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。     

青藏高原东部山地草地土壤碳、氮、磷元素计量特征

以青藏高原东部山地草地作为研究对象, 分析了0—30 cm 土壤层有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)化学计量特征, 并探讨其与纬度、海拔、年均气温、年降水量、干旱因子之间的关系。结果表明: (1)在土壤垂直剖面上, 土壤C、N含量变异性较大, 表层土壤含量高于底层; 土壤P 含量垂直变异性较小, 各土壤层间没有显著差异; 土壤C:N 变化范围为7.52—18.47、均值为11.62, 比较稳定, 各土壤层间没有显著差异; 土壤C:P 变化范围为22.86—156.76, 均值为62.06, N:P 变化范围 1.02—9.92, 均值为4.85, C:P 和 N:P 比值随土层加深显著降低。(2)土壤C 含量与N 含量极显著正相关(P<0.01), 随海拔、年降水量、干旱指数的增大而增大, 而随年均气温的增加而降低; 土壤P 与环境因子没有显著关系。(3)土壤C、N、P 含量及其比值在纬度梯度上没有规律性变化。土壤C:P 和 N:P 比值随海拔的升高而增大, 说明在青藏高原东部沿纬度分布的山地草地中土壤磷有效性随海拔的升高而降低; C:N 比值相对稳定, 受环境因子的影响较小。     

马衔山不同海拔土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量特征

研究半干旱地区土壤碳、氮、磷化学计量特征,了解其空间变化规律,有助于揭示半干旱地区C、N、P循环对全球气候变化的响应。本研究以半干旱区的马衔山为对象,选择5个海拔的7个样地,采集0～15、15～30 cm层的土壤,测定其有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、pH、含水率等理化性质,分析其SOC、TN、TP化学计量与土壤理化因子之间的关系。结果表明:(1) 0～15 cm土壤SOC、TN、TP含量高于15～30 cm土壤。表层土壤SOC、TN含量随海拔升高呈增加趋势,TP含量随海拔升高变化较小。(2) C∶N随海拔增加呈先增加后降低趋势,C∶P、N∶P随海拔升高均呈增加趋势。(3)在0～15 cm土壤中,pH与SOC、TN含量及C∶P呈显著负相关,在15～30 cm土层中,pH与SOC、TN、TP含量及化学计量特征关系不显著;土壤含水率与0～15、15～30 cm层土壤中SOC、TN含量均呈极显著正相关。本研究显示,在半干旱区的马衔山地区,土壤含水率随海拔增加而增加,而SOC、TN含量及C∶P、N∶P也呈增加趋势,土壤养分含量及化学计量均受土壤含水率影响。     

上海金泽水库典型挺水植物碳、氮、磷化学计量特征的季节变化

为探究不同水生植物碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比随季节的变化特征,本研究以上海金泽水库库区四种典型挺水植物旱伞草(Cyperus alternifolius),芦苇(Phragmites australis),千屈菜(Lythrum salicaria),水葱(Scirpus validus)为例,开展了季节性取样及室内分析,结果显示:(1)四种植物碳氮磷含量的变化规律不同。其中,对于植物碳含量,旱伞草和芦苇均无显著差异,千屈菜和水葱仅在冬季显著降低。对于植物氮含量,除旱伞草外,其他植物均在春季生长初期显著降低,在夏季生长旺盛时期显著升高,而旱伞草四季无显著差异。对于植物磷含量,水葱在四季均无显著差异,芦苇和千屈菜在冬季植物休眠期显著降低,旱伞草和芦苇磷含量在夏季显著降低。(2)四种植物C/N/P的季节性变化特征不同。其中,旱伞草C/N四季间无显著差异,其他3种植物C/N在春季生长初期显著升高;在C/P方面,水葱四季间无显著差异,芦苇和千屈菜在春季显著降低,旱伞草和芦苇C/P在夏季显著升高;常绿植物旱伞草N/P在四季无显著差异,其他3种植物N/P均在冬季生物量低时显著升...     

