黄土高原不同封育年限草地土壤与植物根系的生态化学计量特征

黄土高原特别是干草原地区植被演替的研究比较薄弱。当前植物生态化学计量学的研究主要集中在植物叶片方面,对根系的研究较少。选取宁夏云雾山草原植被不同封育年限的土壤和植物样品,以生态化学计量学原理为基础,测定并分析了土壤与根系的碳(C)、氮(N)、磷(P)及其生态化学计量比与相互关系。结果表明:(1)随着封育年限的增加,土壤容重逐渐减小,土壤有机碳和全氮变异性较大,全磷变异性较小,且封育初期土壤有机碳和全氮含量先降后升,至封育20、30年,保持相对平稳。0~20 cm土层土壤的碳氮比(C∶N)、碳磷比(C∶P)、氮磷比(N∶P)分别为9.04~9.63、19.62~32.27、2.14~3.37,20~40 cm土层土壤的分别为8.68~9.22、15.74~26.32、1.80~3.03。土壤有机碳与全氮、全磷之间存在极显著的正相关。(2)植物根系C、N、P含量变化范围分别为357.6~381.4 g kg-1、7.35~8.18 g kg-1、0.54~0.70 g kg-1;根系中的C元素含量随封育年限的增加逐渐升高,N、P元素含量均小于全球平均值。根系C∶N随着封育年限的增加变异性较大,C∶P、N∶P随着封育年限的增加变异性较小。(3)植物根系的C∶N∶P化学计量特征受土壤的影响调控大于其自身,且土壤磷含量对植物根系C∶N∶P生态化学计量特征影响的显著性(p0.01)大于土壤氮含量(p0.05)。此外,该地区封禁后,草地生产力易受到土壤N含量的限制。     

滦河口湿地植物-土壤生态化学计量相关性研究

河口湿地是河海交汇地带,环境变化剧烈,土壤碳氮磷变化显著影响着湿地生态系统的生产力。为了解滦河口植物与土壤碳氮磷计量特征关系,在滦河口湿地设置4个采样区选取典型植物群落采集土壤及植物,并对样品养分含量进行了分析。结果表明:不同植物群落地上部分和地下部分养分含量均表现为CNP,氮磷均呈正相关,植物氮含量呈现出地上部分大于地下部分的规律;土壤则表现为CPN,碳与氮、磷均呈现显著正相关。不同植物群落之间土壤养分含量存在一定差异,土壤碳、氮、磷含量的变化范围分别为(3.8±0.44)～(10.52±0.6) g/kg,(0.29±0.12)～(0.11±0.21) g/kg,(0.99±0.27)～(2.24±0.51) g/kg,研究区土壤养分含量低于全国湿地养分平均水平。不同植被—土壤之间的C∶N,C∶P,N∶P存在一定的差异性,植物地上部分、地下部分生态化学计量比由大到小为:C∶PC∶NN∶P,土壤生态化学计量比由大到小为:C∶NC∶PN∶P,植物群落碳氮磷及其化学计量比与土壤化学计量比相关性较弱,植物与土壤养分表现出不完全同步的变化形式。     

黄土高原森林带土壤养分和微生物量及其生态化学计量变化特征

选择黄土高原森林带自东向西8个地区优势植物的土壤作为研究对象,探究不同经度下土壤养分和土壤微生物生物量生态化学计量特征。结果表明:土壤碳、氮和微生物生物量碳、氮、磷含量随经度整体呈现出先减少后增加的变化趋势,土壤微生物生物量碳氮磷与土壤碳氮之间存在耦合关系,对环境因子的响应具有一致性。土壤磷含量空间分布比较稳定。土壤碳氮比为8左右,土壤有机碳与全氮的空间分布具有一致性。土壤微生物生物量碳氮比为9左右,微生物生物量氮磷比为5左右,反映了土壤微生物生物量碳氮、氮磷的比值较稳定,但土壤微生物生物量碳磷比呈现出先增大后减小的变化趋势。土壤养分及土壤微生物量碳氮磷与土壤水分含量相关性较强。土壤养分与土壤微生物量碳氮磷及其生态化学计量是环境因子综合作用的结果。     

