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。     

氮磷添加对荒漠草原植物-凋落物-土壤生态化学计量特征的影响

为明确植物、凋落物和土壤养分含量及化学计量比对土壤中添加多种限制性养分的响应,阐明“植物-凋落物-土壤”连续体化学计量动态及各组分之间的协同作用,以宁夏荒漠草原为研究对象,于2018年开始进行氮(N)、磷(P)养分添加控制试验。试验处理包括对照(CK)、N添加、P添加、NP共同添加4个处理。结果表明：(1)NP共同添加显著增加了荒漠草原植物N和P含量、以及凋落物和土壤P含量,显著降低了荒漠草原植物C∶N和C∶P、以及土壤和凋落物C∶P和N∶P。P添加显著增加了荒漠草原植物、凋落物和土壤P含量,显著降低了植物、凋落物、土壤C∶P和N∶P。N添加分别增加了植物、凋落物N含量和N∶P,但对植物N含量影响未达到显著水平。(2)C、N、P含量和N∶P大小均表现为植物>凋落物>土壤,C∶N和C∶P均表现为凋落物>植物。(3)N添加提高了荒漠草原植物对P再吸收效率,降低了荒漠草原植物对N利用效率;P添加提高荒漠草原植物对N再吸收效率,降低荒漠草原对P的利用效率;NP共同添加提高了荒漠草原植物对N和P再吸收效率,降低了荒漠草原植物对N和P利用效率。(4)植物-凋落物-土壤的N、P含量...     

荒漠草原不同雨量带土壤-植物-微生物C、N、P及其化学计量特征

降水作为关键性驱动因子深刻影响着荒漠草原生态系统养分循环过程。采用生态化学计量学方法,调查了荒漠草原不同雨量带土壤-植物-微生物C、N、P及其生态化学计量特征对降水格局的适应性规律。研究区不同雨量带土壤C、N、P随降水梯度的递减亦呈现递减趋势。平均土壤C∶N∶P比例为28.9∶2.7∶1,主要受到P元素控制。不同雨量带平均土壤MBC∶MBN∶MBP比例为108.6∶5.6∶1,表现出明显的C富集现象。不同雨量带平均植物C∶N∶P比例为117.4∶6.7∶1,表现为明显的C、N缺乏或P富集。降水为主的气候原因造成了研究区环境中P含量相对较高,并直接反映在了植物化学计量特征上。研究区土壤C和N之间具有极显著的正相关关系(P0.01),相关系数高达0.98。植物N和P之间具有显著的正相关关系(P0.05),相关系数为0.90。土壤N与植物C、P分别呈显著正相关和显著负相关(P0.05),相关系数分别为0.84和-0.82。降水在塑造荒漠草原生态格局以及驱动生态系统养分循环过程中发挥了关键性作用。     

氮添加对荒漠草原植物群落组成与微生物生物量生态化学计量特征的影响

大气氮(N)沉降增加加速了土壤N循环, 引起微生物生物量碳(C):N:磷(P)生态化学计量关系失衡、植物种丧失和生态系统服务功能降低等问题。开展N添加下植物群落组成与微生物生物量生态化学计量特征关系的研究, 可为深入了解N沉降增加引起植物多样性降低的机理提供新思路。该文以宁夏荒漠草原为研究对象, 探讨了N添加下植物生物量和群落多样性的变化趋势, 分析了微生物生物量C:N:P生态化学计量特征独立及其与其他土壤因子共同对植物群落组成的影响。结果表明: N添加下猪毛菜(Salsola collina)生物量呈显著增加趋势, 牛枝子(Lespedeza potaninii)生物量呈逐渐降低趋势, 其他植物种生物量亦呈降低趋势但未达到显著水平; 沿N添加梯度, Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数和Patrick丰富度指数均呈先略有增加后逐渐降低的趋势; N添加提高了微生物生物量N含量和N:P, 降低了微生物生物量C:N; 植物群落组成与微生物生物量N含量、微生物生物量C:N、微生物生物量N:P、土壤NO₃ ^--N浓度、土壤NH₄ ⁺-N浓度以及土壤全P含量有较强的相关关系; 微生物生物量C:N:P生态化学计量特征对植物种群生物量和群落多样性变化的独立解释力较弱, 但却与其他土壤因子共同解释了较大变差, 意味着N添加下微生物生物量C:N:P生态化学计量特征对植物群落组成的影响与其他土壤因子高度相关。     

