生态系统演替过程中土壤与微生物碳氮磷化学计量关系的变化

土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征会显著影响微生物的生长、群落结构、生物量C:N:P化学计量及其代谢活动。然而生态系统演替过程中土壤-微生物C:N:P化学计量的时间格局及其协调关系还不明确。为此, 该研究收集了2016年5月以前发表的文献中19个生态系统演替序列(包括13个森林、6个草地生态系统)的土壤-微生物生物量C:N:P研究结果, 整合分析了其中土壤-微生物生态化学计量的时间动态, 结果表明: (1)生态系统演替过程中土壤C:N没有一致的时间格局, 而土壤C:P和N:P均随演替进程显著增加, 其中土壤C:N:P与演替时间之间线性关系的斜率与相应演替序列的初始土壤有机C含量呈负相关关系。(2)演替进程中土壤-微生物生物量C:N:P没有一致的时间格局。(3)微生物生物量C占土壤有机C百分比(qMBC)、微生物生物量N占土壤全N百分比、微生物生物量P占土壤全P百分比均随着演替进程而显著增加, 即单位资源所能支持的微生物生物量随着演替进程而增加, 这与宏观生态系统演替理论相符。(4) qMBC随着土壤C:N、C:P和N:P以及C:N、C:P和N:P化学计量不平衡性(即土壤C:N、C:P和N:P分别除以微生物生物量C:N、C:P和N:P)的增加而减小; 其中, C:N、C:P和N:P化学计量不平衡性解释了qMBC变异性的37%-57%, 是演替时间解释率的7-17倍, 表明土壤-微生物生态化学计量关系对qMBC演替动态有重要影响。该研究强调了生态化学计量学理论和生态系统演替理论在土壤微生物时间动态研究中的重要作用, 表明适当地融合生态学宏观理论于土壤微生物研究可以加深对土壤-微生物生态过程的认识。     

不同杉木林分类型土壤团聚体生态化学计量特征

在野外调查的基础上,选择成土母质相同、坡向坡度相似、海拔基本一致的杉木-米老排、杉木-火力楠和杉木纯林3种杉木人工林采集土壤样品,通过干筛法分离＞2 mm、2～0.25 mm和＜0.25 mm 3个团聚体组分,研究其土壤团聚体有机碳、全氮、全磷的含量及其生态化学计量特征,以阐明不同杉木林分类型土壤团聚体碳氮磷生态化学计...     

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...     

The role of down-slope water and nutrient fluxes in the response of Arctic hill slopes to climate change

The down-slope movement of water and nutrients should link plant and soil processes along hill slopes. This linkage ought to be particularly strong in Arctic ecosystems where permafrost confines flowing water near the surface. We examined whether these hill-slope processes are important in assessments of the responses of Arctic tundra to changes in CO₂ and climate using the Marine Biological Laboratory–General Ecosystem Model. Because higher rates of water flow decrease the distance over which nutrients must diffuse to the roots, down-slope vegetation is more productive under current conditions. In response to elevated CO₂ and a warmer, wetter climate, the relative increase in carbon stored in vegetation and soils was higher uphill, but the absolute increase was higher downhill. Very little of the increase in carbon anywhere on the hill slope resulted from an increase in total ecosystem nitrogen. Instead, the increases were associated with increases in vegetation C:N ratio (woodiness) and with the redistribution of nitrogen from soils (low C:N) to vegetation (high C:N). Because these changes are fueled by nitrogen already in place, the down-slope movement of nitrogen does not appear to be a major determinant of the responses of Arctic tundra to changes in CO₂ and climate.     

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...     