小叶碱蓬和白麻土壤—叶片生态化学计量学特征对不同盐生境的响应

[目的] 分析干旱区盐生植物生境土壤与叶片生态化学计量特征在不同盐生境下变化趋势及主要限制因子,为研究干旱区盐生植物生长发育过程中养分限制因子和适应机制提供基础研究资料,同时为荒漠植物的生态保育和恢复提供参考。[方法] 选取艾比湖湿地国家级自然保护区稀盐盐生植物小叶碱蓬(Suaeda microphylla)和拒盐盐生植物白麻(Apocynum pictum),测定其生境土壤pH值、含水量、盐分、速效磷、铵态氮、有机碳、全氮、全磷以及植物叶片有机碳、全氮、全磷,分析两种植物叶片与生境土壤生态化学计量特征的关系,探究植物叶片生态化学计量特征的土壤限制因子。[结果] ①随着盐分增加,两种植物生境土壤磷下降,有机碳、氮及化学计量比呈上升趋势,土壤养分含量受盐渍化程度影响显著; ②两种植物叶片氮受土壤盐分影响显著,随盐分降低呈下降趋势,与土壤氮含量的变化趋势一致,叶片N/P平均值均小于14,表明研究区两种植物均受土壤氮含量限制; ③RDA分析表明,影响小叶碱蓬叶片生态化学计量的主要因子为土壤pH值(p=0.034)、含水量(p=0.002),而白麻主要受土壤磷(p=0.002)、铵氮(p=0.048)影响。[结论] 不同类型盐生植物在土壤—植物生态化学计量特征耦合关系上存在差异。稀盐盐生植物小叶碱蓬主要受土壤pH值、含水量的影响,拒盐盐生植物白麻主要受土壤磷、铵态氮含量影响。     

基于生态化学计量学的秦岭林地养分特征初探

以秦岭典型林地土壤为对象,分析了夏、秋两季锐齿栎、油松、华山松、云杉4种典型林分下林地不同土层土壤的生态化学计量学特征。结果表明:5个林地腐殖质层(O层)、表层(A层)土壤有机碳含量分别在76.23~260.70,26.60~44.81g/kg之间;全氮含量在4.19~8.76,1.46~3.29g/kg之间;全磷含量分别在0.38~0.61,0.33~0.63g/kg之间。5个林地O层、A层C/N范围分别为16.48~29.76,12.31~19.39;C/P范围分别为144.93~465.52,44.63~107.42;N/P范围分别为7.97~18.37,2.58~6.23。土壤有机碳和全氮及C/N,C/P,N/P均表现为O层大于A层,且O层碳氮含量动态变化较大。阔叶林地土层间差异小于针叶林地。华山松林地土壤碳氮磷含量及C/N、C/P均高于其他林地。土壤C/P和N/P的空间变异性较大,C/N相对稳定。土壤碳氮磷含量及化学计量比值大多表现为夏季高于秋季。     

不同林型农田防护林植物与土壤理化指标及功能基因差异

为探讨土壤生态(土壤理化指标及化学计量比)与叶片元素间的相互关系,为林地土壤养分管理及合理施肥提供理论依据,在黑龙江省拜泉县选取落叶松纯林、樟子松纯林、樟子松落叶松混交林3种典型农田防护林类型为研究对象,分析比较了3种农田防护林叶片和土壤的碳、氮、磷含量及其化学计量比。结果表明：混交林的根际土壤电导率、硝态氮含量、全磷含量均显著高于纯林土壤,氮磷比显著低于纯林土壤(P<0.05),混交林落叶松根际土壤电导率和有机碳、全磷、碱解氮、硝态氮含量均为最高,全氮、铵态氮、速效磷含量也较高;混交林落叶松叶片氮含量及磷含量均显著高于混交林樟子松(P<0.05),落叶松纯林和混交林落叶松的叶片氮磷比显著低于樟子松纯林(P<0.05);3种林型的树种叶片氮磷比均小于14,土壤全磷含量均低于全国森林平均磷含量,植物生长一定程度上受到了叶片氮元素及土壤磷元素的限制;土壤硝态氮含量是土壤中最大的影响因子,真菌基因(ITS)、嗜酸基因(Acidobacteria)、碱性磷酸酶基因(phoD)这3种基因的拷贝数与其呈显著正相关(P<0.05),也与土壤有机碳含量、全磷含量、速效磷含量、碳...     

