呼伦贝尔草地植物茎秆和叶片中养分的时间动态与回收

明确植物不同器官中的养分回收状况对探究植物养分利用策略与养分循环有重要意义。以往关于养分回收的研究多聚焦于叶片, 而对于茎秆研究较少。此外, 以往研究对植物生长盛期的叶片取样均在同一时间完成, 忽略了不同物种养分峰值可能存在时间差异, 进而导致养分回收效率被低估。该研究以呼伦贝尔草地22种多年生草本植物为研究对象, 在生长季不同时期进行茎秆和叶片取样, 测定其氮(N)、磷(P)含量, 分析茎秆和叶片两类器官中的养分在生长季内的变化情况与养分回收效率。结果表明: 1)植物N、P含量在生长季内有明显的时间变化规律, 呈现出先增加后减少的趋势; 不同物种峰值对应时间存在显著差异, 大部分物种养分峰值出现于8月下旬。2)茎秆和叶片两类器官养分回收模式存在差异, 植物叶片的N回收效率高于茎秆, 但P回收效率两者差异不明显; 叶片中N、P回收效率显著正相关, 而两者关系在茎秆中不显著。3)枯叶中养分含量是回收效率重要的影响因子, 植物养分回收效率与枯叶期养分含量呈显著负相关关系, 与生长盛期养分含量无关。4)以往研究中不同植物种在生长盛期同一时间取样, 造成茎秆和叶片N、P回收效率被不同程度地低估。该研究重新审视了养分回收研究中的取样策略, 表明依据不同物种在生长季内养分含量峰值出现时间决定生长盛期成熟组织的取样时间, 能够增加养分回收效率计测的准确性和科学性。     

兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)叶片养分的空间分布格局

对中国东北温带森林生态系统主要树种兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)24个采样点72个叶片样品有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)和全钾(K)的化学组成、地理分布格局及其与气候因子的关系进行了研究.结果表明,叶片C、N、P和K含量的几何平均数分别为543.970、16.902、2.373mg/g和14.625mg/g,且叶片的C含量>N含量>K含量>P含量;叶片的C/N、C/P和N/P分别为32.183、229.226和7.123.随纬度的增加、年均温度和年均降雨量的降低,兴安落叶松叶片C、N含量和N/P显著降低,叶片C/N和K含量显著升高,叶片P含量和C/P的变化没有达到显著水平.叶片N含量随纬度与年均温度的变化与全球及其它大尺度的研究结果相反,而N/P与其一致,这与在该区域的其它物种的研究结果基本一致.这可能是由于在本研究区域北部寒温带越往高纬度地区年均温度和年均降雨量越低、生长季越短,因此成土作用弱导致植物可以吸收利用的养分越少,但是由于植物显著降低的N含量和变化不明显的P含量导致了叶片N/P随纬度的增加和年均温度和年均降雨量的降低而降低,这与全球尺度的研究结果一致.兴安落叶松叶片养分分布格局与全球尺度和中国区域研究结果的差异说明了加强区域叶片养分特征研究的重要性.叶片养分与气候因子的显著线性相关说明气候因子是影响叶片养分特征的一个主要因子.     

青藏高原东缘主要针叶树种叶片碳氮磷化学计量分布格局及其驱动因素

理解植物叶片化学计量特征及其驱动因素对认识植物种群分布规律及预测植物对环境变化响应具有重要意义。该研究采集了青藏高原东缘针叶林84个样点共29种主要针叶树种叶片,探讨该区域常绿针叶树种叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征和分布格局及其驱动因素。结果表明:(1)在科和属水平上,不同针叶树种叶片C、N含量和C:N差异显著;叶片N:P 14,表明该区域针叶树种主要受N限制。(2)叶片N、P含量在环境梯度上表现出一致的分布规律:均呈现出随纬度和海拔增加而显著降低,随年平均气温(MAT)和年降水量(MAP)增加而显著增加的趋势;而叶片C含量与纬度、海拔、MAT和MAP均未表现出显著相关性。(3)叶片C:N、C:P呈现出与N、P含量变化相反的分布格局:均随纬度和海拔增加而显著增加,随MAT和MAP增加而显著降低;而叶片N:P与海拔、MAT和MAP均无显著相关性。(4)进一步分析表明,叶片C、N、P含量及其化学计量比的主要驱动因素不尽相同。具体而言:土壤特性是叶片C含量和N:P变异的主要驱动因子,而叶片N、P含量和C:N、C:P的变异主要由气候因素决定。总之,该区域针叶树种叶片化学计量沿环境梯度的变异规律有力地支持了温度生物地球化学假说,在一定程度上丰富了对环境变化下植物叶片化学计量分布格局及其驱动机制的认识。     