黄土高原不同土壤质地农田土壤碳、氮、磷及团聚体分布特征

结合野外观测和室内分析,研究了黄土高原不同土壤质地农田土壤碳、氮、磷含量及其生态计量学特征,以及土壤团聚体分布状况,以揭示土壤质地对区域农田土壤肥力的影响,以及土壤团聚体对肥力的调控作用.结果表明: 黄土高原农田土壤大团聚体含量、主要养分含量及其生态计量比值均随土壤质地由细变粗(壤质黏土→黏壤土→砂质壤土)逐渐降低;土壤pH值和微团聚体含量则呈现出相反的变化趋势. 随土壤黏粒含量增加,大团聚体含量、有机碳、全氮和全磷含量,以及C/P和N/P显著增加,土壤pH和微团聚体含量显著降低. 土壤有机碳、全氮和全磷含量,以及C/P和N/P随大团聚体含量的增加显著增加.表明区域尺度上农田土壤肥力状况取决于土壤质地,并受土壤大团聚体的调节.     

植被盖度对土壤碳、氮、磷生态化学计量比的影响——以敦煌阳关湿地为例

土壤碳、氮、磷生态化学计量比可以广泛地指示群落的生态学动态过程,其研究可以为湿地生态系统的恢复与保护提供依据。以敦煌阳关湿地为研究对象,选取53个样地,分层(0—20、20—40 cm和40—60 cm)采集土壤样品,对3种植被盖度类型(高盖度、中盖度和低盖度)的土壤碳、氮、磷生态化学计量比特征及其影响因素进行了研究。结果表明:(1) 0—20、20—40 cm和40—60 cm土层C/N变化趋势均为:高盖度中盖度低盖度,C/P、N/P变化趋势均为:低盖度中盖度高盖度。(2)高盖度土壤C/N、C/P和N/P均随土层深度的增加而增大;中盖度土壤C/N随土层深度的增加而增大,C/P、N/P随土层深度的增加先减小后增大;低盖度C/N、C/P和N/P均随土层深度的增加先减小后增大。(3) 0—60 cm土层土壤水分与C/N显著负相关(P0.01),而与C/P、N/P显著正相关(P0.01),土壤盐分与C/P、N/P均显著负相关(P0.01),pH与C/P、N/P均显著正相关(P0.05),TP与C/N呈显著负相关(P 0.05),TN与C/P、OC与N/P均呈极显著正相关(P0.01)。由多元线性回归分析可知,土壤水分是土壤C/N、C/P和N/P的关键影响因子。     

黄土高原典型植被恢复过程土壤与叶片生态化学计量特征

为揭示黄土高原典型人工植被恢复过程中植物叶片与土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)元素变化特征及其交互作用,以延安庙咀沟流域恢复20—40a的刺槐(Robinia pseudoacacia)、柠条(Caragana korshinskii)、草地和坡耕地(对照)为研究对象,分析了各样地植物叶片和土壤C、N、P化学计量的变化特征及相互关系。结果表明:从20a到40a的恢复过程中,3种植被叶片C含量均显著增加,草地叶片P含量显著升高,而刺槐、柠条叶片N和P含量则显著降低。刺槐、柠条及草地土壤C、N、P含量随着恢复年限的延长而增加,比耕地分别增加了70%—349%、27%—202%、13%—62%(P0.05),其中刺槐的增幅最大。从增速来看,刺槐和柠条林土壤表层C、N增速表现为前期(0—20a)大于后期(20—40a),而草地则相反。在20—40a的恢复过程中,刺槐、柠条叶片C∶N、C∶P均显著增加,草地叶片C∶P、N∶P则显著降低。恢复过程中,土壤C∶P在刺槐和草地中显著增加,而土壤N∶P仅在草地中显著增加,土壤C∶N则没有显著变化。相关性分析显示叶片C和土壤C、N、P显著正相关,叶片N、P和土壤N显著正相关,叶片和土壤N∶P显著正相关,叶片P、C∶P与土壤C、N增速显著相关,表明叶片P可以指示土壤C、N增速的变化,而N∶P可以将植物和土壤联系起来。植被恢复过程中,叶片和土壤C、N、P含量及增速均发生显著变化,且存在密切的联系,这种变化的趋势在刺槐、柠条和草地中有所不同。     

