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。     

黄土丘陵区植被与地形特征对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响

研究黄土丘陵区植被与地形特征对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征影响有助于深入理解黄土丘陵区不同植被带下土壤和土壤微生物相互作用及养分循环规律.选择黄土丘陵区延河流域3个植被区(森林区、森林草原区、草原区)和5种地形部位(阴/阳沟坡、阴/阳梁峁坡、峁顶)的土壤作为研究对象,利用生态化学计量学理论研究植被和地形对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响.结果表明: 土壤及土壤微生物生物量碳、氮、磷含量在不同地形之间的差别主要表现在沟坡位置和阴坡高于其他坡位和阳坡.植被类型的变化对两个土层(0～10、10～20 cm)土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响均达到显著水平,坡向对表层(0～10 cm)土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响强于坡位,而在10～20 cm土层,坡位对土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷影响更显著.植被类型显著影响土壤C∶N、C∶P、N∶P和土壤微生物生物量C∶N、C∶P,坡向和坡位仅影响土壤C∶P和N∶P,植被类型的变化是影响土壤C∶N的主要因素.同时,植被类型对土壤养分和微生物生物量碳、氮、磷含量及其生态化学计量特征的影响大于地形因子.标准化主轴分析结果表明,黄土丘陵区不同植被带土壤微生物具有内稳性,特别在草原带,土壤微生物生物量生态化学计量学特征具有更加严格的约束比例.在黄土丘陵区,土壤微生物生物量N∶P或许可以作为判断养分限制的另一个有力工具,若将土壤微生物生物量N∶P与植物叶片N∶P配合使用可能有助于我们更加精确地判断黄土丘陵区的土壤养分限制情况.     

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。     

喀斯特区不同退化程度植被群落植物-凋落物-土壤-微生物生态化学计量特征

为摸清喀斯特植被退化对群落各组分C、N、P生态化学计量特征及内稳态特征的影响，为喀斯特退化生态系统植被恢复与重建提供科学依据，以桂西北喀斯特地区5种退化程度植被群落为研究对象，测定了不同退化程度植被群落植物叶片、凋落物、土壤和微生物生物量的C、N、P含量，分析其化学计量比特征、相互关系及植物内稳性特征。结果表明：(1)随着退化程度加剧，叶片C、N、P含量、N∶P和凋落物N∶P、微生物量C显著下降，而叶片C∶N、C∶P则显著增加，且植物叶片N∶P<14;随退化程度加剧，凋落物N、P含量、土壤C、N、P含量、微生物量N、P呈先略有增后显著降低的趋势，且不同退化程度群落土壤N∶P和微生物量C∶N无显著差异。(2)叶片N、P含量与土壤N、P含量，叶片C∶P与土壤C∶N、C∶P、N∶P,叶片N∶P与凋落物N、N∶P,叶片C、N、P含量与微生物量C呈显著或极显著正相关关系；叶片C∶N与土壤C、N,叶片C∶P与土壤N、P,叶片N∶P与土壤P呈显著或极显著负相关关系。(3)喀斯特地区植物叶片N、P元素的内稳性指数(H)平均值分别为2.74和2.31,属于弱稳态型，叶片N∶P的H值为5.14,为稳...     

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。     

广西大青山杉木人工林碳氮磷生态化学计量特征

为研究杉木人工林生态系统植物、凋落物和土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量特征的差异和相互关系,以广西大青山杉木密度试验林为研究对象,测定了5种初植密度下杉木人工林针叶、草本、凋落物和土壤的C、N、P含量及其比值。结果表明:针叶的C、N、P含量最高,凋落物次之,土壤最低。C∶N、C∶P表现为凋落物针叶草本土壤,N∶P表现为凋落物草本针叶土壤。其中针叶的N∶P均值为16.69,凋落物C∶N显著高于N发生释放的C∶N的临界值(30)。杉木人工林针叶和草本N、C∶N呈显著负相关关系,针叶和土壤的C∶N、N∶P,草本和凋落物P含量、C∶P均呈显著正相关关系,体现了杉木生态系统内的C、N、P在针叶、草本、凋落物和土壤之间相互转化和循环。南亚热带杉木人工林植物生长受P限制,凋落物分解慢,土壤有机质的矿化作用慢,养分循环能力低,因此在人工林抚育管理中,应保护林下植被,适当施肥,提高土壤肥力,维持杉木林长期生产力。     