青藏高原东缘主要针叶树种叶片碳氮磷化学计量分布格局及其驱动因素

理解植物叶片化学计量特征及其驱动因素对认识植物种群分布规律及预测植物对环境变化响应具有重要意义。该研究采集了青藏高原东缘针叶林84个样点共29种主要针叶树种叶片, 探讨该区域常绿针叶树种叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征和分布格局及其驱动因素。结果表明: (1)在科和属水平上, 不同针叶树种叶片C、N含量和C:N差异显著; 叶片N:P < 14, 表明该区域针叶树种主要受N限制。(2)叶片N、P含量在环境梯度上表现出一致的分布规律: 均呈现出随纬度和海拔增加而显著降低, 随年平均气温(MAT)和年降水量(MAP)增加而显著增加的趋势; 而叶片C含量与纬度、海拔、MAT和MAP均未表现出显著相关性。(3)叶片C:N、C:P呈现出与N、P含量变化相反的分布格局: 均随纬度和海拔增加而显著增加, 随MAT和MAP增加而显著降低; 而叶片N:P与海拔、MAT和MAP均无显著相关性。(4)进一步分析表明, 叶片C、N、P含量及其化学计量比的主要驱动因素不尽相同。具体而言: 土壤特性是叶片C含量和N:P变异的主要驱动因子, 而叶片N、P含量和C:N、C:P的变异主要由气候因素决定。总之, 该区域针叶树种叶片化学计量沿环境梯度的变异规律有力地支持了温度生物地球化学假说, 在一定程度上丰富了对环境变化下植物叶片化学计量分布格局及其驱动机制的认识。     

中亚热带植被恢复阶段植物叶片、凋落物、土壤碳氮磷化学计量特征

为揭示植被恢复过程中生态系统的养分循环机制及植物的生存策略, 根据亚热带森林群落演替过程, 采用空间代替时间方法, 以湘中丘陵区地域相邻、环境条件基本一致的檵木(Loropetalum chinensis) +南烛(Vaccinium bracteatu) +杜鹃(Rhododendron mariesii)灌草丛(LVR)、檵木+杉木(Cunninghamia lanceolata) +白栎(Quercus fabri)灌木林(LCQ)、马尾松(Pinus massoniana) +柯(Lithocarpus glaber) +檵木针阔混交林(PLL)、柯+红淡比(Cleyera japonica) +青冈(Cyclobalanopsis Glauca)常绿阔叶林(LCC)作为一个恢复系列, 设置固定样地, 采集植物叶片、未分解层凋落物和0-30 cm土壤样品, 测定有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)含量及其化学计量比, 运用异速生长关系、养分利用效率和再吸收效率分析植物对环境变化的响应和养分利用策略。结果表明: (1)随着植被恢复, 叶片C:N、C:P、N:P显著下降, 而叶片C、N、P含量和土壤C、N含量、C:P、N:P显著增加, 其中LCC植物叶片C、N含量, 土壤C、N含量及其N:P, PLL植物叶片P含量, 土壤C:P显著高于其他3个恢复阶段, 各恢复阶段植物叶片N:P > 20, 植物生长受P限制; 凋落物C、N、P含量及其化学计量比波动较大。(2)凋落物与叶片、土壤的化学计量特征之间的相关关系较弱, 叶片与土壤的化学计量特征之间具有显著相关关系, 其中叶片C、N、P含量与土壤C、N含量、C:N (除叶片C、N含量外)、C:P、N:P呈显著正相关关系; 叶片C:N与土壤C、N含量、C:P、N:P, 叶片C:P与土壤C含量、C:N、C:P, 叶片N:P与土壤C:N呈显著负相关关系。(3)植被恢复过程中, 叶片N、P之间具有显著异速生长关系, 异速生长指数为1.45, 叶片N、P的利用效率下降, 对N、P的再吸收效率增加, LCC叶片N利用效率最低, PLL叶片P利用效率最低而N、P再吸收效率最高。(4)叶片N含量内稳态弱, 而P含量具有较高的内稳态, 在土壤低P限制下植物能保持P平衡。植被恢复显著影响叶片、凋落物、土壤C、N、P含量及其化学计量比, 叶片与土壤之间C、N、P含量及化学计量比呈显著相关关系, 植物通过降低养分利用效率和提高养分再吸收效率适应土壤养分的变化, 叶片-凋落物-土壤系统的N、P循环随着植被恢复逐渐达到“化学计量平衡”。     

