桂西北喀斯特森林植物-凋落物-土壤生态化学计量特征

探明我国西南喀斯特生态脆弱区植被恢复重建背景下, 森林植物、凋落物与土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征有助于深入地认识喀斯特森林生态系统养分循环规律和系统稳定机制。该文选取桂西北典型喀斯特地区域3个原生林群落和3个自然恢复28年的次生林群落, 研究其“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P化学计量学特征及其内在关联。结果表明: 1)圆果化香树(Platycarya longipes)、伞花木(Eurycorymbus cavaleriei)和青檀(Pteroceltis tatarinowii)以及圆叶乌桕(Sapium rotundifolium)、八角枫(Alangium chinense)和黄荆(Vitex negundo) 6种植物的C、N、P平均含量分别为427.5、21.2、1.2 mg·g^-1; 凋落物C、N、P平均含量分别为396.2、12.7、0.9 mg·g^-1, 而表层土壤(0-10 cm) C、N、P平均含量分别为92.0、6.35和1.5 mg·g^-1。2)原生林N再吸收率(平均值为42.7%)高于次生林(平均值为36.5%), P再吸收率(20.4%)显著低于次生林(32.3%) (p < 0.05); 6个森林群落N的再吸收率均大于P的再吸收率。3)不同群落凋落物的C:N值差异不显著, 原生林植物的C:N值小于次生林、土壤C:N显著大于次生林; 原生林土壤C:P与次生林无显著差异, 植物与凋落物C:P小于次生林; 原生林凋落物与土壤N:P值小于次生林, 植物N:P比平均值均为17.4。4)研究区典型森林群落植物中N和P含量呈显著的正相关关系, 植物C:N与N:P、C:P与N:P比值均无明显相关关系; 经过对数变换后的土壤C:N与N:P呈显著负相关关系, 凋落物的C:P与N:P值呈极显著正相关关系。研究结果可为我国西南典型喀斯特脆弱生态区的生态功能恢复与植被重建提供科学依据。     

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。     

桂西北喀斯特地区退化群落灌草不同器官N、P生态化学计量内稳性特征

植物的生态化学计量内稳性特征是长期适应环境的结果,与其生态适应性策略有关。探明喀斯特退化群落灌草不同器官N、P元素的化学计量特征及其内稳性特征,为喀斯特地区植被群落退化过程中植物的适应策略研究提供依据,基于桂西北喀斯特地区５种退化程度植被群落的调查取样,测定不同退化群落灌木(叶、茎和根)和草本(地上部分和地下部分)N、P 含量,分析其化学计量特征、不同器官间的相互关系及其与土壤理化性质的相关性以及内稳性特征。结果表明:(1)灌木不同器官P含量表现为叶>茎>根,N含量和N ∶ P表现为叶>根>茎,草本P、N含量及N ∶ P均为地上部分> 地下部分;随退化程度加剧,灌木各器官和草本地下部分的N、P含量及灌木根N ∶ P均呈降低变化趋势,草本地上部分的N、P含量在前四个退化阶段为降低趋势,在Ⅴ阶段有所升高,草本地下部分N ∶ P则呈现先升高后降低趋势,其他N ∶ P无显著性变化;灌草叶片N ∶ P均小于14;(2)N和P含量在各器官中均呈显著正相关关系;灌草的不同器官之间的同一营养元素及元素比,以及灌木和草本之间的各器官的同一营养元素及元素比均呈正相关关系;(3)灌草各器官N、P含量、N ∶ P与土壤TN、TP、N ∶ P存在显著的正相关关系,灌草各器官P含量与土壤C ∶ P显著负相关;(4)灌木各器官H_N、H_p和H_{N ∶ P}均表现为叶>茎>根,草本地上部分的H_N大于地下部分,H_p和H_{N ∶ P}则反之;灌草同种器官不同元素之间则表现为N>P>N ∶ P。喀斯特地区退化群落中灌木较草本具有更高的内稳性,灌草生长主要受N限制,且N元素表现较高的内稳性;灌草各器官在植被群落退化过程中对N、P含量变化的响应具有一致性和协同性。     