降水量及N添加对荒漠草原植物和土壤微生物C∶N∶P生态化学计量特征的影响

基于2017年在宁夏荒漠草原设立的降水量(减少50%、减少30%、自然降水、增加30%以及增加50%)和N添加(0和5 g·m~(-2)·a~(-1))野外试验,研究了植物和土壤微生物C∶N∶P生态化学计量特征,分析二者与土壤C∶N∶P生态化学计量特征及其他土壤因子的关系,以探讨降水格局改变和大气N沉降增加下荒漠草原植物和土壤微生物C∶N∶P平衡特征及其主要影响因素。结果表明:(1)减少降水量对荒漠草原植物和土壤微生物C∶N∶P生态化学计量特征的影响较小,反映了二者对短期干旱的适应性;增加降水量降低了植物和土壤微生物生物量N和P含量,不同程度地提高了C∶N和C∶P,但其影响程度与N添加有关。(2)增减降水量条件下, N添加对植物生态化学计量特征影响较小,但对土壤微生物C∶N∶P生态化学计量特征影响较大,尤其在增加降水量条件下表现得更明显,意味着降水激发了N添加效应。(3)植物全N含量、N∶P以及土壤微生物生物量N含量的内稳性较低,可较好地反映土壤N供给水平以及N、P受限类型。(4)与植物C∶N∶P生态化学计量特征关系较强的土壤因子为速效P含量、磷酸酶活性、电导率、C∶P和有机C含量,与土壤微生物C∶N∶P生态化学计量特征关系较强的土壤因子有电导率、含水量、蔗糖酶活性和磷酸酶活性,表明植物和土壤微生物C∶N∶P平衡特征主要受其他土壤因子的调控,而非土壤元素平衡关系。     

生态系统碳氮磷元素的生态化学计量学特征

生态系统元素平衡是当前全球变化生态学和生物地球化学循环的研究热点和焦点.在系统介绍生态化学计量学与碳氮磷元素循环研究进展的基础上,重点从土壤C:N:P化学计量比的分布特征、指示作用、对碳固定的影响,以及人类活动对C:N:P比的影响等方面探讨了C:N:P比在养分限制、生物地球化学循环、森林演替与退化等领域中的应用等问题,并展望了生态系统碳氮磷平衡的元素化学计量学未来研究的发展方向.通过对生态化学计量学理论和方法的研究,可以深入认识植物-凋落物-土壤相互作用的养分调控因素,对于揭示碳氮磷元素之间的相互作用及平衡制约关系,为减缓温室效应提供新思路和理论依据,具有重要的现实意义.     

半干旱黄土小流域不同植被类型植物与土壤生态化学计量特征

生态化学计量学是研究生态系统元素平衡与能量流动的有效方法,明确不同植被恢复类型下植物与土壤化学计量特征对揭示黄土高原植被恢复中生态系统养分循环具重要意义,可为黄土高原植被恢复类型的选择提供可行性依据。以典型半干旱黄土小流域3种植被恢复方式下（天然荒草、自然恢复、人工恢复）的5种植被类型（长芒草草地、赖草草地、苜蓿草地、柠条灌丛、山杏林）为研究对象,分析不同植被类型下叶、茎、根及土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）含量及化学计量特征。结果表明：1）植物不同器官和植被类型对植物生态化学计量特征都具有显著影响,C、N、P含量在5种典型植被中均表现为叶>茎>根。人工恢复植被各器官C、N含量及N ∶ P均显著高于天然荒草地,与自然恢复植被无显著差异;其中,在人工恢复植被中山杏各器官C含量最高,柠条各器官N含量最高。叶、茎、根的C ∶ N则表现为自然恢复植被显著高于人工恢复植被与天然荒草地。P含量、C ∶ P则在不同植被恢复类型间无显著差异。2）不同植被恢复类型下土壤C、N、P含量及化学计量特征具一定差异。人工恢复植被土壤C、N、P含量及C ∶ P、N ∶ P均为最高,显著高于自然恢复植被土壤;人工恢复植被中柠条土壤C、N含量及C ∶ P、N ∶ P均显著高于其他植被土壤。土壤C ∶ N在各植被类型间无显著差异。3）不同植被恢复类型下C、N、P含量在植物叶片与土壤间的相关性存在差异,说明植物自身生长特性影响着养分在植物与土壤间转化与传递。以5种典型植被整体来看,植物叶、茎、根的生态化学计量特征在彼此间均呈显著正相关。在植物与土壤间,植物各器官N含量与土壤C、N、P含量呈显著正相关,植物各器官N ∶ P与土壤N ∶ P呈显著正相关,表明该黄土小流域生态系统中植物与土壤生态化学计量特征的变化是相互制约,相互影响的。     

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...     