中亚热带植被恢复阶段植物叶片、凋落物、土壤碳氮磷化学计量特征

为揭示植被恢复过程中生态系统的养分循环机制及植物的生存策略,根据亚热带森林群落演替过程,采用空间代替时间方法,以湘中丘陵区地域相邻、环境条件基本一致的檵木(Loropetalumchinensis)+南烛(Vacciniumbracteatu)+杜鹃(Rhododendron mariesii)灌草丛(LVR)、檵木+杉木(Cunninghamia lanceolata)+白栎(Quercus fabri)灌木林(LCQ)、马尾松(Pinus massoniana)+柯(Lithocarpus glaber)+檵木针阔混交林(PLL)、柯+红淡比(Cleyera japonica)+青冈(Cyclobalanopsis Glauca)常绿阔叶林(LCC)作为一个恢复系列,设置固定样地,采集植物叶片、未分解层凋落物和0–30 cm土壤样品,测定有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)含量及其化学计量比,运用异速生长关系、养分利用效率和再吸收效率分析植物对环境变化的响应和养分利用策略。结果表明:(1)随着植被恢复,叶片C:N、C:P、N:P显著下降,而叶片C、N、P含量和土壤C、N含量、C:P、N:P显著增加,其中LCC植物叶片C、N含量,土壤C、N含量及其N:P,PLL植物叶片P含量,土壤C:P显著高于其他3个恢复阶段,各恢复阶段植物叶片N:P 20,植物生长受P限制;凋落物C、N、P含量及其化学计量比波动较大。(2)凋落物与叶片、土壤的化学计量特征之间的相关关系较弱,叶片与土壤的化学计量特征之间具有显著相关关系,其中叶片C、N、P含量与土壤C、N含量、C:N (除叶片C、N含量外)、C:P、N:P呈显著正相关关系;叶片C:N与土壤C、N含量、C:P、N:P,叶片C:P与土壤C含量、C:N、C:P,叶片N:P与土壤C:N呈显著负相关关系。(3)植被恢复过程中,叶片N、P之间具有显著异速生长关系,异速生长指数为1.45,叶片N、P的利用效率下降,对N、P的再吸收效率增加, LCC叶片N利用效率最低, PLL叶片P利用效率最低而N、P再吸收效率最高。(4)叶片N含量内稳态弱,而P含量具有较高的内稳态,在土壤低P限制下植物能保持P平衡。植被恢复显著影响叶片、凋落物、土壤C、N、P含量及其化学计量比,叶片与土壤之间C、N、P含量及化学计量比呈显著相关关系,植物通过降低养分利用效率和提高养分再吸收效率适应土壤养分的变化,叶片-凋落物-土壤系统的N、P循环随着植被恢复逐渐达到"化学计量平衡"。     

猫儿山三种森林类型林下植物叶片与土壤化学计量特征

为探究猫儿山不同森林类型林下植物叶片与土壤化学计量特征,揭示其林下植物适应策略。该文对猫儿山针阔混交林(ZK)、常绿阔叶次生林(CLC)和常绿阔叶林(CL)林下草本层和灌木层主要植物叶片与土壤的化学元素含量进行测定,分析其化学计量特征及其相互之间的内在联系。结果表明:(1)从总体上看,草本层和灌木层植物叶片的C、N含量差异不显著,草本层植物叶片P、K含量极显著高于灌木层,N:P显著低于灌木层; 草本层植物更易受N限制,灌木层植物更易受P限制且其N和P利用效率更高; 不同森林类型之间的灌木层植物叶片化学计量差异不显著,草本层植物叶片N含量、C:N和C:P差异显著,针阔混交林草本层植物的养分利用效率较高。(2)3种森林类型的土壤C、N含量显示,CL>CLC>ZK且彼此之间差异极显著,针阔混交林土壤的P含量最高而C:P、N:P最低。(3)针阔混交林的土壤显著影响林下植物部分叶片化学计量,另外2种森林类型的土壤影响不显著。综上认为,猫儿山不同森林类型的土壤化学计量存在显著或极显著差异,林下不同层次的植物对营养元素的需求以及环境适应策略不同; 针阔混交林土壤对林下植物叶片化学计量影响较强,由于有机质分解效率较低导致土壤受N限制,因此应加强针阔混交林的N素管理。该研究结果为森林管理提供了数据支持。     