麻栎种源林叶片碳、氮、磷化学计量特征的变异

结合林木育种方法,以3个麻栎种源试验林为研究对象,测定了29个麻栎种源叶片碳、氮、磷化学计量特征.结果表明: 地点(环境)显著影响叶片碳、氮、磷、碳氮比、碳磷比、氮磷比,解释量占总变异量的13.2%～66.7%,而种源(遗传)的影响并不显著,解释量只占总变异量的2.9%～11.0%.叶片氮与碳氮比、氮与氮磷比、磷与碳磷比、磷与氮磷比均具有显著的相关性,且无论是地点间还是东西部种源间均存在共同的标准化主轴斜率.表明在单一树种(麻栎)水平上,种源间具有相似的碳、氮、磷生化过程,其叶片化学计量特征主要受环境的影响;而化学计量特征在地点间和东西部种源间稳定的相关系数反映出叶片化学计量特征的特定耦合比例不受环境和种源的影响,支持化学计量学的内稳性理论.     

土地利用变化对东北温带幼龄林土壤碳氮磷含量及其化学计量特征的影响

土地利用方式的改变打破森林生态系统原有的碳氮磷平衡,从而显著地影响森林生态系统的生物地球化学循环过程。以地段相邻、林龄相同(10年生)、原始植被一致但土地利用方式不同(无土壤翻动的天然次生林[NS]、间作大豆而土壤翻动中等的人工林[MS]、间作人参而土壤翻动严重的次生林[SS])的温带幼龄林为对象,探索土地利用变化对土壤碳、氮、磷含量及相互关系的影响。结果显示:(1)土地利用方式显著改变表层和深层土壤碳含量,各土壤层次碳含量均呈现NSMSSS;而氮含量仅在0—20 cm具有显著性差异(P0.05);不同土地利用类型之间磷含量无显著差异(P0.05);表明碳氮磷对土地利用变化敏感程度不同。(2)SS土壤碳氮比(C/N)和碳磷比(C/P)低于NS和MS,而NS和MS之间C/N和C/P因土壤层次而异。不同土壤层次氮磷比(N/P)均随土壤翻动强度的增加而显著减小(NSMSSS,P0.05),且随土层加深而降低;表明N/P相对于C/N和C/P可能对土地利用变化具有更优生态指示功能。(3)土地利用变化显著改变土壤碳-氮、碳-磷、氮-磷的耦合关系。土壤碳-氮(C-N)之间存在极显著(P0.001)的线性关系,其中3种土地利用方式的土壤C-N关系的斜率差异不显著(P=0.458,共同斜率为11.1),但截距差异显著(P0.001)。结合本地区和全球文献数据分析指出,森林土壤碳氮关系既有大尺度上的普适性,又有小尺度上对土地利用方式响应的局域分异性。     

氮添加对昆仑山高山草地土壤、微生物和植物生态化学计量特征的影响

全球范围内的氮沉降增加改变了生态系统氮(N)素循环过程,由此带来的生态学效应已成为当前研究的热点。以昆仑山高山草地生态系统2种优势植物黄花棘豆(Oxytropis ochrocephala)和针茅(Stipa capillata)为研究对象,开展人工氮肥添加试验,研究土壤-微生物-植物系统各组分生态化学计量特征对氮添加的响应特征。结果表明:①氮添加显著提高了土壤NH4^+-N和土壤NO3^--N含量(P<0.05),土壤全N、全磷(P)、速效P含量没有明显变化。②氮添加条件下针茅叶片N含量增加,P含量降低,而黄花棘豆N和P含量无明显变化。③土壤微生物量碳(MBC)和微生物量氮(MBN)随着施氮量的增加呈现出先增加后降低的趋势,当施氮量为6N·m^-2·y^-1时呈现出最高值。土壤NH4+-N含量与土壤微生物量N含量有显著的正相关关系(P<0.01)。综合分析表明,短期氮添加有利于土壤养分和微生物量的积累,促进植物和微生物养分吸收利用。2种优势植物的生态化学计量特征对氮沉降的响应不同,过量的氮输入将会造成植物生长受到P限制,氮沉降会改变昆仑山高山草地生态系统的生物地球化学循环过程。     

