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.     

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。     

四种红树植物根茎叶的碳氮磷化学计量特征

以漳江口红树林的秋茄(Kandelia candel)、木榄(Bruguiera gymnorrhiza)、桐花树(Aegiceras corniculatum)和老鼠簕(Acanthus ilicifolius)为研究对象,对其根、茎、叶中的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量以及生态化学计量学特征进行分析。结果表明:秋茄、桐花树、老鼠簕3种植物各器官中的C含量均表现为茎、叶显著大于根,秋茄、木榄、桐花树3种植物的N、P含量均表现为叶茎根;桐花树、老鼠簕不同器官的C含量变异系数均表现为根叶茎,秋茄、木榄、老鼠簕3种植物N含量的变异系数均表现为根、茎大于叶,秋茄、木榄、桐花树3种植物P含量的变异系数均表现为根、茎大于叶;秋茄、木榄、老鼠簕C∶N的变异系数为根、茎大于叶; 4种植物中,老鼠簕根、叶的P含量显著高于其他3种植物,茎的P含量略高于其他3种植物,根C、N、P与叶C、P的变异系数均大于其他3种植物; 4种红树植物叶的C∶N∶P质量比(151∶9∶1)显著小于根(187∶4∶1)和茎(239∶5∶1),叶的C、N和P的生态化学计量特征相对稳定。分析红树植物不同器官养分元素间的分配规律,可为大尺度的红树林生态化学计量学研究提供理论基础,并为红树植物的保护与可持续经营提供科学依据。     

长期施肥下农田土壤-有机质-微生物的碳氮磷化学计量学特征

探讨外源养分的输入对土壤系统内碳、氮、磷化学计量特征的影响,对于深刻认识农田土壤有机碳(C)和养分循环及其相互作用过程具有重要意义。以26年的农田长期定位施肥试验为平台,分析长期不同施肥条件下土壤、有机态及微生物生物量碳、氮、磷含量及其化学计量学特征,并根据内稳性模型y=c x~(1/H)计算其化学计量内稳性指数H。结果表明:与长期撂荒处理(CK_0)相比,种植作物条件下26年化肥配施有机肥处理(MNPK和1.5MNPK)显著降低微生物生物量氮含量,但显著提高了微生物生物量磷的含量。相对于撂荒处理,即使长期配施化肥磷处理(NP、PK、NPK),其土壤有机磷降低显著。对于C∶N比而言,化肥配施有机物料处理(秸秆或有机肥)的土壤C∶N比、有机质C∶N及微生物生物量C∶N比均显著低于化肥处理(N、NP、PK和NPK)。对于C∶P比而言,相对于撂荒处理,26年施用磷肥(化肥磷或有机磷)显著降低了土壤C∶P比和微生物生物量C∶P比,而CK和偏施化肥处理(N、NP和PK)显著降低了土壤有机质C∶P比。对于土壤N∶P比而言,撂荒处理土壤N∶P比显著高于其他处理,而撂荒处理土壤有机质N∶P比显著高于CK和化肥处理,表明不施肥或化肥条件下作物种植加剧了土壤有机质中氮素的消耗。微生物生物量C∶N、C∶P、N∶P比的内稳性指数H分别为0.24、0.75、0.64,不具有内稳性特征。微生物生物量C∶N、C∶P、N∶P比分别与土壤C∶N、C∶P、N∶P比呈显著正相关关系,但与土壤有机质碳氮磷化学计量比之间无显著相关性。表明土壤碳、氮、磷元素的改变会直接导致微生物生物量碳、氮、磷化学计量比的改变,但微生物生物量碳氮磷化学计量比对土壤有机质碳氮磷化学计量比无显著影响,土壤有机质的碳氮磷计量比可能更多是受到作物和施肥等养分管理措施的影响。     

有机物添加下太岳山油松林土壤微生物元素组成的稳态分析

在山西太岳山地区,向油松林土壤中分别添加生物炭、玉米秸秆、蒙古栎叶、油松叶、木屑等5种有机物,测定各处理的土壤养分、酶及微生物生物量等指标,研究外源有机物添加下土壤酶化学计量特征及微生物元素组成的内稳性。结果表明: 添加木屑显著增加了土壤N(17.1%)、P(37.6%)含量,显著增加了微生物生物量碳(118.0%)、氮(41.0%)、磷(176.6%)。C、N、P获取酶(β-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶、酸性磷酸酶)活性总体上随添加有机物C/N值(生物炭<蒙古栎叶<油松叶<玉米秸秆<木屑)的增加而增加,其化学计量变化受土壤养分状态及微生物生物量的调控。酶活性相对比例及矢量特性表明,研究区微生物生长受到P的限制,且添加有机物没有缓解P的制约作用。微生物生物量碳、氮及化学计量比C∶N、C:P、N∶P属于绝对稳态型,而微生物生物量磷处于非稳态。微生物通过改变酶的分配策略保持微生物体元素及比例的相对稳定,仅有微生物生物量磷对土壤养分变化表现出不稳定性,可能因为P是研究区微生物生长的限制性元素。     