基于叶片和土壤酶化学计量的川西亚高山岷江冷杉林养分限制海拔变化规律

氮(N)和磷(P)养分有效性是制约森林生态系统林分生产力与碳汇功能的关键要素,但目前对多变环境下森林生态系统养分限制特征还缺乏充分的科学认识。山地生态系统的气候、植被和土壤等环境因子沿海拔的垂直变化格局为深入认识森林养分限制及其驱动因素提供了天然的实验平台。该研究以青藏高原东缘典型的川西亚高山针叶林——岷江冷杉(Abies faxoniana)林为研究对象,通过沿巴朗山2 850–3 200m海拔梯度的多点取样,从植物叶片N、P养分含量、化学计量变化和地下微生物胞外酶化学计量学的角度,分析了海拔梯度下该区域森林养分限制特征变化规律及其主要驱动因素。结果表明:1)随海拔升高,叶片N、P含量降低而N:P由12.33升高至15.00,表明随海拔升高该区域针叶林叶片生长由N限制转化为N-P共同限制,且P限制随海拔升高而表现出增强趋势;2)矢量模型分析发现不同海拔下根际土壤微生物胞外酶化学计量矢量角度均>45°,且随海拔升高呈上升趋势,表明该区域微生物受P限制,且海拔越高土壤微生物P限制越强;3)进一步通过Pearson相关分析和路径分析表明,海拔引起的气温变化是驱动岷江冷杉林生态系统养分...     

长白山林线主要木本植物叶片养分的季节动态及回收效率

植物叶片养分含量的季节动态和回收效率对植被生态系统的养分循环和植物生长策略具有重要意义。以长白山高山林线上分布的3种主要木本植物——岳桦(Betula ermanii),牛皮杜鹃(Rhododendron aureum)和笃斯越橘(Vaccinium uliginosum)为研究对象,通过测定叶片中N、P、K、Ca、Mg、Fe等6种养分元素含量,分析在林线处植物叶片养分含量的季节动态及其与土壤养分含量的关系。结果表明岳桦和笃斯越橘叶片中养分元素的季节动态基本一致,即:N、P、K含量在生长季内逐渐降低,而Ca的含量逐渐增加;Mg在生长季旺盛期最低,而Fe含量却最高。牛皮杜鹃作为常绿灌木,叶片养分的季节动态与其余两种植物明显不同,表现为在生长季初期6种养分元素含量最低。岳桦和笃斯越橘植物叶片中N、P、K、Fe都有一定程度的回收,但笃斯越橘叶片的养分回收率更高,反映了笃斯越橘更能适应相对贫瘠的环境。3种林线植物叶片中养分含量与土壤养分并不存在显著的相关性,说明长白山林线上土壤中养分的分布没有对林线上3种主要的木本植物的生长和分布产生直接的影响。     

武夷山不同海拔黄山松新叶和老叶氮磷化学计量特征

土壤是植物养分的直接来源,植物叶片的养分特征在一定程度上能反映土壤养分状况。叶片氮磷比(N∶P)被广泛用于指示土壤养分有效性和养分限制性,选择对土壤养分最敏感的叶片来指示土壤养分状况具有重要意义。为比较黄山松新叶和老叶指示土壤养分状况的准确性,在福建武夷山选择了3个海拔(1100、1500和1900 m)的黄山松新叶和老叶作为研究对象,通过测定土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量,黄山松叶片N、P含量及土壤和叶片15N丰度值,并计算土壤和叶片的化学计量比,从而揭示黄山松新叶和老叶对不同海拔土壤养分状况的敏感性。结果表明:(1)不同海拔土壤氮有效性无显著差异,而土壤和叶片15N丰度值随海拔呈递增趋势,说明土壤氮素对植物的有效性随海拔升高而增加;低海拔(1100 m)土壤总P和有效P含量低于高海拔(1500和1900 m)处,且低海拔叶片P含量也显著低于高海拔;(2)黄山松新叶N、P和N∶P随海拔升高均无显著变化,且新叶N∶P与土壤养分相关性不大;老叶N、P含量与土壤养分相关性较密切,表明黄山松老叶较新叶对不同海拔土壤养分状况响应更敏感,更能指示土壤养分状况。因此,这些研究结果明晰了不同海拔植物新叶和老叶对土壤养分状况的敏感性差异,对于我们进一步了解未来气候变化背景下不同海拔植物生长对土壤养分状况变化的响应具有重要意义。     