典型自然带土壤氮磷化学计量空间分异特征及其驱动因素研究

植物生活型、地形及区域气候特征等对土壤养分的空间分布有着重要的影响。通过对我国典型自然带土壤氮磷化学计量与植物生活型、地形及气候因素间相互关系的研究,探讨了我国土壤氮磷的空间变异与分布特征及其主要控制因素。结果发现,5个自然带的土壤全氮(TN)和氮磷比(N/P)存在显著差异(p0.01);除温带荒漠带较低(0.47 mg g~(-1))外,土壤全磷(TP)均值总体变化不明显(p0.05)。在不同自然带区域内,TN、TP及N/P变化与海拔、温度及降水呈现出显著的线性和非线性二次相关,即表现出线性与单峰模式。暖温带落叶阔叶林带、温带草原带、温带荒漠带森林土壤中TN,以及青藏高原高寒植被带草本土壤中TP、温带荒漠带森林土壤的N/P主要受海拔因素的影响,而温带草原带草本植物的土壤TP则主要受降水的影响。同时,研究还发现,在多要素共同作用时,其影响程度也略有差异,温度和海拔作为控制因素影响亚热带常绿阔叶林带森林和温带草原带草本土壤TN变化,但前者受温度控制更为明显,后者则以海拔为主要驱动因素,而温带荒漠带草本土壤和森林土壤的TN主要受海拔和降水作用的影响,但以降水影响为主;亚热带常绿阔叶林带森林土壤TP,温带草原带、温带荒漠带和青藏高原高寒植被带草本土壤的N/P受植物生活型、地形及气候的共同影响,但程度略有不同,其中TP表现为降水温度海拔,而N/P为温度海拔降水。因此,在自然带和植物生活型的主控背景下,海拔、温度和降水的主控或交互作用直接驱动土壤氮磷及其化学计量特征的空间分异。     

滇池流域磷矿山区优势植物叶片与土壤养分生态化学计量特征

为了研究滇池流域磷矿山区不同生活型优势植物叶片和土壤的养分含量及其计量比特征,选取流域内磷矿退化山区内4种常见优势植物(马桑、云南松、蔗茅和紫茎泽兰)作为研究对象,分析植物叶片及土壤的C、N、P含量。结果表明:云南松影响下的土壤有机质、全氮、碱解氮和有效磷含量最高,分别为22.42 g/kg、1.85 g/kg、140.78 mg/kg、1 048.89 mg/kg,全磷含量最低,为2.51 g/kg;云南松叶片C含量为492.86 g/kg,显著高于其他植物,而N、P含量分别为11.22和2.78 g/kg,显著低于其他植物;土壤N含量与叶片C含量显著正相关,而与叶片N︰P比显著负相关。研究结果表明:磷矿山地土壤C、N养分是限制植物生长的主要限制因子;在土壤C、N养分相对匮乏的立地条件下,云南松和蔗茅叶片能够固定更多的C,而马桑叶片能够固定较多的N。因此,结合不同生活型植物的属性特征及该区域内群落的演替特征,建议磷矿山区废弃地的生态恢复可以构建蔗茅和马桑为主的植物群落,随后种植云南松形成针叶林以增加土壤C含量,并在恢复后期种植固N阔叶树种形成针阔混交林,以达到全面改善土壤养分、保持水土并控制土壤P素流失的目的。     

祁连山大野口流域典型灌丛植物与土壤中氮磷的 化学计量特征

通过野外取样与室内分析相结合的方法,对祁连山西水林区的鬼箭锦鸡儿(Caragana jubata)、吉拉柳(Salix gilashanica)、金露梅(Potentilla fruticosa)、鲜黄小檗(Berberis diaphana)和甘青锦鸡儿(Caragana tangutica)等5种典型灌丛植物和土壤氮(N)和磷(P)含量进行了测定和分析,旨在阐明植物与土壤中N、P的化学计量特征。结果表明:(1)5种灌丛植物叶片的N、P含量均显著高于其他器官的N、P含量,N含量的变化范围为15.72~29.08 g/kg,P含量的变化范围为1.58~3.47 g/kg;细根和粗根的N含量的变化范围分别为5.11~12.20 g/kg和4.46~11.84 g/kg,P含量的变化范围分别为0.87~1.58 g/kg和0.63~2.02 g/kg;叶片N∶P值范围为7.00~9.95,细根和粗根中的N∶P值分别为5.60~8.97和5.09~8.84,叶片和根系对N、P元素有着相似的利用格局。(2)5种灌丛土壤N含量均随土层深度增加逐渐减小,不同土层N含量的变化范围为1.40~6.80 g/kg,P含量均随土层深度增加较为稳定,不同土层P含量的变化范围为0.45~0.96 g/kg;N∶P值随土层深度增加其值不断减小,主要取决于土壤N含量。0~10 cm土层中,吉拉柳、鬼箭锦鸡儿、金露梅、鲜黄小檗和甘青锦鸡儿N∶P值分别为11.02、7.30、7.41、7.40和2.69。(3)5种灌丛叶片N含量与土壤N含量呈显著或极显著正相关,与土壤P含量无显著相关(甘青锦鸡儿除外);叶片N∶P值与土壤N含量呈显著负相关,而与土壤P含量呈显著正相关;灌丛叶片和土壤N、P含量及化学计量比与其他变量之间均无显著相关。同时研究还发现,祁连山5种典型灌丛生长可能主要受N素限制。     