不同林龄樟子松人工林土壤-针叶-微生物生态化学计量及稳态性特征

为明确樟子松人工林生态系统的养分特征和稳定机制,在辽西北章古台地区选取幼龄林、中龄林、成熟林和过熟林阶段的樟子松人工林为研究对象,探讨其土壤-针叶-微生物C、N、P含量及生态化学计量比特征,分析各组分的耦合关系和内稳态特性。结果表明：辽西北樟子松人工林土壤C、N、P养分贫瘠;与全球尺度相比,针叶具有较高C、P和较低N的特征;不同林龄相比,土壤C含量峰值12.93 g·kg^-1出现在过熟林,土壤N、P含量峰值0.41、0.25 g·kg^-1,针叶C、N、P含量峰值641.38、10.18、1.81 g·kg^-1,微生物C含量峰值165.68 mg·kg^-1,均出现在成熟林,微生物N、P峰值9.29、2.92 mg·kg^-1出现在中龄林;各林龄樟子松人工林土壤C∶N均高于全国平均水平,表现为N限制;仅过熟林土壤C∶P高于全国平均水平,表现为P限制;樟子松土壤、针叶、微生物C∶N、C∶P均在过熟林达到峰值,此阶段N、P限制最为强烈。樟子松人工林土壤、植物、微生物3个组分间的生态化学计...     

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...     

石漠化地区苔藓结皮对土壤养分及生态化学计量特征的影响

苔藓结皮是石漠化生态系统的重要地表覆被物,但其在土壤养分累积和元素循环过程中的作用尚不明确。以我国贵州典型喀斯特高原峡谷石漠化区-花江大峡谷两岸不同等级石漠化生境下的苔藓结皮及其覆被土壤为研究对象,研究了苔藓结皮覆被对土壤养分及生态化学计量特征的影响。结果表明:(1)苔藓结皮层养分含量显著高于下层土壤,结皮覆被土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)平均含量分别为25.95、3.05、1.00、5.10 g/kg和189.61、1.59、275.10 mg/kg,较无结皮覆被的裸土分别增加46.08%、26.50%、53.62%、20.25%、25.24%、110.47%和83.76%。(2)苔藓结皮覆被土壤C/N、C/K、P/K显著高于裸土,且随土层加深而递减;N/P显著低于裸土,且随土层加深而升高。(3)苔藓结皮覆被土壤养分恢复指数为33.16%—72.48%,呈现随石漠化等级升高而增加的趋势,中度和强度石漠化阶段较无石漠化阶段分别增加83.26%和118.58。本研究表明苔藓结皮能有效促进土壤养分累积,加速石漠...     

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...     

黄土高原不同人工林叶片-凋落叶-土壤生态化学计量特征

为探究“退耕还林(牧)”工程对陕西省子午岭林区的影响,分析3种典型的人工林(刺槐林、油松林和侧柏林)叶片-凋落叶-土壤的C、N、P含量及其生态化学计量特征.结果表明: 3种人工林不同组分中C、N、P含量大小均为叶片>凋落叶>土壤,刺槐林叶片N、P含量显著高于油松林和侧柏林.刺槐林、油松林和侧柏林叶片N∶P分别为12.2、5.4和6.1,油松和侧柏较刺槐林存在N亏损,C∶N和C∶P大小均为凋落叶>叶片>土壤,N∶P为叶片>凋落叶>土壤.油松林叶片C∶N与凋落叶C∶N间存在显著正相关关系.刺槐叶片在生长周期内吸收利用的N和P存在比例关系,且其凋落叶在元素再吸收后N和P的残留量也存在比例关系.与油松和侧柏相比,刺槐是黄土高原南部森林带最适宜的造林树种.     

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(P<0.01),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(P<0.05),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(P<0.05),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。     

长期施肥黄土旱塬农田土壤-微生物-植物系统碳氮磷生态化学计量特征

探讨长期不同施肥制度对农田土壤、植物生态系统的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其生态化学计量比的影响,可为揭示该系统能量平衡和养分循环,实现农业生态系统元素平衡及可持续发展提供参考意义。以位于黄土高原半干旱地区的长武国家黄土高原农业生态实验站长期施肥试验为研究对象,选取不施肥(CK)、单施氮肥(N)、单施磷肥(P)、施氮磷肥(NP)、单施有机肥(M)、氮肥配施有机肥(NM)、磷肥配施有机肥(PM)、氮磷肥配施有机肥(NPM)8个处理,分析了黄土旱塬典型农田土壤-微生物-植物生态系统中C、N、P含量及其生态化学计量变化规律。研究结果表明:1)长期单施有机肥和化肥配施有机肥处理可显著提高土壤和有机质C、N、P含量。2)氮、磷肥的输入显著降低了土壤和小麦C∶N、N∶P,施P显著降低了有机态C∶P和小麦C∶P;有机肥配施对微生物生物量和小麦C∶N∶P的影响更为明显。3)长期有机肥配施条件下土壤养分和小麦化学计量比存在较强的相关关系。微生物生物量碳与有机C、N、P呈显著正相关,土壤微生物生物量氮与土壤N、P总量呈显著正相关,微生物生物量磷与土壤C、N、P总量含量呈显著负相关;植株碳含量与微生物...     