氮添加对荒漠草原植物群落组成与微生物生物量生态化学计量特征的影响

大气氮(N)沉降增加加速了土壤N循环,引起微生物生物量碳(C):N:磷(P)生态化学计量关系失衡、植物种丧失和生态系统服务功能降低等问题。开展N添加下植物群落组成与微生物生物量生态化学计量特征关系的研究,可为深入了解N沉降增加引起植物多样性降低的机理提供新思路。该文以宁夏荒漠草原为研究对象,探讨了N添加下植物生物量和群落多样性的变化趋势,分析了微生物生物量C:N:P生态化学计量特征独立及其与其他土壤因子共同对植物群落组成的影响。结果表明:N添加下猪毛菜(Salsolacollina)生物量呈显著增加趋势,牛枝子(Lespedezapotaninii)生物量呈逐渐降低趋势,其他植物种生物量亦呈降低趋势但未达到显著水平;沿N添加梯度,Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数和Patrick丰富度指数均呈先略有增加后逐渐降低的趋势;N添加提高了微生物生物量N含量和N:P,降低了微生物生物量C:N;植物群落组成与微生物生物量N含量、微生物生物量C:N、微生物生物量N:P、土壤NO3--N浓度、土壤NH4+-N浓度以及土壤全P含量有较强的相关关系;微生物生物量C:N:P生态化学计量特征对植物种群生物量和群落多样性变化的独立解释力较弱,但却与其他土壤因子共同解释了较大变差,意味着N添加下微生物生物量C:N:P生态化学计量特征对植物群落组成的影响与其他土壤因子高度相关。     

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。     

氮磷添加对荒漠草原植物群落多样性和土壤C:N:P生态化学计量特征的影响

为了深入了解P添加是否有助于缓解N沉降增加引起的植物群落多样性降低等问题,以宁夏盐池县长期围封的荒漠草原为研究对象,探讨了连续两年(2015—2016年) 5 g/m~2/a的N水平下,P添加对植物生物量、群落多样性和土壤C∶N∶P生态化学计量特征的影响,分析了植物群落多样性与土壤C∶N∶P比及其他关键因子的关系。结果表明:少量N添加下,增施P肥促进了植物生物量积累,但中高量P添加抑制了多数植物生长,使牛枝子(Lespedeza potaninii)、草木樨状黄芪(Astragalus melilotoides)和苦豆子(Sophora alopecuroides)等物种重要值降低;随着P添加量增加,Shannon-Wiener多样性指数和Patrick丰富度指数先增加后降低,Simpson优势度指数逐渐增加,Pielou均匀度指数变化幅度较小;随着P添加量增加,土壤C∶P和N∶P比逐渐降低;土壤N∶P比、C∶P比、全P含量、速效P浓度以及微生物量C∶P比与植物群落多样性关系密切,意味着N沉降增加下趋于解耦的土壤元素平衡关系可能会影响到植物群落组成。综合以上结果,适量P添加可以通过提高土壤P有效性、增加凋落物归还量和刺激微生物P释放等途径,调节土壤P供给和植物P需求间的压力,从而缓解N添加引起的植物群落多样性降低。     