滇池流域富磷区不同土壤磷水平下植物叶片的养分化学计量特征

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。     

西南喀斯特典型石漠化生态系统土壤养分生态化学计量特征及其影响因素

喀斯特石漠化生态系统土壤养分元素生态化学计量特征及其对环境变异的生态响应是喀斯特退化森林生态系统恢复重建必需明确的关键科学问题。为探明喀斯特石漠化土壤C、N、P、K养分元素生态化学计量特征,探讨其对环境因子的响应,对西南喀斯特3个典型石漠化调查点(贵州毕节鸭池、清镇红枫湖和关岭-贞丰花江) 90个样方土壤及环境因子调查取样,研究了其土壤有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)及全钾(K)的化学计量特征及其影响因素。结果表明:西南喀斯特典型石漠化生态系统土壤C、N、P、K平均含量分别为45.61、2.54、0.79 g/kg和3.33 g/kg,计量比C∶N、C∶P、C∶K、N∶P、N∶K、P∶K平均值分别为19.56、65.07、23.65、3.45、1.32和0.39。4个土壤养分元素中,K元素表现明显高于其他元素的波动性。土壤养分含量及化学计量比在不同调查点、石漠化等级及植被覆盖率环境均有显著差异。无石漠化环境土壤养分C、N、P含量显著大于潜在、轻度、中度和强度石漠化,而强度石漠化环境土壤养分K含量却显著高于其他等级石漠化。土壤养分含量之间及其与化学计量比之间多具有显著的非线性相关关系。降水、温度、岩石裸露率和土地覆被是西南喀斯特石漠化生态系统土壤养分及其化学计量比最主要的影响因素。研究结果对丰富土壤生态化学计量学科学理论和我国西南喀斯特石漠化退化植被科学恢复具有重要意义。     

生态化学计量学特征及其应用研究进展

生态化学计量学已成为生态学研究的热点问题。作为一门新兴学科,综观国内外最新研究进展,相关研究目前尚存在着许多不足。基于此,从全球与区域尺度、功能群尺度及个体水平3个方面阐述生态化学计量学特征,从空间、时间、生境和植物类型等生物与非生物因素综述生态化学计量学特征的驱动因素。并讨论生态化学计量学特征在限制性养分判断、生态系统稳定性、生长率与C:N:P关系中的应用。     

黄土丘陵区小流域土壤碳氮磷生态化学计量特征的空间变异性

土壤碳、氮、磷是植物重要的营养来源和保障生态系统健康的重要生态因子,其含量及化学计量比的动态平衡对生态系统的生产力具有重要影响,分析土壤碳、氮、磷养分含量及化学计量比的空间变异性和影响机制,对区域土壤养分管理以及土地可持续利用具有重要意义。本研究选取位于黄土高原东缘的三眼井小流域,利用经典统计与地统计相结合的方法,分析了研究区表层土壤(0~20 cm)有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)以及土壤碳氮磷的化学计量比的空间变异性和影响机制。结果表明:(1)研究区表层土壤SOC、TN和TP的平均值分别为3.97、0.83和0.6 g·kg-1,C∶N、C∶P、N∶P的平均值分别为4.73、6.02、1.26,均属于中等变异水平。(2)土地利用类型和地貌类型对研究区土壤SOC、TN具有显著影响,林地和荒草地高于梯田和退耕地,梁上高于沟谷;TP主要受土地利用类型的显著影响,梯田显著高于其他三种土地利用类型;土地利用类型对土壤C∶N、C∶P和N∶P的影响较为一致,表现为梯田显著低于其他土地利用类型;C∶N还受到坡度和地貌类型的显著影响,C∶P和N∶P还分别受到坡度和海拔的显著影响。(3)采用回归克里格法得到的预测图更能体现环境要素的作用,空间预测精度较高,土壤碳、氮、磷生态计量特征的空间分布格局具有明显差异。因此,针对土壤碳、氮、磷生态计量特征的空间分布格局,采取不同的有机旱作、平衡施肥及水土保持措施等,并进行合理的空间配置,有助于改善研究区土壤碳、氮、磷的平衡状况。     

洱海流域44种湿地植物的氮磷含量特征

研究湿地植物中的氮和磷含量既能帮助了解其所处生境的营养状况,又能为湿地生态恢复提供指导。测定了洱海流域44种湿地植物干生物量中的氮、磷含量。结果表明洱海湿地植物中总氮和总磷平均含量为15.7 mg/g和3.3 mg/g,变化范围为6.4-34.3 mg/g和1.4-6.5 mg/g,明显高于其他地区;氮磷比范围为2.2-9.5,显示该地区磷过剩,氮是限制因子;不同功能群植物间的氮和磷含量有显著差异,总氮含量以沉水植物最高而挺水和漂浮/浮叶植物最低,而总磷含量则为湿生植物最高而沉水植物最低;植物的地上部分分别占有整株72%的生物量、82%的氮含量和75%的磷含量,表明收割湿地植物的地上部分可以高效去除湿地生态系统中的氮和磷。     