太白山不同海拔土壤碳、氮、磷含量及生态化学计量特征

为探究太白山土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量垂直分布特征,阐明土壤C、N、P生态化学计量学特征对海拔梯度的响应规律,在秦岭太白山1 700~3 500 m区域以100 m海拔间隔进行研究。结果表明:(1)不同海拔高度下土壤有机碳、全氮、全磷变化范围分别是23.56~83.59g kg-1、2.00~5.77 g kg-1、0.32~0.47 g kg-1。土壤有机碳与全氮含量随海拔梯度升高先增后降,土壤全磷含量空间变异较小;(2)土壤C∶N、C∶P、N∶P范围分别为7.17~18.41、60.61~190.4、5.81~12.26。随海拔增加,土壤C∶N在阔叶林带呈降低趋势,针叶林带时转变为增加趋势。土壤C∶P随海拔梯度的变化趋势与土壤C∶N类似,N∶P随海拔梯度增加先升后降,至3 200 m有所升高;(3)两个阔叶林带(辽东栎林带和桦木林带)与高山草甸的土壤C、N含量及生态化学计量比高。冷杉林带C、N含量及其生态化学计量比最小;(4)温度、含水量、海拔和植被对土壤C、N、P化学计量特征具有重要影响,通过冗余分析揭示每个因素分别可解释系统变异信息的25.0%、24.3%、11.1%和6.9%,合计为67.3%。可见这些环境因素直接决定了土壤养分及生态化学计量特征。结果可为探明森林土壤养分供应状况和限制因素及太白山生态系统的保护、森林土壤质量评价等提供基础。     

祁连山青海云杉林叶片—枯落物—土壤的碳氮磷生态化学计量特征

以祁连山排露沟流域青海云杉(Picea crassifolia)林为研究对象,研究其不同海拔梯度叶片—枯落物—土壤间的碳、氮、磷生态化学计量学特征,并对其相关性进行分析。结果表明,在不同海拔梯度上,叶片、枯落物和土壤C∶N比的变化范围分别为22.95~36.72、21.41~41.61、12.41~20.70,均值大小依次为枯落物叶片土壤,C∶P和N∶P比的变化范围分别为510.2~739.8、398.6~698.1、134.1~219.7和18.13~26.86、6.71~26.28、7.96~16.56,均值大小依次均为叶片枯落物土壤。随海拔梯度的增加,除土壤C∶N比差异性不显著外(p0.05),叶片和枯落物的碳、氮、磷化学计量比在不同海拔间的差异显著性各不相同。叶片、枯落物和土壤C∶N比两两均具有显著正相关(p0.05),叶片与枯落物及土壤与枯落物C∶P比均具有显著负相关(p0.05),叶片与土壤C∶P比及不同组分N∶P比之间相关性均不显著(p0.05)。该研究结果有助于进一步了解青海云杉林碳、氮、磷在不同组分间的相互作用规律与机制。     