西南喀斯特石漠化环境适生植物细根构型及其与细根和根际土壤养分计量特征的相关性

以西南喀斯特石漠化环境适生植物构树(Broussonetia papyrifera)、花椒(Zanthoxylum bungeanum)、刺梨(Rosa roxburghii)、火棘(Pyracantha fortuneana)为研究对象,采用挖掘法采集完整的细根根系,分析细根构型特征及其与细根和根际土壤C、N、P养分元素化学计量特征之间的相关性,探讨细根构型特征对石漠化贫瘠土壤生境的响应。结果表明:构树、花椒、刺梨、火棘细根构型均趋向于鱼尾形分支模式,细根拓扑指数分别为0.93、0.95、0.95和0.94。4种适生植物的细根连接长度较长,但细根根系分支率较小。构树、刺梨细根分支前后横截面积比不存在显著差异且分别为1.04、1.03,基本符合Leonardo da Vinci法则。细根构型与细根和根际土壤养分有一定的相关性。主成分分析结果表明,细根N含量及细根、根际土壤中与P相关的计量比均是影响细根构型的主要因子。进一步分析表明,4种适生植物通过减少细根次级分支、根系间的重叠、延长细根连接长度以获得充足的养分来应对环境的变化,提高对养分的吸收效率以及对喀斯特环境的生态适应性。研究结果...     

黔中石漠化区不同海拔顶坛花椒人工林生态化学计量特征

了解黔中石漠化区不同海拔顶坛花椒(Zanthoxylum planispinum var.dintanensis)人工林的生态化学计量特征,有助于深入认识其养分循环规律和元素丰缺状况。对顶坛花椒人工林叶片、凋落物和土壤C、N、P、K含量进行了测定,分析了生态化学计量特征及之间的关系。结果表明:(1)顶坛花椒人工林叶片OC、TN、TP、TK分别为228.11—446.81、0.96—5.69、2.17—5.60、6.42—17.74 g/kg,凋落物OC、TN、TP、TK依次为239.19—415.25、1.70—4.62、1.83—2.63、1.80—4.26 g/kg,土壤OC、TN、TP、TK分别为29.69—53.17、2.99—6.41、0.18—1.52、15.01—21.14 g/kg,土壤养分呈现低N高P格局;(2)叶片、凋落物、土壤C、N、P、K生态化学计量随海拔的分异规律不完全一致,其变化特征能够表明C、N来源多样,P、K来源相对固定;(3)土壤养分含量与叶片养分含量、生态化学计量之间多表现出显著相关,表明叶片养分主要来自土壤;总体上,土壤养分含量及其生态化学计量与凋落物养分含量具有弱的相关性,与凋落物养分生态化学计量具有强的相关性,表明凋落物和土壤之间存在一定的养分转换强度但是并非完全继承。     

西南喀斯特石漠化环境适生植物构树细根、根际土壤化学计量特征

为了解西南喀斯特石漠化适生植物构树(Broussonetia papyrifera)对贫瘠土壤养分环境的适应策略, 及其细根、根际土壤的化学计量特征对石漠化等级的响应, 该研究以西南喀斯特石漠化环境适生植物构树为研究对象, 运用生态化学计量学方法, 开展不同等级石漠化环境构树细根、根际土壤有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)、全钾(K)、全钙(Ca)及全镁(Mg)养分含量特征及C、N、P化学计量特征研究。结果表明, 除Ca含量外, 喀斯特石漠化环境适生植物构树细根、根际土壤的养分含量均处于较低水平; 细根N:P为12.59, 表明构树生长受N和P共同限制; 随着石漠化等级的增加, 细根C、N含量和C:N、C:P呈先降后升的变化趋势, K、P含量是则表现为先升后降, Ca、Mg含量和N:P无明显变化规律; 不同等级石漠化环境中的构树根际土壤N、P、K、Ca含量呈不同的变化趋势, 而C、Mg含量及C、N、P化学计量特征的变化较不显著; 细根与根际土壤的化学计量特征之间存在显著的相关性, 二者的C、P、Ca、Mg含量、C:N、C:P分别对应呈显著正相关关系, 而N含量呈极显著负相关关系; 细根的K含量则较为稳定, 几乎不受根际土壤养分的影响。     