内蒙古包头黄河湿地土壤碳氮磷含量及其生态化学计量学特征

为探究内蒙古包头黄河湿地土壤空间分布特征、生态化学计量学特征及其指示意义,以黄河包头段沿线从东到西的3种典型类型共6块湿地为研究对象,对其不同土层土壤碳(C)、氮(N)和磷(P)化学计量特征及环境因素进行研究分析。结果表明:1)SOC、TN和TP平均值分别为11.20、0.42、0.98 g/kg,SOC、TN含量随土层深度增加而垂直波动减小,TP含量垂直方向上差异不显著。2)土壤C/N、C/P、N/P平均值分别为25.39、9.26、0.37,与中国淋溶土、干旱土和沼泽湿地土壤相比,包头市黄河湿地土壤TN含量、C/P和N/P较低,TP含量较高。3)相关性分析结果显示,土壤TN与SOC、TP、N/P和C/P具极显著正相关(P<0.01),与C/N相关性不显著;土壤TP与SOC、TN、C/N和C/P呈极显著正相关(P<0.01),与N/P相关性不显著,TP含量高但有效性较低,TN含量及其有效性可能是限制包头黄河湿地土壤碳、氮、磷等元素循环及其生态化学计量特征的关键因子。研究结果将为包头黄河湿地的植被重建、生态修复和科学管理提供理论依据。     

模拟酸雨对福州沿江稻田水稻叶片碳氮磷含量及其生态化学计量学特征的影响

为阐明酸雨对早、晚稻叶片不同时期碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其生态化学计量学特征的影响,设置对照(Control,CK)、pH4.5、pH3.5酸雨处理,对福州沿江稻田早、晚稻叶片不同时期C、N、P含量及其生态化学计量学特征进行测定和分析。研究结果表明:早稻叶片C、N、P含量在拔节期和成熟期分别为(401.08±1.83)、(37.01±2.54)、(1.01±0.05) g/kg和(349.08±4.52)、(15.52±0.05)、(0.48±0.01) g/kg,晚稻C、N、P含量在拔节期和成熟期分别为(389.00±2.82)、(28.52±0.31)、(0.74±0.01) g/kg和(317.25±1.65)、(8.18±0.51)、(0.29±0.03) g/kg,早稻叶片养分含量整体显著高于晚稻(P<0.05),且各处理拔节期养分含量均显著高于成熟期含量(P<0.05),整体上,酸雨处理可显著降低早稻叶片在拔节期的C、N、P含量(P<0.05)。早稻叶片C/N、C/P、N/P在拔节期和成熟期分别为(10.94±0.77)、(400.13±18.9...     

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。     

Pelagic C:N:P Stoichiometry in a Eutrophied Lake: Responses to a Whole-Lake Food-Web Manipulation

Changes in the ecological stoichiometry of C, N, and P in the pelagic zone are reported from a whole-lake manipulation of the food web of Lake 227, an experimentally eutrophied lake at the Experimental Lakes Area, Canada. Addition of northern pike eliminated populations of planktivorous minnows by the third year (1995) after pike introduction, and in the fourth year after pike addition (1996), a massive increase in the abundance of the large-bodied cladoceran Daphnia pulicaria occurred. Accompanying this increase in Daphnia abundance, zooplankton community N:P declined, seston concentration and C:P ratio decreased, and dissolved N and P pools increased. During peak abundance, zooplankton biomass comprised a significant proportion of total epilimnetic phosphorus (greater than 30%). During the period of increased Daphnia abundance, concentrations of dissolved inorganic nitrogen (TIN) increased more strongly than dissolved phosphorus (TDP), and thus TIN:TDP ratios were elevated. Sedimentation data indicated that increased grazing led to greatly reduced residence times of C, N, and especially P in the water column during 1996. Finally, previously dominant N-fixing cyanobacteria were absent during 1996. Our results show that strong effects of food-web structure can occur in eutrophic lakes and that stoichiometric mechanisms play a potentially important role in generating these effects.