不同林龄湿地松叶、枝、根与土壤的生态化学计量及稳态性特征

为明确江西省湿地松(Pinus elliottii)人工林生态系统中器官与土壤养分的分配规律和稳定机制,在江西省泰和县石溪林场选择幼龄林、中龄林和成熟林阶段的湿地松人工林为研究对象,探讨其叶-枝-根-土壤的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及生态化学计量特征,分析湿地松不同器官与土壤养分的耦合关系和稳态性特征。结果表明,湿地松不同器官C、N、P含量均值随林龄的增加呈“V”型变化,均在中龄林阶段最低,分别为518.10、3.22和0.71 g·kg^-1;而各器官C∶N值与C∶P值随林龄的增加先上升后下降,在中龄林达到峰值,说明中龄林为湿地松的速生期,对N、P元素的消耗大。土壤N含量和N∶P值随林龄的增加不断上升,而土壤C∶N值则持续下降,说明土壤N矿化能力随林龄的增加逐渐增强;成熟林阶段土壤C∶P值和N∶P值均高于其他林龄,表明成熟林阶段土壤P较匮乏。针叶N、C∶N、N∶P,枝C、C∶N、N∶P和根C、P、C∶P稳态性模型回归结果不显著,具有绝对的稳定性。针叶P、枝P的稳态性等级分别为弱敏感态和敏感态。不同器官N∶P的内稳性指数(H_N∶P)大小关...     

Effects of Land Use on Concentrations and Chemical Forms of Phosphorus in Different-Size Aggregates

Land use has been recognized as an important driver of environmental change on all spatial and temporal scales. This study was conducted to determine the effects of land uses on phosphorus concentration in bulk soil and in water-stable aggregates in different soils. The study was conducted on three soil types (Ferrosols, Cambosols, and Primosols), which were collected from three different locations from southeast China and under three land uses (Uncultivated, Vegetable and forest land) the region is characterized as a hill and plain area. Accordingly, a total of 24 soil samples were collected. The results showed that average contents of total P were 0.55–1.55 g/kg, 0.28–1.03 g/kg and 0.14–0.8 g/kg for the soils: Cambosols, Ferrosols and Primosols respectively. Vegetable and forest land led to higher total phosphorus contents in these soils than in the uncultivated land. An aggregate fraction of >2 mm under forest land made up the largest percentage (30 up to 70%), whereas the size fraction <0.106 mm made the least contribution (5 up to 20%) in all soil types. Vegetable land increased the total phosphorus, organic phosphorus and Olsen P and phosphorus forms in the soils. It implies that the conversion of natural ecosystem to vegetable land increased the phosphorus proportion in the soils, which could have negative impact on the environmental quality.     

秸秆还田对东北黑土碳氮磷钾化学计量特征及玉米产量的影响

【目的】秸秆还田是提升农田土壤肥力,改善土壤养分含量及有效性的重要措施。我们分析了东北黑土区不同秸秆还田方式下土壤碳氮磷钾含量和玉米产量的年际变化,并从土壤化学计量特征角度研究了土壤养分的有效性。【方法】依托2012年在东北黑土区建立的秸秆还田长期定位试验,选取秸秆移除(CK)、秸秆混合还入0—20 cm耕层(RI)和秸秆覆盖还田(RC) 3个处理,测定了处理实施1年(2013)、3年(2015)、5年(2017)和8年(2020)后,不同土层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)含量及玉米产量,计算了土壤化学计量特征(C∶N、C∶P、N∶P),并分析了各指标之间的相关性。【结果】随试验年限的增加,在0—20 cm土层,CK处理SOC含量有所下降,TN含量基本保持不变,而RI和RC处理的SOC和TN含量均有所增加,RC处理下均为最高;RI处理的SOC和TN含量在0—20 cm土层分布相对均匀,RC处理SOC和TN含量在0—5 cm土层中明显增加,尤其在试验5～8年间的增幅明显升高。CK、RI和RC 3个处理的TP和TK含量均随试验年限的增加缓慢升高,处理间无显著...     