芨芨草叶片养分特征对氮磷不同添加水平的响应

植物叶片氮(N)、磷(P)养分特征受土壤可利用性N、P含量和N、P相对比例(N:P)的共同影响, 研究其作用机制有助于解释和评估土壤养分变化对植物养分利用策略的影响。该研究通过盆栽实验, 探讨芨芨草(Achnatherum splendens)养分化学计量学特征和叶片养分回收特征对不同剂量的养分添加(低、中、高3个N添加水平: 1.5、4.5、13.5 g·m^-2·a^-1)及不同土壤N:P (5、15、25)的响应。结果表明: 养分添加水平的提高显著增加了成熟叶片P含量和衰老叶片N、P含量, 显著降低了叶片N、P养分回收效率(NRE, PRE)。土壤N:P的升高显著降低了衰老叶片P含量和叶片NRE, 但增加了成熟和衰老叶片N:P和叶片PRE。相同养分添加水平条件下, 土壤N:P与叶片PRE显著正相关, 但与叶片NRE无显著相关性; 相同N:P条件下, 养分添加水平与NRE负相关, 但与PRE无显著相关性。植物NRE:PRE可以有效地反映环境变化所导致的植物对N、P需求的改变。土壤养分添加水平和N:P共同影响着芨芨草的叶片养分生态化学计量学特征和养分回收。     

Stoichiometry of leaf carbon,nitrogen, and phosphorus along a geographic,climatic, and soil gradients in temperate desert of Hexi Corridor,northwest China

理解叶片化学计量的区域模式及其贡献变量对于预测植物对全球变化的反应以及对生态系统的生产力和养分通量建模具有重要意义。在本研究中,我们调查了在中国典型干旱地区河西走廊采样的植物叶片化学计量,并试图探究沿地理、气候和土壤梯度对叶片化学计量的贡献变量。2012年8月,对河西走廊的70个站点进行调查。在每个站点的五个等效样地中,对植物叶片和土壤进行采样。测定叶片和土壤的C、N和P含量。与区域和全球尺度上的叶片N和P含量相比,河西走廊的叶片N含量与之接近,为20.19 mg g-1,而叶片P含量则低于其值,为1.33 mg g-1。对于所有样本,河西走廊叶片N:P比值为15.70。就个体分组而言,灌木和草本的叶片N:P比值分别为16.81和14.80。河西走廊所有样本叶片和灌木叶片N:P的比例指数为1.29,高于草本叶片的比例指数（1.08）。灌木和草本的叶化学计量没有显著的纬度和经度格局。同时,其与年均降水量(MAP),年均温(MAT)和土壤元素也没有显著的相关性。但是,草本的叶片化学计量与海拔高度和干旱程度有显著的相关性。这些结果表明,河西走廊的植物可能受N和P的共同限制,灌木主要受土壤P的限制,而草本主要受土壤N的限制。比例指数关系表明,叶片的N:P比值变化是等距的。随海拔的升高,草本叶片C和N含量的二次回归以及叶片P含量的线性回归反映出三种元素对MAT随海拔高度变化的不同响应,可以用植物生理假说和生物地球化学假说解释。随着干旱程度的降低,草本叶片的N和N:P比值显着增加,这表明,草本植物生长受到的P限制逐渐增加,并且随着MAP的增加而增大N有效性。综上所述,不同海拔和干旱模式下的草本和灌木叶片化学计量揭示了河西走廊不同旱生植物的可塑性生存策略。此外,河西走廊中草本叶片的化学计量指标可以作为由干旱引起的环境变化的指标。     