中国南亚热带不同造林模式碳汇林土壤碳、氮、磷的积累及化学计量特征

碳汇林的固碳效益十分显著,是实现“碳中和”的主要碳增汇途径之一,在研究南亚热带地区不同造林模式碳汇林土壤碳汇的同时,研究碳汇林土壤氮、磷储量及土壤碳、氮、磷的生态化学计量特征,能够为不同造林模式碳汇林的土壤碳、氮、磷储量的评估提供科学依据。采取单因素随机区组设计,选择立地条件基本一致的研究区和4种造林模式(新造林、封山育林、补植套种、更新改造)的碳汇林,分析了不同造林模式土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)的含量、储量、生态化学计量比,以及微生物生物量碳(MBC)的变化特征。结果表明,不同造林模式碳汇林的土壤理化性质,碳氮磷储量、化学计量比及微生物生物量碳含量差异显著,且土壤碳氮磷储量随土壤深度增加而减少,表现出明显的垂直变化特征。4种造林模式下碳氮比(C/N)介于11.11—17.86,碳磷比(C/P)介于17.00—242.59,氮磷比(N/P)介于1.18—15.99之间,在0—60 cm土层上均以更新改造模式林最低,封山育林模式下C/P和N/P均显著高于其他造林模式。土壤SOC与TN、N/P呈极显著正相关关系,土壤TN与C/P呈极显著正相关关系。综合来看,封山育林模...     

入侵植物曼陀罗对本地植物功能性状和土壤碳、氮、磷化学计量特征的影响

为探讨不同入侵压力下入侵植物对本地植物功能性状土壤碳、氮、磷化学计量特征的影响,以入侵植物曼陀罗（Datura stramonium）及共存本地植物为研究对象,调查了无入侵区、轻度入侵区和重度入侵区（按入侵种盖度比例划分）的植物种类、株数、株高及本地植物群落的物种多样性,分析了各区入侵植物和本地植物叶片的比叶面积、碳含量、氮含量、碳氮比、叶片建成成本以及不同土层的碳、氮、磷化学计量特征。结果显示：随曼陀罗入侵压力的增加,本地植物种类及株数逐渐减少;曼陀罗株高和叶片氮含量在不同入侵压力下均显著高于本地植物,且随入侵压力的增加具有升高趋势;叶片碳氮比显著低于无入侵区本地植物;比叶面积、叶片碳含量和叶片建成成本等与入侵区本地植物相比不具有显著差异。随曼陀罗入侵压力的增加,土壤全氮含量、全碳含量、氮磷比与碳磷比显著增加,而全磷含量与碳氮比显著下降;土壤碳氮化学计量特征呈现出一定的表聚效应。这些研究结果表明,曼陀罗具有较高的资源捕获能力,并且改变了入侵地土壤特性,进而增强自身竞争能力以提高入侵力,这些可能是曼陀罗成功入侵的原因之一。     

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。     

氮磷施肥对拟南芥叶片碳氮磷化学计量特征的影响

研究植物碳(C)氮(N)磷(P)化学计量特征, 有助于了解C、N、P元素的分配规律和确定限制植物生长的元素类型, 理解生长速率调控的内在机制。该研究基于盆栽施肥试验, 测定不同N、P供应水平下拟南芥(Arabidopsis thaliana)叶片的生物量和C、N、P含量, 分析拟南芥的限制元素类型、验证生长速率假说、探讨N、P的内稳性差异和C、N、P元素间的异速生长关系。主要结果如下: 盆栽试验基质中限制元素是P, 施N过多可能引起毒害作用; 拟南芥的生长符合生长速率假说, 即随着叶片N:P和C:P的增加, 比生长速率显著减小; 叶片P含量存在显著的调整系数(3.5), 但叶片N含量与基质N含量之间无显著相关; 叶片N和P含量具有显著的异速生长关系, 但不符合N-P^3/4关系, 施P肥导致表征N、P异速生长关系的幂指数(0.209)显著低于施N肥处理(0.466)。该研究首次基于温室培养实验分析了拟南芥C、N、P的化学计量特征及其对N、P添加的响应, 研究结果将为野外研究不同物种、群落或生态系统的化学计量特征提供参考。     

Burial rates and stoichiometry of sedimentary carbon,nitrogen and phosphorus in Midwestern US reservoirs

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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...     

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...     

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...     

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...