植物残体对青藏高原高寒草甸土壤、微生物和胞外酶C∶N∶P化学计量特征的影响

植物残体是引起土壤、微生物和胞外酶C∶N∶P改变的关键因素,但是其作用机理尚不明确。本研究以青藏高原东缘高寒草甸为对象,通过测定土壤、微生物生物量和胞外酶活性等指标,探究移除地上植物或根系及植物残体添加对土壤、微生物和胞外酶C∶N∶P的影响。结果表明: 与无人为扰动草甸相比,移除地上植物显著降低了土壤C∶N(变幅为-23.7%,下同)、C∶P(-14.7%)、微生物生物生物量C∶P、N∶P,显著提高了微生物生物量C∶N、胞外酶C∶N∶P。与移除地上植物相比,移除地上植物和根系显著降低了土壤C∶N(-11.6%)、C∶P(-24.0%)、N∶P(-23.3%)和微生物生物量C∶N,显著提高了微生物生物量N∶P和胞外酶N∶P;移除地上植物后添加植物残体显著提高了微生物生物量C∶N、C∶P和胞外酶C∶N,显著降低了胞外酶N∶P。与移除地上植物和根系相比,移除地上植物和根系后添加植物残体显著降低了土壤C∶N(-16.4%)、微生物生物量C∶P、N∶P和胞外酶N∶P,显著提高了胞外酶C∶N。综上可知,去除植物显著影响土壤、微生物和胞外酶的C∶N∶P,微生物生物量和胞外酶C∶N∶P对植物残体的响应更为敏感。有无根系是添加植物残体时土壤、微生物和胞外酶的生态化学计量稳定性强弱的关键所在。添加植物残体的措施适用于植物根系尚且完好的草甸,有利于高寒草甸土壤碳固存,对没有根系的草甸土壤可能不适用,会增加土壤CO₂排放。     

降水量变化与氮添加下荒漠草原土壤酶活性及其影响因素

土壤酶主要由植物根系和微生物分泌产生, 参与有机质降解和元素循环等重要过程。研究降水量变化和氮(N)添加下土壤酶活性及其与植物群落组成以及微生物活动间的联系, 可为深入理解全球变化背景下植被-土壤系统中元素的循环与转化机制提供科学依据。该研究基于2017年在宁夏荒漠草原设立的降水量变化(减少50%、减少30%、对照、增加30%以及增加50%)和N添加(0和5 g·m^-2·a^-1)的野外试验, 研究了2018-2019年土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性的变化, 分析了其与植物群落组成、微生物生态化学计量特征的关系。结果表明: 与减少降水量相比, 增加降水量对3种酶活性的影响较大, 但其效应与N添加以及年份存在交互作用。2018年增加降水量对3种酶活性的影响缺乏明显的规律性。2019年增加降水量不同程度地提高了3种酶活性。N添加对3种酶活性影响较小(尤其2019年); 草木樨状黄耆(Astragalus melilotoides)生物量与脲酶和磷酸酶活性负相关。糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)生物量与3种酶活性正相关。除Patrick丰富度指数外, 植物群落多样性指数普遍与3种酶活性负相关; 对酶活性影响较大的因子包括土壤pH、土壤全磷(P)含量和微生物生物量碳(C):N:P。因此, 短期内降水量变化及N添加对荒漠草原土壤酶的影响较小(尤其在减少降水量条件下); 降水量增加及N添加通过提高植物生物量、改变植物多样性、调节微生物生物量元素平衡以及增强土壤P有效性, 直接影响着土壤酶活性。鉴于土壤酶种类的多样化和功能的复杂性, 今后还需结合多种酶活性的长期变化规律, 深入分析全球变化对酶活性的影响机制。     