黄土丘陵区刺槐叶片-土壤-微生物碳氮磷化学计量学及其稳态性特征

明确植物和微生物在植被恢复过程中的内稳态特性,对反映生物随恢复环境变化的适应性和阐明生态系统养分循环规律有重要意义。以黄土丘陵区恢复5年、10年、20年、30年和45年的刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林为研究对象,测定刺槐叶片、土壤和微生物生物量C、N、P含量及其化学计量学指标,重点揭示了叶片和微生物生物量养分在恢复过程中随土壤养分变化的稳态性特征。结果表明:(1)随着恢复年限的增加,土壤、叶片和微生物生物量C、N、P含量表现为增加趋势;(2)不同恢复年限叶片、土壤、微生物生物量C∶N分别为17.03—26.03、9.55—16.94、5.57—10.76、C∶P分别为465.04—634.48、19.89—65.81和39.64—110.53、N∶P分别为17.89—37.03、1.24—4.68和7.15—10.26,除叶片C∶N随恢复年限增加而降低外,其他指标均表现为随恢复年限增加而增加或先增加后降低;刺槐林生长后期可能面临P限制;(3)叶片和微生物生物量C、N、P及其计量比大部分指标与土壤指标的关系能够被内稳态模型很好地模拟(P0.01);其中叶片N∶P、微生物C、N对土壤养分变化较为敏感;其他指标比较稳定。研究表明植物和微生物在面对土壤养分变化时均会通过自我调节呈现内稳态性,说明刺槐在黄土丘陵区有较好的适应性;微生物对土壤养分的变化比植物更加敏感,其养分和计量比指标能较好地指示土壤恢复状况。     

全球森林土壤微生物生物量碳氮磷化学计量的季节动态

土壤微生物生物量在森林生态系统中充当具有生物活性的养分积累和储存库。土壤微生物转化有机质为植物提供可利用养分, 与植物的相互作用维系着陆地生态系统的生态功能。同时, 土壤微生物也与植物争夺营养元素, 在季节交替过程和植物的生长周期中呈现出复杂的互利-竞争关系。综合全球数据对温带、亚热带和热带森林土壤微生物生物量碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比值的季节动态进行分析, 发现温带和亚热带森林的土壤微生物生物量C、N、P含量均呈现夏季低、冬季高的格局。热带森林四季的土壤微生物生物量C、N、P含量都低于温带和亚热带森林, 且热带森林土壤微生物生物量C含量、N含量在秋季相对最低, 土壤微生物生物量P含量四季都相对恒定。温带森林的土壤微生物生物量C:N在春季显著高于其他两个森林类型; 热带森林的土壤微生物生物量C:N在秋季显著高于其他2个森林类型。温带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在四季都保持相对恒定, 而热带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在夏季高于其他3个季节。阔叶树的土壤微生物生物量C含量、N含量、N:P、C:P在四季都显著高于针叶树; 而针叶树的土壤微生物生物量P含量在四季都显著高于阔叶树。在春季和冬季时, 土壤微生物生物量C:N在阔叶树和针叶树之间都没有显著差异; 但是在夏季和秋季, 针叶树的土壤微生物生物量C:N显著高于阔叶树。对于土壤微生物生物量的变化来说, 森林类型是主要的显著影响因子, 季节不是显著影响因子, 暗示土壤微生物生物量的季节波动是随着植物其内在固有的周期变化而变化。植物和土壤微生物密切作用表现出来的对养分的不同步吸收是保留养分和维持生态功能的一种权衡机制。     

