎的地形发育出多样的微地貌,这使得清晰地认识土壤碳氮磷的空间异质性及生态化学计量特征存在困难。基于实地调查、土壤采样、实验测试的结果数据,引入混合效应模型评估方法结合变异系数,分别从全量(土壤有机碳、全氮、全磷)及有效态(活性有机碳、碱解氮及速效磷)两方面,揭示不同微地貌类型下土壤碳氮磷空间异质性及其生态化学计量特征。结果显示：(1)不同微地貌类型下土壤有机碳、全氮、全磷对碳氮磷比值的耦合解释度为：土面(91.09%)>石沟(91.02%)>石坑(84.63%)>石洞(80.17%)>石缝(73.20%),土面的空间异质性最低而石缝最高。(2)有效态方面,活性有机碳、碱解氮和速效磷对碳氮磷比值的耦合解释度特征为：石缝(84%)>石洞(58.15%)>土面(47.80%)>石坑(44.06%)>石沟(32.18%),说明石缝微地貌的土壤活性有机碳、碱解氮及速效磷空间异质性最低。(3)不同微地貌类型下土壤全量碳氮磷生态化学计量的变异系数差异均在50%以上(C/N 80%、C/P 53.57%、N/P 69.33...     

河岸带农田不同恢复年限对土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响——以温榆河为例

弃耕地撂荒是土壤与植被向自然方向进行的次生演替,研究河岸带土壤撂荒后碳氮磷生态化学计量特征,是恢复和重建由农田干扰导致的退化河岸带生态系统的重要科学基础之一。以河岸带农地为对照,不同撂荒年限(撂荒2年、撂荒8年、撂荒10年)的土壤为研究对象,探索不同撂荒年限对土壤碳、氮、磷含量及相互关系的影响。结果表明:(1)土壤有机碳、氮的含量均呈现撂荒10年>撂荒8年>农田>撂荒2年;土壤中磷含量呈现撂荒10年>撂荒8年>撂荒2年>农田;农田和各撂荒年限的土壤碳、氮、磷含量,均随着土层深度的增加而呈降低的规律,但土壤碳和氮差异的显著性比磷明显。(2)河岸带土壤中C/N、C/P的均值均呈现:撂荒10年>农田>撂荒8年>撂荒2年趋势。N/P的均值呈现:撂荒10年(0.78)>农田(0.77)>撂荒8年(0.77)>撂荒2年(0.67),表明N是本研究区河岸带植被恢复的限制性营养元素。(3)河岸带农田和不同撂荒年限土壤碳、氮含量均存在极显著的耦合线性关系,而碳与磷、氮与磷之间的线性拟合程度相对较低。(4)在农田撂荒演替的初期阶段(2...     

Changes of the relationships between soil and microbes in carbon,nitrogen and phosphorus stoichiometry during ecosystem succession

AimsThe carbon (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) stoichiometry (C:N:P) of soil profoundly influences the growth, community structure, biomass C:N:P stoichiometry, and metabolism in microbes. However, the relationships between soil and microbes in the C:N:P stoichiometry and their temporal dynamics during ecosystem succession are poorly understood. The aim of this study was to determine the temporal patterns of soil and microbial C:N:P stoichiometry and their relationships during ecosystem succession.MethodsAn extensive literature search was conducted and data were compiled for 19 age sequences of successional ecosystems, including 13 forest ecosystems and 6 grassland ecosystems, from 18 studies published up to May 2016. Meta-analyses were performed to examine the sequential changes in 18 variables that were associated with soil and microbial C, N and P contents and the stoichiometry. Important findings (1) There was no consistent temporal pattern in soil C:N along the successional stages, whereas the soil C:P and N:P increased with succession; the slopes of the linear relationships between soil C:N:P stoichiometry and successional age were negatively correlated with the initial content of the soil organic C within given chronosequence. (2) There was no consistent temporal pattern in microbial C:N:P stoichiometry along the successional stages. (3) The fraction of microbial biomass C in soil organic C (qMBC), the fraction of microbial biomass N in soil total N, and the fraction of microbial biomass P in soil total P all increased significantly with succession, in consistency with the theory of succession that ecosystem biomass per unit resource increases with succession. (4) The qMBC decreased with increases in the values of soil C:N, C:P, or N:P, as well as the stoichiometric imbalances in C:N, C:P, and N:P between soil and microbes (i.e., ratios of soil C:N, C:P, and N:P to microbial biomass C:N, C:P, and N:P, respectively). The C:N, C:P, and N:P stoichiometric imbalances explained 37%-57% variations in the qMBC, about 7-17 times more than that explainable by the successional age, illustrating the importance of soil-microbial C:N:P stoichiometry in shaping the successional dynamics in qMBC. In summary, our study highlights the importance of the theories of ecosystem succession and stoichiometry in soil microbial studies, and suggests that appropriately applying macro-ecological theories in microbial studies may improve our understanding on microbial ecological processes.