Stoichiometric homeostasis in response to variable water and nutrient supply in a Robinia pseudoacacia plant–soil system

刺槐植物-土壤系统生态化学计量内稳性对水分和养分变异的响应特征 所有生物体都需要一定比例的元素来维持正常的生理代谢过程,它们的可塑性取决于它们利用外部资源的效率。阐明不同资源供应水平下植物、土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征之间的相互作用非常重要。本研究以一年生刺槐(Robinia pseudoacacia)幼苗为研究对象,测定不同水平水分、氮素和磷素处理下刺槐叶片、细根、土壤和微生物生物量C、N、P含量及其化学计量学指标。结果表明,刺槐叶片、细根、土壤和微生物生物量C、N、P含量及其化学计量特征会对其生存环境水分和养分条件的变化表现出一定程度的可塑性;方差分解分析结果表明,细根计量比解释了微生物生物量计量比方差的很大一部分;结构方程模型进一步揭示了细根计量比和叶片计量比是影响土壤微生物生物量C:N和C:P 的两个直接因素,而细根计量比具有较大的直接作用。此外,内稳性特征分析表明土壤微生物生物量C 和C:P对土壤养分变化较为敏感,其他指标均具有内稳性。这些结果明确了土壤微生物生物量化学计量的重要性,提高我们对不同生境水分和养分供应水平下植物-土壤系统养分循环机理的认识。     

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。     

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。     

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...     

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...     

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。     

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。     

不同植茶年限土壤-微生物生物量碳氮磷化学计量特征

退耕还林(草)等生态建设工程的实施引起土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)循环及其化学计量特征发生变化,继而对土壤微生物生物量的化学计量造成潜在影响,然而,土壤-微生物C∶N∶P化学计量的时间动态及协调关系仍不明确。本试验选取三峡库区小流域退耕地——茶园为研究对象,以玉米地为对照,探索土壤-微生物生物量C、N、P随植茶年限(<5 a、5～10 a、10～20 a、20～30 a和>30 a)的变化特征,分析其化学计量比、微生物熵(qMBC、qMBN、qMBP)、化学计量不平衡性(土壤C、N、P计量比与微生物生物量C、N、P计量比的比值)之间的关系。结果表明：随着植茶年限增加,土壤和微生物生物量C、N、P、土壤C∶N和C∶P均显著升高,而土壤N∶P整体下降,微生物生物量C∶P和N∶P呈先升后降的变化趋势,微生物生物量C∶N变化不显著。此外,茶树种植年限对土壤、微生物间的化学计量不平衡性以及微生物熵均存在显著影响,随着植茶年限增加,qMBC先降低后升高,qMBN和qMBP呈波动上升;碳氮化学计量不平衡性(C∶N_imb)和碳磷化学计量不平衡性(C∶P_i...     

泉州湾互花米草入侵滩涂中人工种植秋茄幼苗的叶片营养元素动态特征

于福建泉州湾洛阳江河口湿地保护区内互花米草入侵红树林生态修复滩涂内,采集并测定了种植后第2年的红树植物秋茄(Kandelia obovata)生长周期内(2017年6月—2018年3月)的叶片C、N、P含量及地上生物量,以阐明2年生秋茄的C、N、P营养元素含量与化学计量比随时间动态特征及其控制因子,了解红树植物秋茄在互花米草入侵地区生长第2年的养分利用与元素限制条件。结果显示:2年生秋茄叶片全碳含量为363.12～425.75 g·kg^-1;叶全氮含量为17.37～18.22 g·kg^-1;叶全磷含量为1.33～4.06 g·kg^-1。秋茄叶片C∶N、C∶P、N∶P随季节时间变化均呈现先下降后上升的趋势。研究表明,泉州湾滨海湿地秋茄在第2年生长周期内对营养元素的利用效率较好,氮元素可能是泉州湾河口湿地2年生秋茄的主要限制元素。研究结果为利用秋茄替代互花米草的生态入侵综合治理及红树林的人工种植养护提供了科学依据。     