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。     

天山北坡植物土壤生态化学计量特征的垂直地带性

生态化学计量工作专注于植物与土壤的元素比例关系及其环境解释等问题上,还需要分析在连续环境梯度上元素比例关系的变化规律以进一步加深已有的认识。受水热梯度的影响,植被与土壤在天山北坡均存在明显的垂直地带性,这为探讨植物土壤生态化学计量特征的垂直带谱提供了有利条件。在天山中段北坡海拔1000—3840m范围内,按海拔梯度对植物和土壤分别采样,测定其C、N、P含量。结果表明:(1)随海拔的升高,植物C、N、P含量及其计量比变化规律各不相同,C含量随海拔变化保持不变,仅山地针叶林显著低于亚高山灌丛草甸、高山垫状植被和山前灌木(P0.05);N含量、C∶P、N∶P随海拔先升高后降低,山地针叶林和亚高山灌丛草甸显著高于山地荒漠草原、山地草原、高山垫状植被(P0.05);P含量、C∶N则是随海拔先降低后升高,高山垫状植被显著高于其他植被类型,山地荒漠草原、山前灌木和高山草甸显著高于山地草原、针叶林和亚高山灌丛草甸(P0.05)。(2)从生活型角度,乔木、灌木和草本C、N含量、C∶N差异不显著,灌木P含量、C∶P、N∶P显著高于草本(P0.05);乔木和灌木更受P限制,草本更受N限制。(3)随海拔的升高,土壤C、N、P含量、C∶P、N∶P均先升高后降低,其中山地针叶林和亚高山灌丛草甸均显著高于山地荒漠草原和山地草原(P0.05),土壤C∶N表现为一直降低,山地荒漠草原显著高于其他植被类型(P0.05)。(4)植物C、N、P及计量比与土壤相关性分析中,仅植物C∶P与土壤C∶P相关性显著,且植物C、N、P含量与土壤相关系数小于植物C∶P、N∶P与土壤相关系数。在垂直地带性上,土壤主要通过生态化学计量比影响植物的生长。     

氮磷添加对呼伦贝尔草甸草原4种优势植物根系和叶片C∶N∶P化学计量特征的影响

近年来大量的氮添加实验表明,持续氮沉降往往会造成植物生长由氮限制转变为磷限制或氮磷共限制,但目前还很少有报道涉及磷添加或氮磷共同添加以研究氮磷元素之间的平衡/失衡的生态后果。本研究依托额尔古纳氮磷添加平台,研究了草甸草原4种优势植物羊草(Leymus chinensis)、贝加尔针茅(Stipa baicalensis)、狭叶柴胡(Bupleurum scorzonerifolium)和披针叶黄华(Thermopsis lanceolata)根系及叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)含量与计量特征的变化。结果表明:氮添加或磷添加对4种植物根、叶部的C含量均无显著影响;磷添加对羊草、贝加尔针茅和狭叶柴胡的根、叶部N含量和C∶N无显著影响,对羊草根部、狭叶柴胡叶部的P含量和C∶P也无显著影响,但显著增加了羊草叶、狭叶柴胡根以及贝加尔针茅根和叶部的P含量,降低了其C∶P;氮添加显著提高了羊草、贝加尔针茅和狭叶柴胡根、叶部的N含量,降低了其C∶N,对羊草和狭叶柴胡根、叶部的P含量和C∶P无显著影响,但显著增加贝加尔针茅根、叶部的P含量和降低其C∶P,同时显著提高了羊草、贝加尔针茅和狭叶柴胡根、叶部的N∶P;氮添加和磷添加对豆科植物披针叶黄华根、叶部的养分含量与计量特征均无显著影响;氮磷添加对4种植物根、叶部养分含量与计量特征的影响均不存在显著交互作用。研究结果说明,物种属性在决定植物养分和化学计量特征对养分富集的响应方面发挥着重要作用。不同物种养分含量和计量特征发生的改变对于预测未来养分富集情况下植物群落组成的改变将具有重要参考意义。     