重点脆弱生态区生态恢复模式现状与发展方向

生态系统退化严重影响区域可持续发展,控制生态系统退化和生态恢复已成为重要议题。我国脆弱生态区分布广泛,生态系统退化显著,荒漠化、水土流失、石漠化等问题突出,针对这一问题,我国已开展一系列生态恢复工程,积累了数量众多的生态恢复模式。在梳理重点脆弱生态区(北方风沙区、青藏高寒区、干旱荒漠区、黄土高原区和喀斯特地区)生态环境问题现状基础上,整理了针对不同脆弱生态区及亚区的生态恢复模式,构建了一套全面评估生态恢复模式的综合效益的指标体系,结合实地调查和数据收集,评估了脆弱生态区的生态恢复模式的综合效益,基于此提出生态恢复实践中应将生物多样性和生态系统服务提升作为重要目标,同时加强针对生态恢复模式的成本效益分析,综合设计生态恢复管理制度,搭建重点脆弱生态区生态恢复信息平台可为生态恢复模式筛选和优化提供决策支持。     

青藏高原高寒草甸不同海拔土壤酶化学计量特征

土壤酶在生态系统物质循环和能量流动中起着关键作用,研究土壤酶活性对于探讨生态系统功能有着重要意义.采用Biolog微平板技术,研究不同海拔(4300～5100 m)土壤酶活性和酶计量比的变化特征及影响机制.结果表明:与C循环密切相关的β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、与N循环密切相关的β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、L-亮氨酸氨基肽酶(LAP)以及与P循环密切相关的酸性磷酸酶(AP)活性均随海拔升高呈现先上升后下降的单峰变化趋势,整体表现出4800 m>4950 m>4400 m>4650 m>5100 m>4300 m;土壤N∶P酶活性比呈现与土壤酶活性相同的先上升后下降单峰变化趋势,在4950 m处达到最高值;而土壤C∶N和C∶P酶活性比表现出沿海拔升高逐渐增加的趋势.有机碳(SOC)、土壤全氮(TN)、土壤含水量与4种酶活性均呈显著正相关;年均温度与NAG、AP呈显著正相关;年降水量与NAG、AP呈显著负相关;土壤C∶P酶活性比、土壤N∶P酶活性比与年均温度、年降水量、植被Shannon多样性指数、植被丰富度指数、植被盖度和TN呈显著正相关.年均温、年降水量、植被丰富度、植被覆盖度、土壤全氮和溶解性有机碳显著影响土壤C∶N酶活性比.青藏高原草甸不同海拔土壤酶活性和酶计量比呈现显著的海拔差异,且高海拔地区存在一定的N限制.土壤酶活性海拔差异主要受到土壤含水量、TN、SOC、年降水量和年均温度的影响.     

C:N:P stoichiometry in soil: is there a “Redfield ratio” for the microbial biomass?

Well-constrained carbon:nitrogen:phosphorus (C:N:P) ratios in planktonic biomass, and their importance in advancing our understanding of biological processes and nutrient cycling in marine ecosystems, has motivated ecologists to search for similar patterns in terrestrial ecosystems. Recent analyses indicate the existence of “Redfield-like” ratios in plants, and such data may provide insight into the nature of nutrient limitation in terrestrial ecosystems. We searched for analogous patterns in the soil and the soil microbial biomass by conducting a review of the literature. Although soil is characterized by high biological diversity, structural complexity and spatial heterogeneity, we found remarkably consistent C:N:P ratios in both total soil pools and the soil microbial biomass. Our analysis indicates that, similar to marine phytoplankton, element concentrations of individual phylogenetic groups within the soil microbial community may vary, but on average, atomic C:N:P ratios in both the soil (186:13:1) and the soil microbial biomass (60:7:1) are well-constrained at the global scale. We did see significant variation in soil and microbial element ratios between vegetation types (i.e., forest versus grassland), but in most cases, the similarities in soil and microbial element ratios among sites and across large scales were more apparent than the differences. Consistent microbial biomass element ratios, combined with data linking specific patterns of microbial element stoichiometry with direct evidence of microbial nutrient limitation, suggest that measuring the proportions of C, N and P in the microbial biomass may represent another useful tool for assessing nutrient limitation of ecosystem processes in terrestrial ecosystems.