喀斯特石漠化山地不同类型人工林土壤的基本性质和综合评价

以贵州喀斯特石漠化山地退耕还林工程区的刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林(RP)、千香柏(Cupressus duclouxiana)人工林(CD)、刺槐千香柏混交林(RD)及未造林地(CK)为研究对象, 探讨了土壤物理、化学性质和土壤酶活性的动态变化, 并对不同恢复类型的土壤质量进行了综合评价。结果显示: 1)各类型人工林的土壤物理特性明显优于未造林地。2)在RP、CD、RD及CK下, 土壤养分和pH值存在显著差异, 且速效养分在不同月份差异明显(p < 0.01)。3) RP、CD、RD及CK下的土壤脲酶的最大活性出现在9月, 最小活性出现于1月; 不同类型的人工林及CK下土壤蔗糖酶的活性存在显著差异(p < 0.01); 土壤过氧化氢酶的活性在一年的测定期内的变化趋势一致, 呈单峰型分布, 而碱性磷酸酶的活性却出现了两次峰值和一次谷值; 土壤多酚氧化酶的最小活性均出现在1月, RP在整个研究期间多酚氧化酶的活性最小。RP、CD、RD及CK下, 土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶和多酚氧化酶5种酶的活性在整个研究期间的平均值排序不同。4)土壤质量综合评价的结果表明, 土壤质量综合评价指数值(SQI)的大小排序为: RP (0.748) > RD (0.590) > CD (0.406) > CK (0.315)。结果表明, 退耕还林后土壤质量得到较明显的改善, 其中刺槐纯林和混交林的效果较好。     

喀斯特石漠化地区土壤养分对泡核桃功能性状的影响

为了探究喀斯特石漠化地区植物叶片功能性状及影响因素,以及揭示其对石漠化环境的适应机理,该文以中国南方喀斯特高原峡谷地区的泡核桃(Juglans sigillata)为对象,揭示土壤养分对叶片结构和光合性状的影响效应。结果表明：(1)泡核桃叶功能性状随石漠化等级增加,叶面积减小,比叶面积增大,叶干物质含量和叶组织密度先降后升,蒸腾速率、胞间CO₂浓度、气孔导度和光能利用率先下降后升高,其他性状变化趋势不显著。(2)冗余分析表明土壤养分能够解释37.4%的光合性状变异与53.4%的结构性状变异,其中全磷和溶解性有机碳对光合性状影响最大,而对结构性状影响最显著的是碱解氮和速效磷。(3)比叶面积分别与叶干物质含量极显著负相关,与净光合速率极显著正相关,叶厚度与叶组织密度极显著负相关,蒸腾速率与胞间CO₂浓度、气孔导度极显著正相关,水分利用速率与蒸腾速率、胞间CO₂浓度、气孔导度极显著负相关,光能利用率与净光合速率显著正相关。研究结果表明,泡核桃为适应喀斯特石漠化的特殊生境采取增强生长功能性状,同时提高资源获取能力的开拓型生长策略...     

云雾山不同恢复方式下草地植物与土壤的化学计量学特征

研究云雾山天然草地、灌草地、禁牧地、撂荒地4种恢复方式下草地各植物组分(植物地上部分、枯落物、根系)与土壤C、N、P化学计量特征及其相互关系.结果表明: 土壤与植物地上部分和根系的化学计量学特征显著相关,并且植物地上部分与根系之间P的联系比N紧密,土壤与植物地上部分和根系之间N的联系比P紧密,而土壤与枯落物、根系与枯落物的化学计量学特征相关性不显著.不同恢复方式间植物地上部分和根系总体的C、N储量无显著差异,P储量差异显著且以撂荒地最大(0.49 g·m^-2),禁牧地最小(0.29 g·m^-2).禁牧年限对植物和土壤的化学计量学特征影响较小;耕地撂荒恢复12年后土壤C、N(分别为9.98和1.07 g·kg^-1)仍显著低于天然草地(分别为14.27和1.55 g·kg^-1),两者植物化学计量特征的差异由撂荒地各植物组分P浓度高引起;由于根系生物量的稀释作用,天然草地根系N、P浓度最低(分别为6.25和0.57 g·kg^-1);灌草地地上部分N、P浓度偏低(分别为12.77和 0.98 g·kg^-1),但根系N、P浓度偏高(分别为9.30和0.77 g·kg^-1).物种组成是影响植物生态化学计量学特征变化的主要因素,不同恢复方式间群落相似度高则整体化学计量特征差异小.