荒漠草地沙漠化对土壤‐微生物‐胞外酶化学计量特征的影响

为探讨荒漠草地沙漠化对"土壤-微生物-胞外酶"系统生态化学计量的影响机理,该研究采用空间序列代替时间演替的方法,研究了宁夏盐池荒漠草地沙漠化过程中土壤、土壤微生物及土壤胞外酶碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量的变异特征。结果表明:(1)随着荒漠草地沙漠化的不断加剧,土壤C、N、P含量和土壤C:P、N:P均呈降低趋势,而土壤C:N逐渐增加。(2)荒漠草地沙漠化过程中,土壤微生物生物量C (MBC):微生物生物量P (MBP)、微生物生物量N (MBN):MBP和土壤β-葡萄糖苷酶(BG):N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)逐渐降低,而土壤BG:磷酸酶(AP)和NAG:AP基本表现为增加趋势。(3)随着荒漠草地沙漠化程度的加剧,土壤微生物C利用效率CUEC:N和CUEC:P与土壤微生物N利用效率NUEN:C和土壤微生物P利用效率PUEP:C的变化趋势相反。(4)荒漠草地土壤、土壤微生物生物量和土壤胞外酶C:N化学计量(C:N, MBC:MBN, BG:NAG)与土壤、土壤微生物生物量和土壤胞外酶N:P化学计量(N:P,MBN:MBP,NAG:AP)显著负相关,而土壤和胞外酶C:N化学计量(C:N,BG:NAG)与土壤和胞外酶C:P化学计量(C:P,BG:AP)显著正相关。土壤N:P与土壤MBN:MBP显著正相关,而与土壤NAG:AP显著负相关。分析表明,荒漠草地沙漠化过程中土壤微生物生物量及胞外酶活性随着土壤养分的变化而发生变化;微生物-胞外酶C:N:P生态化学计量与土壤养分存在协变关系,为理解荒漠草地土壤-微生物系统C、N、P循环机制提供理论依据。     

宁夏贺兰山青海云杉林藓类植物C∶N∶P化学计量特征

为探究山地森林生态系统藓类C、N、P化学计量学特征及适应机制,本研究沿海拔梯度在宁夏贺兰山青海云杉林设置15个样地,分析藓类地上组织C∶N∶P化学计量特征及其与环境因子的关系。结果表明：藓类植物地上组织C、N、P含量与海拔无关,且均值分别为336.67、20.31和0.66 mg·g^-1;地上组织N∶P均值为33.4,说明藓类植物生长受P限制。藓类植物地上组织中C含量与土壤全氮含量呈显著正相关,与土壤全磷含量呈显著负相关;藓类植物地上组织中N含量与土壤有机碳和土壤全氮含量均呈显著负相关。冗余分析表明,环境因子对藓类地上组织化学计量特征的解释率为48.5%,主要环境影响因子为郁闭度、土壤全氮、土壤全磷;高郁闭度对藓类植物的生长具有促进作用。     

新疆45种荒漠植物粗根碳、氮、磷计量特征及其与环境的关系

通过测定新疆44个样地45种荒漠植物的粗根碳(C)、氮(N)、磷(P)元素含量,探索荒漠植物化学计量特征与环境因子的关系。结果表明:荒漠植物粗根C、N和P含量为440±73、9.86±3.84和0.82±0.48 mg·g-1,C∶N、C∶P和N∶P为51±21、707±388和15±10。不同生活型植物的粗根C含量存在显著差异,其中乔木最高、灌木次之、草本最低,而粗根P含量表现为相反的趋势;此外,灌木的粗根N含量显著高于乔木和草本。C与P、N与P呈异速生长关系,其幂指数分别为-0.460、0.699。C、N、P化学计量特征与经纬度、年平均温度、年平均降水量存在非线性关系。荒漠植物粗根C、N、P计量特征主要受气候因子的影响,生活型差异和土壤养分影响次之,反映了荒漠植物生长主要受水分限制。     

Effects of desertification on the C:N:P stoichiometry of soil,microbes, and extracellular enzymes in a desert grassland