不同林龄马尾松人工林碳、氮、磷、钾养分含量及其生态化学计量特征

  【目的】  探讨林龄及器官对马尾松 (Pinus massoniana) 碳 (C)、氮 (N)、磷 (P)、钾 (K) 生态化学计量特征的影响，可为马尾松人工林的合理养分管理提供数据支持。  【方法】  以黔中地区孟关林场不同林龄 (幼龄林、中龄林、近熟林和成熟林) 马尾松人工林为研究对象，采用空间代替时间的方法，在不同年龄林分中分别设3个20 m × 20 m的典型样地，采集叶、茎和根样品，并测定各器官C、N、P、K含量及化学计量比，分析它们在不同器官中的分布特征及随林龄的动态变化。  【结果】  1) 各器官的元素含量及化学计量比随林龄增加呈现一定变化。叶片C、N含量随林龄增加呈上升趋势，P、K含量先上升后下降；茎中C含量随林龄增加呈上升趋势，N、K含量先下降后上升，P含量变化不显著 (P > 0.05)；根中C含量随林龄变化不显著 (P > 0.05)，N含量呈先下降后上升趋势，P含量先上升后下降，K含量呈“下降—上升—下降”的趋势。叶C∶N随林龄增加呈下降趋势，N∶P先下降后上升，P∶K先上升后下降再略上升；茎C∶N随林龄增加变化不显著 (P > 0.05)，N∶P先下降后上升，P∶K先上升后下降；根部C∶N、P∶K随林龄增加先上升后下降，N∶P先下降后上升。各器官C∶P、C∶K、N∶K随林龄变化均不显著 (P > 0.05)。2) 不同器官C含量436.6～468.2 g/kg，茎 > 叶 > 根；N含量1.45～2.90 g/kg，茎 > 根 > 叶；P、K含量分别为0.14～1.05、0.53～5.06 g/kg，均为叶 > 根 > 茎；C∶N为165.4～311.4，叶 > 根 > 茎；C∶P、C∶K、N∶P、N∶K分别为440.1～3745、92.14～1311、1.48～23.4、0.31～7.97，均为茎 > 根 > 叶；P∶K为0.20～0.36，茎 > 叶 > 根。3) 叶、茎和根中C∶N与N含量，C∶P与P含量，C∶K与K含量均呈极显著负相关 (P < 0.01)，C∶N、C∶P、C∶K与C含量相关性均不显著 (P > 0.05)。  【结论】  与亚热带同纬度地区相比，本研究区域马尾松植株C、N、K含量相对较低，P含量相对较高；不同林龄阶段马尾松不同器官养分含量及化学计量比存在差异；在调查区域，马尾松针叶片中N∶P计量特征值处于1.11～1.85范围，表明其生长过程中主要受氮素限制。因此，在幼、中龄林阶段，建议施用氮肥满足其健康生长，也可辅以施少量钾肥以增强植株光合作用及抗逆性，不需施磷肥。     

黄土高原西部针叶林植物器官与土壤碳氮磷化学计量特征

为了系统地比较分析黄土高原西部针叶林植物器官与土壤内碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量变化特征,选取位于黄土高原西部的甘肃省天水市、甘南州、定西市、兰州市和武威市5个地区的针叶林为研究对象,通过对乔木各器官及土壤不同深度的C、N、P元素含量及其化学计量比的分析,探讨了5个调查区针叶林生态系统化学计量特征及其相互间的相关性。结果表明:植物叶的C、N、P含量较其他器官稍高,其中C含量达到511.97~538.66g/kg;5个调查区中武威地区的植物干、枝、根的C含量显著低于其他4个地区,分别为425.0,400.58,400.55g/kg。针叶林干中C∶N在地区间差异达到显著水平(p0.05),其他各器官内差异不显著;甘南和兰州地区的针叶林各器官间C∶N差异显著;针叶林干和根中N∶P在地区之间存在显著性差异,兰州和武威地区各器官间N∶P的差异达到显著性水平。5个调查区土壤C、N、P含量及其计量特征的差异主要存在于上层土壤(0—30cm),而较深层次土壤在各地区之间的差异较小。针叶林干中C、N、P含量两两之间均存在显著相关关系,而在针叶林叶中仅N与P含量之间存在显著相关关系;土壤表层(0—20cm)中C与N含量之间存在极显著的正相关关系。     

黄土高原不同年限刺槐土壤化学计量特征分析

通过对陕北黄土高原4种不同年限(10,15,25,40年)刺槐林地0—200cm土壤的采集与分析,研究不同刺槐种植时间对土壤营养元素及化学计量比的影响。在每个林龄的林地内设3个小区,每个小区采用随机采样法选取3个采样点分层采集土壤样品,进行土壤碳、氮、磷、钾测定,计算化学计量比。结果表明:(1)有机碳和全氮、全钾含量随刺槐年限增加呈基本增大的趋势,全磷随刺槐年限的增长变化不大;有机碳、全氮和全磷呈极显著的正相关关系;(2)在0—200cm土层,有机碳、全氮空间分布基本一致,随土层深度增加均呈先减少后趋于稳定的变化趋势;全磷在整个空间中的分布较为均匀,其空间变异性低于有机碳和全氮;全钾含量高于碳氮磷含量,且随土壤深度变化不大;(3)土壤C∶N比,C∶P比,N∶P比和C∶N∶P比均随刺槐年限的增长呈先降低后升高的趋势,都在15年处有最低值;(4)土壤C∶N比随土层深度在一定范围波动,C∶P和N∶P比均随土层深度的增加呈先减少后趋于稳定的变化趋势。     