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。     

高寒草甸根际土壤化学计量特征对草地退化的响应

为深入理解高寒草甸退化过程中根际和非根际土壤中碳(C)、氮(N)和磷(P)的化学计量特征和土壤养分的变化规律,并获得退化草地土壤养分和微生物养分限制的信息,本研究以祁连山东缘4个不同退化程度高寒草甸为对象,通过采集优势植物根际土(0~2 mm)和非根际土(0~10 cm)的土壤样品,分析了土壤C、N、P浓度和比例,土壤中可提取的C、N、P(Ext-C、Ext-N、Ext-P)的浓度和比例,参与C、N、P循环的胞外酶(β-1,4-葡萄糖苷酶、N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶、亮氨酸基肽酶、酸性磷酸酶)的活性和比例,以及土壤微生物生物量碳、氮、磷(MBC、MBN、MBP)的含量及比例.结果表明: 高寒草甸退化过程中优势植物根际养分含量高于非根际养分.随着高寒草甸退化程度的加剧,其土壤的C∶N∶P发生重大改变,表现出C∶N的严重失调,表明草地退化程度越高受到N的限制越严重.不同退化程度的高寒草甸中,经过对数转化的根际C-、N-和P-胞外酶的比例均偏离了在全球生态系统分析中获得的1∶1∶1比例,表明高寒草甸退化主要受到强烈的N限制,P次之.高寒草甸地区土壤全量养分含量较高,土壤中的速效养分较低,成为阻碍牧草生长的限制因子.     

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。     

增温与氮添加对杉木幼苗细根化学计量学的影响

全球气候变暖与氮沉降是两个同时存在的全球变化主要因素,但目前关于二者的研究多以单因子为主。细根碳(C)、氮(N)、磷(P)浓度影响着森林生态系统生产力与碳汇,然而目前关于气候变暖与N沉降对细根化学组成元素的影响尚不清楚。本研究在福建三明森林生态系统与全球变化研究站陈大观测点开展增温(W,+4℃)与N添加(N,+40 kg N·hm-2·a-1)双因子试验,探讨增温与N添加对杉木细根C、N、P化学计量学的影响。结果表明:(1)增温提高了春季细根N浓度,对细根C与P浓度则无显著影响;增温降低了春季细根C∶N,对细根N∶P无显著影响。(2) N添加提高了细根C浓度与春季细根N浓度,对细根P浓度则无显著影响; N添加降低了春季细根C∶N,提高了春季细根N∶P。(3)增温与N添加的交互作用对春季1～2 mm径级细根C浓度有显著影响,但对0～1 mm径级细根C浓度无显著影响,并且增温与N添加的交互作用对细根N与P浓度均无显著影响。本研究表明,增温与N添加会促进亚热带森林生态系统养分循环,N添加并未改变亚热带杉木人工林N限制现状;增温与N添加的交互作用对细根C、N、P元素的影响并不一致,受苗木C投资...     

氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响及其微生物学机制

氮沉降持续增加背景下土壤C∶N∶P化学计量比和pH环境等的改变及其可能的土壤微生物学机制已经成为陆地生态系统与全球变化研究的新生长点和科学研究前沿.以生态化学计量学和土壤微生物生态学为理论基础,综述了氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响及其微生物学机制的基本理论、最新进展、研究热点与难点,旨在促进全球变化背景下陆地生态系统地下生态学的研究.氮沉降持续增加会导致森林生态系统磷循环加速,导致磷限制.氮沉降不但改变森林土壤有机质和凋落物的C∶N∶P化学计量比和降低土壤pH值,而且改变土壤微生物生物量碳氮磷、细菌、真菌和放线菌的组成以及影响碳氮磷分解的关键酶活性.氮沉降对森林土壤有机质和凋落物分解的影响表现为促进、抑制和无影响,其影响的差异可能来源于微生物效应的不同.叶片在凋落前有显著的氮磷养分回收,但是根无明显的养分回收,造成土壤有机质和凋落物的C∶N∶P化学计量比存在明显差异.基于DNA/RNA等分子生物学方法为土壤微生物生态学研究提供了强有力的手段,将促进氮沉降对森林土壤有机质和凋落物化学计量比改变的微生物学机制研究.