为探讨荒漠草地沙漠化对“土壤-微生物-胞外酶”系统生态化学计量的影响机理, 该研究采用空间序列代替时间演替的方法, 研究了宁夏盐池荒漠草地沙漠化过程中土壤、土壤微生物及土壤胞外酶碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量的变异特征。结果表明: (1)随着荒漠草地沙漠化的不断加剧, 土壤C、N、P含量和土壤C:P、N:P均呈降低趋势, 而土壤C:N逐渐增加。(2)荒漠草地沙漠化过程中, 土壤微生物生物量C (MBC):微生物生物量P (MBP)、微生物生物量N (MBN):MBP和土壤β-葡萄糖苷酶(BG):N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)逐渐降低, 而土壤BG:磷酸酶(AP)和NAG:AP基本表现为增加趋势。(3)随着荒漠草地沙漠化程度的加剧, 土壤微生物C利用效率CUE_C:N和CUE_C:P与土壤微生物N利用效率NUE_N:C和土壤微生物P利用效率PUE_P:C的变化趋势相反。(4)荒漠草地土壤、土壤微生物生物量和土壤胞外酶C:N化学计量(C:N, MBC:MBN, BG:NAG)与土壤、土壤微生物生物量和土壤胞外酶N:P化学计量(N:P, MBN:MBP, NAG:AP)显著负相关, 而土壤和胞外酶C:N化学计量(C:N, BG:NAG)与土壤和胞外酶C:P化学计量(C:P, BG:AP)显著正相关。土壤N:P与土壤MBN:MBP显著正相关, 而与土壤NAG:AP显著负相关。分析表明, 荒漠草地沙漠化过程中土壤微生物生物量及胞外酶活性随着土壤养分的变化而发生变化; 微生物-胞外酶C:N:P生态化学计量与土壤养分存在协变关系, 为理解荒漠草地土壤-微生物系统C、N、P循环机制提供理论依据。     

外源磷添加对西双版纳热带雨林土壤生态化学计量特征的影响

西双版纳热带雨林是我国热带雨林生态系统保存最完整、最典型、面积最大的地区。为探讨磷添加对西双版纳热带雨林土壤生态化学计量碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其生态化学计量比的影响,本研究以西双版纳植物园、瑶区乡、尚勇与纳板河四处原始林区为对象,设置P添加实验。结果表明:西双版纳热带雨林土壤N、P元素更易受外源P输入影响,植物园与瑶区乡、尚勇、纳板河C∶P、N∶P存在显著差异;在P添加下,4个地点因海拔、水热气候条件和微生物活动强弱等不同,土壤养分与计量特征具有不同变化特征;在外源P输入的情况下,西双版纳热带雨林低海拔地区土壤有效P增加,植被吸收P能力增强,土壤N∶P升高,生态系统表现为P限制;而高海拔地区热带雨林中植物和微生物的N吸收增强,凋落物、微生物P释放增加,土壤N∶P降低,生态系统可能转变为N限制。     

不同氮磷比处理对甘草生长与生态化学计量特征的影响

大气氮(N)沉降增加加速了生态系统N循环,导致生态系统磷(P)需求增加。开展不同N:P处理对荒漠草原植物生长和生态化学计量特征影响的研究,不仅可为预测长期大气N沉降增加条件下植物和土壤的相互作用提供新思路,而且可为全球变化背景下我国北方草地植被的可持续管理提供科学指导。该文通过2013–2014年针对甘草(Glycyrrhiza uralensis)设立的不同N:P的盆栽控制试验,研究了不同N:P处理对甘草生物量和碳(C)、N、P化学计量学特征(叶片、根系和土壤)的影响,比较了C:N:P化学计量学特征在叶片、根系和土壤3个库间的差异和联系,探讨了土壤C:N:P化学计量比对甘草生长和养分摄取的指示作用。结果显示:N:P的适当减小降低了土壤和甘草(叶片和根系)的C:P和N:P,提高了甘草地上和地下生物量,说明适量的P添加提高了土壤P有效性和甘草P摄取能力、促进了甘草生长和生物量积累。但过低的N:P处理(高P添加)使土壤C:P和N:P显著下降,抑制了甘草对N的摄取,从而不利于甘草生长;甘草叶片和根系(尤其叶片)C:N:P化学计量学特征均与土壤C:N:P化学计量学特征存在不同程度的相关性,意味着土壤C、N、P及其计量关系的改变会直接作用于植物。以上结果表明,适当的人为P添加可通过调节土壤和植物叶片C:N:P化学计量学特征,缓解土壤和植物间P的供需压力,从而减缓长期大气N沉降增加对荒漠草原群落结构的不利影响。     