不同演化阶段白刺灌丛沙堆土壤生态化学计量特征

为了阐明灌丛沙堆发育对土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量特征的影响,以吉兰泰荒漠区不同演化阶段白刺(Nitraria tangutorun)灌丛沙堆为研究对象,研究0—100 cm土层土壤C∶N∶P化学计量特征在不同演化阶段的变化规律和垂直分布规律。结果表明:(1)白刺灌丛沙堆土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)随演化阶段(雏形阶段→发育阶段→稳定阶段→衰亡阶段)的变化呈先增后减的变化趋势。演化阶段对白刺灌丛沙堆SOC影响显著(P<0.05),对TN、TP无显著影响(P>0.05),其SOC、TN、TP均值含量在0—100 cm土层分别为0.42~0.58,0.04~0.07,0.22~0.25 g/kg,远小于全国土壤平均水平(11.12,1.06,0.65 g/kg)。(2)白刺灌丛沙堆SOC、TN、TP含量及其生态化学计量比随土层深度增加无明显规律性。(3)土壤SOC、TN、TP含量及其生态化学计量比均属于中等变异,且变异系数随白刺灌丛沙堆演化不断减小。(4)土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度对白刺灌丛沙堆土壤TN、C∶N、N∶P影响显著,而土壤含水量、pH对白刺灌丛沙堆SOC、TN、TP含量及其生态化学计量比无显著影响。各演化阶段白刺灌丛沙堆SOC、TN是调控白刺灌丛沙堆土壤生态化学计量比的主要因素。因此,该研究结果明晰了白刺灌丛沙堆土壤C∶N∶P生态化学计量特征对不同演化阶段的响应,为该区域白刺群落的保护、利用和植被恢复与重建提供科学依据。     

Variation of soil organic carbon,nitrogen, and phosphorus stoichiometry and biogeographic factors across the desert ecosystem of Hexi Corridor,northwestern China

Purpose

The purposes of present study were to display the vertical distribution of soil organic carbon (SOC), nitrogen (N), and phosphorus (P) stoichiometry; identify the biogeographic characteristics of SOC, N, and P stoichiometry along an aridity gradient across the desert ecosystem of Hexi Corridor; and determine how biogeographic distribution patterns of SOC, N, and P stoichiometry are related to vegetation, soil texture, geography, and climate.

Materials and methods

We investigated the distribution and characteristics of SOC, N, and P stoichiometry based on samples collected from Hexi Corridor during 2011–2012 with total 400 plots of 80 sites. This region presents a precipitation gradient from about 250 mm in the east to less than 50 mm in the west. The measured variables included belowground and aboveground biomass, pH, bulk density, sand, clay, silt, SOC, N, and P contents. ANOVA analysis, reduced major axis, redundancy analysis, Person’s correlation, and regression analysis were used to analysis the variation of SOC, N, and P stoichiometry and related biogeographic factors.

Results and discussion

In present study, SOC, N, and P contents decreased significantly with increasing soil depth. C/N did not change significantly, while C/P and N/P decreased significantly. SOC and N, SOC and P, and N and P were well constrained within 0–100 cm. SOC, N, and P contents in 0–20 cm were higher than them in other studies. Vegetation, soil texture, climate, and geography could explain 91.6% of the total variance of soil stoichiometry. The impact of latitude and longitude on SOC, N, and P stoichiometry was mainly caused by the redistribution of precipitation, while the impact of altitude mainly resulted from the variation of temperature. With increasing aridity, SOC, N, and P contents and C/N/P ratios reduced consistently with inconsistent decrease rates.

Conclusions

Our results suggested that the interaction of vegetation structure, soil condition, and shortage of precipitation should be the main driver for the lower contents and much shallower distributions of SOC, N, and P of Hexi Corridor. The increasing aridity should be the critical factor that is responsible for the decrease of SOC, N, and P contents and C/N/P ratios. This study contributes to the understanding of soil stoichiometry in the desert ecosystem.