全球森林土壤微生物生物量碳氮磷化学计量的季节动态

土壤微生物生物量在森林生态系统中充当具有生物活性的养分积累和储存库。土壤微生物转化有机质为植物提供可利用养分,与植物的相互作用维系着陆地生态系统的生态功能。同时,土壤微生物也与植物争夺营养元素,在季节交替过程和植物的生长周期中呈现出复杂的互利-竞争关系。综合全球数据对温带、亚热带和热带森林土壤微生物生物量碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比值的季节动态进行分析,发现温带和亚热带森林的土壤微生物生物量C、N、P含量均呈现夏季低、冬季高的格局。热带森林四季的土壤微生物生物量C、N、P含量都低于温带和亚热带森林,且热带森林土壤微生物生物量C含量、N含量在秋季相对最低,土壤微生物生物量P含量四季都相对恒定。温带森林的土壤微生物生物量C:N在春季显著高于其他两个森林类型;热带森林的土壤微生物生物量C:N在秋季显著高于其他2个森林类型。温带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在四季都保持相对恒定,而热带森林土壤微生物生物量N:P和C:P在夏季高于其他3个季节。阔叶树的土壤微生物生物量C含量、N含量、N:P、C:P在四季都显著高于针叶树;而针叶树的土壤微生物生物量P含量在四季都显著高于阔叶树。在春季和冬季时,土壤微生物生物量C:N在阔叶树和针叶树之间都没有显著差异;但是在夏季和秋季,针叶树的土壤微生物生物量C:N显著高于阔叶树。对于土壤微生物生物量的变化来说,森林类型是主要的显著影响因子,季节不是显著影响因子,暗示土壤微生物生物量的季节波动是随着植物其内在固有的周期变化而变化。植物和土壤微生物密切作用表现出来的对养分的不同步吸收是保留养分和维持生态功能的一种权衡机制。     

不同坡向乌丹蒿化学计量特征及其与土壤养分的关系

不同立地条件下生境的变化、土壤养分的再分配及相应的植物生长与养分回馈效应,对土壤-植物系统化学元素循环具有重要影响。该研究以乌丹蒿为对象,分析不同坡向条件下乌丹蒿叶片、根系化学计量特征及其与土壤养分之间的关系。结果表明:(1)从阳坡到阴坡,乌丹蒿叶片的N、C∶P和N∶P逐渐降低,土壤C含量、C∶P和N∶P逐渐升高,土壤P含量和土壤C∶N在不同坡向之间无显著差异。(2)叶片P含量与根系P含量以及C∶P、N∶P呈极显著正相关,叶片N含量与土壤C含量呈显著负相关,根系P含量与土壤C、N含量呈显著正相关。(3)叶片C、N含量随着土壤养分含量的增加而下降,叶片P和根系N、P含量随土壤养分的增加而上升;叶片C含量、C∶N与土壤的相关性大于根。研究认为,坡向对乌丹蒿的生长具有重要影响,乌丹蒿的化学计量特征与土壤养分含量之间呈线性相关关系,不同的坡向导致乌丹蒿化学计量有一定范围的波动,但总体生态化学计量是稳定的,阳坡乌丹蒿的生长受氮和磷共同限制。     

辽东山区不同森林类型生态化学计量特征

森林生态系统化学计量对于阐明养分元素在生态系统中的供应状况及其耦合关系,揭示影响森林结构与功能恢复的限制性因子具有重要作用。本研究以辽东山区主要森林类型——次生阔叶混交林、柞树林、油松林和落叶松人工林、红松人工林为研究对象,通过测定叶片、凋落物和土壤的C、N、P含量,分析了不同林型的化学计量特征及差异。结果表明:1)不同林型的C、N、P含量差异显著,且各林型叶片和凋落物C、N、P含量均大于土壤;其中阔叶混交林土壤N含量最高,而柞树林土壤N含量最低。2)5种林型C∶N和C∶P变化趋势均为凋落物叶片土壤,N∶P为叶片凋落物土壤;其中叶片N∶P平均值为12.16,表明该地区植物生长可能存在N限制。阔叶混交林和柞树林与油松林、落叶松林和红松林N∶P差异显著,前者受N、P共同限制,后者受N限制。3)辽东山区森林植被叶片与凋落物的N、P、C∶N和N∶P均表现为正相关关系,土壤与叶片和凋落物N、C∶N均呈负相关关系。本研究表明,理解养分元素在"植物-凋落物-土壤"之间的生态化学计量特征,对于揭示整个森林生态系统的养分状况和生物化学循环过程极为重要。     

N limitation increases along a temperate forest succession: evidences from leaf stoichiometry and nutrient resorption