岷江上游干旱河谷优势灌丛群落土壤生态酶化学计量特征

与碳(C)、氮(N)和磷(P)分解矿化相关的土壤生态酶的相对活性可以揭示微生物生长和代谢过程的能量限制。尽管干旱生态系统愈来愈受到生态学家的关注,但在土壤水分有效性限制和斑块状分布的植被背景下,探讨土壤酶活性化学计量特征,及其与土壤物理、化学因子和土壤微生物群落结构的关系的相关研究仍十分缺乏。通过调查岷江干旱河谷不同水分梯度4个研究样地(两河口、飞虹、撮箕和牟托)灌丛及其丛间空地的土壤物理化学性质、微生物群落组成和土壤生态酶活性,探讨不同水分梯度样地间及灌丛和空地间土壤酶活性计量的分布特征。结果显示,岷江干旱河谷土壤C∶N∶P酶活性化学计量表现出了与全球尺度上酶活性化学计量的相对特异性(C∶N∶P=3∶2∶2 vs.1∶1∶1)。整体上,岷江干旱河谷区域土壤微生物生长代谢存在一定程度的N限制。虽然酶活性化学计量特征在所有空地和灌丛土壤之间总体未表现出显著差异,但对各研究地的进一步分析表明,两个相对干旱的两河口和飞虹样地表现出更为明显的N限制,而两个相对湿润的撮箕和牟托样地则存在一定的P限制。这种样地间的差异性主要受土壤水分有效性的驱动。逐步回归分析表明,土壤含水量是不同样地间土壤C∶N酶活性比(ln(BG)∶ln(NAG+LAP))和N∶P酶活性比(ln(NAG+LAP)∶ln(AP))的决定性影响因子。而土壤含水量与C∶N酶活性比具有显著正相关关系,与N∶P酶活性比表现为显著负相关关系。此外,土壤真菌、菌根真菌和真菌∶细菌比对土壤酶活性化学计量的影响,说明了真菌和菌根真菌类群对干旱河谷养分循环的重要作用。     

亚热带苔藓结皮对土壤-微生物-胞外酶化学计量特征的影响

生物结皮的形成和发育显著影响土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)循环及其化学计量特征,土壤微生物如何适应环境资源的化学计量变化仍不明确。本研究以三峡库区苔藓结皮为对象,分析结皮盖度(0、1%～20%、20%～40%、40%～60%、60%～80%和80%～100%)对土壤理化性质(0～5和5～10 cm土层)、微生物生物量和胞外酶活性[(β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(AP)]的影响,探索土壤-微生物-胞外酶C∶N∶P化学计量特征间的协变性。结果表明: 生物结皮发育显著提高了土壤黏粒、水稳性团聚体和土壤C、N、P含量,显著降低了土壤容重和砂粒含量;微生物生物量C、N、P和胞外酶活性均随结皮盖度的增大而显著增加;土层深度对土壤理化性质及C∶N∶P均无显著影响,但显著影响微生物生物量、胞外酶活性及BG∶AP和NAG∶AP。相关分析显示,土壤C、N、P含量与微生物生物量和胞外酶活性呈显著正相关,与BG∶NAG呈显著负相关,与NAG∶AP呈显著正相关,但与微生物生物量C∶N∶P无显著相关性;土壤-微生物、微生物-胞外酶C∶N∶P相关性均不显著,BG∶NAG∶AP随着微生物与土壤间C∶N∶P化学计量不平衡性的增加而逐渐降低。表明微生物养分代谢同时受N和P的限制,且P的限制较强烈,微生物可以通过调整自身生物量以及胞外酶C∶N∶P适应生物结皮发育驱动的土壤化学计量变化,从而维持内稳态。