温带森林演替加剧了氮限制：来自叶片化学计量和养分重吸收的证据 森林生产力和碳汇功能在很大程度上取决于土壤氮和磷的有效性。然而,迄今为止,养分限制随森林演替的时间变化仍存在争议。叶片化学计量和养分重吸收是预测植物生长养分限制的重要指标。基于此,本研究测定了温带森林4个演替阶段所有木本植物叶片和凋落叶中氮和磷的含量,并分析了演替过程中非生物因子和生物因子如何影响叶片化学计量和养分重吸收。研究结果表明,在个体尺度上,叶片氮磷含量在演替末期显著增加,而叶片氮磷比无显著变化;氮的重吸收效率随演替显著增加,然而磷的重吸收效率先增加后减少;氮重吸收效率与磷重吸收效率的比值仅在演替末期显著增加。此外,植物氮素循环对土壤养分的响应比磷素循环更弱。在群落尺度上,叶片氮磷含量随森林演替呈现先降低后升高的趋势,主要受香农-维纳多样性指数和物种丰富度的影响;叶片氮磷比随演替而显著变化,主要由胸径的群落加权平均值决定;氮的重吸收效率增加,主要受物种丰富度和胸径的影响,而磷的重吸收效率相对稳定。因此,氮重吸收效率与磷重吸收效率的比值显著增加,表明随着温带森林演替,氮限制加剧。这些结果可能反映了较高生物多样性群落中物种间对有限资源的激烈竞争,强调了生物因子在驱动森林生态系统养分循环中的重要性,为中国温带和北方森林可持续经营的施肥管理提供了参考。     

樟子松人工林原产地与不同自然降水梯度引种地土壤和植物叶片生态化学计量特征

降水格局是影响陆地生态系统结构和过程的重要环境要素,尤其对于干旱/半干旱地区,降水变化是植物生长驱动的关键生态因子。目前,针对降水变化对陆地生态系统C、N、P等元素生物地球化学循环过程影响开展了大量研究。然而,关于沙地樟子松重要引种地科尔沁沙地自然降水梯度下沙地樟子松人工林土壤、植物生态化学计量特征的研究未见报道。因此,本研究以樟子松原产地红花尔基和引种地科尔沁沙地自然降水梯度下4个典型沙地樟子松人工林为对象,研究樟子松引种地降水变化对土壤(0—10,10—20 cm和20—40 cm)和植物(1年和2年生叶)生态化学计量特征的影响。研究结果发现:(1)与红花尔基原产地樟子松人工林相比,科尔沁沙地引种的樟子松人工林土壤C、N、P元素含量显著降低;(2)科尔沁沙地自西向东,随降水量增加,沙地樟子松人工林土壤C、N、P含量以及C∶P和N∶P表现为逐渐增加趋势,而土壤C∶N呈减少趋势;(3)随着降水量增加,樟子松叶C含量呈下降趋势,叶N含量和N∶P比值呈增加趋势,植物叶P含量无一致性规律;(4)樟子松叶片P含量与土壤C、N、P含量呈极显著正相关关系,而叶片C和N含量与土壤C、N、P含量无显著相关性。研究表明,沙地樟子松引种地科尔沁沙地土壤C、N、P养分比较缺乏,且随着降水增加土壤N养分限制降低,而土壤P养分限制增加。本研究从生态化学计量特征角度,为今后开展科尔沁沙地不同降水梯度条件下引种樟子松人工林提供理论依据。     

云南药山自然保护区黄背栎林和巧家五针松林生态化学计量特征

以云南药山自然保护区黄背栎林和巧家五针松林的4块样地为研究对象,旨在揭示这2种森林生态系统营养元素含量状况和土壤养分的供给能力。通过分析4块样地"叶片-凋落物-土壤"C、N、P含量、生态化学计量特征及其相关性,结果表明:(1)不同样地同一组分的C、N含量差异显著,P含量差异不显著,同一样地各组分间C、N含量差异显著,均为叶片凋落物土壤,P含量则为叶片土壤凋落物;(2)不同样地叶片C∶P、N∶P比值和凋落物与土壤C∶N比值差异不显著,其余指标差异均显著。同一样地叶片、凋落物、土壤的C∶N、C∶P、N∶P比值差异显著,均为凋落物叶片土壤;(3)黄背栎林叶片-土壤C含量、C∶P比值和凋落物-叶片N∶P比值呈极显著或显著相关,巧家五针松林凋落物-叶片C、N含量和叶片-土壤P含量、C∶N、N∶P比值呈极显著或显著相关;(4)土壤N元素缺乏是限制植物生长的主要因素,P元素主要源于土壤矿物风化释放,而非生物小循环。