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。     

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。     

不同恢复年限侵蚀红壤生态化学计量特征

为了解侵蚀红壤碳、氮、磷分配格局及化学计量特征,本文在长汀县侵蚀红壤区选取不同恢复年限(2、13、30、33年)、立地条件相近、样地情况基本一致的马尾松林作为研究对象,以未治理侵蚀地(CKl)和次生林(CK2)为对照,对其土壤总有机碳、全氮和全磷质量分数及其化学计量比的特征进行测定和分析.结果表明:1)随恢复年限的增加,土壤总有机碳和全氮质量分数呈线性增加,土壤全磷质量分数无显著变化,恢复2 ～33 a的马尾松林土壤总有机碳、全氮和全磷质量分数仍显著低于CK2土壤,表明土壤肥力的恢复是一个漫长的过程.2)土壤C∶N、C∶P、N∶P随恢复年限的增加呈上升趋势,恢复2～33 a的马尾松林土壤C∶N逐渐趋向CK2.3)土壤C∶N和C∶P与土壤总有机碳质量分数呈正显著相关,土壤N∶P与全氮质量分数呈显著正相关,土壤N∶P与全磷质量分数相关性不显著,表明侵蚀退化红壤恢复过程中,土壤化学计量比主要受土壤碳和氮质量分数的控制,暗示着侵蚀红壤现阶段的植被恢复对N素的响应比对P素的响应更敏感.     

黄土高原刺槐叶片生态化学计量学特征

对黄土高原区域尺度特定物种叶片生态化学计量的研究,有助于解释环境因素对植物元素及其化学计量学特征的影响。对我国黄土高原中部从南到北分布的14个样点的刺槐（Robinia pseudoacacia）叶片C、N、P的含量、地理分布格局及其与土壤含量的相关关系进行了研究。叶片C、N、P含量的算数平均数分别为454.63,21.38,2.09 mg/g;叶片C/P、C/N、N/P的算数平均值分别为226.51,21.61,10.73。阴坡和阳坡的刺槐叶片三种元素含量差异性均不显著。阳坡和阴坡刺槐叶片C、N、P含量地理分布格局是基本一致的,C随着纬度升高呈现先增加再减小的趋势,N和P的含量均随纬度升高而增加,但只有阴坡刺槐叶片的C含量随着纬度的升高呈现显著的先增加再减小的趋势（0.01 < P < 0.05）,其他均未达到显著水平。刺槐叶片C含量与土壤C含量、土壤N含量之间有显著的负相关关系,而叶片N、P含量不随土壤含量而显著变化,说明刺槐叶片N、P元素含量具有保守性,受环境因素影响较小。     

川西北高寒地区土壤有机碳含量垂直分布特征

本论文研究了川西北高寒地区三种典型土壤(亚高山草甸土、泥炭草甸土和冲积土)在不同土壤深度有机碳含量、全氮含量、全磷含量、C/N以及C/P的变化,探讨了有机碳含量和全氮含量、全磷含量、C/N以及C/P之间的相关关系。试验结果表明:冲积土和亚高山草甸土有机碳含量、全氮含量和全磷含量随土壤深度的增加都有下降的趋势;但是泥炭草甸土有机碳含量和全氮含量都是随土壤深度增加先下降后升高,在20~40 cm土壤深度时含量最低,而全磷含量随土壤深度的增加而下降。亚高山草甸土、泥炭草甸土和冲积土的有机碳含量都与全氮含量显著相关,其相关系数分别为0.999、0.965和0.992;而冲积土的有机碳含量还与全磷含量和C/P显著相关,相关系数分别为0.902和0.982。     

亚热带侵蚀红壤区植被恢复过程中土壤团聚体化学计量特征

植被恢复过程中侵蚀退化地区土壤团聚体碳氮磷及其化学计量特征是反映土壤团聚体对养分固持能力以及土壤生物地球化学循环的关键环节,也是定量评价退化地植被恢复效应的重要途径。为深入了解侵蚀红壤植被恢复过程中土壤团聚体碳、氮、磷含量分配格局及其化学计量特征,以典型红壤侵蚀区福建省长汀县河田镇5个不同植被恢复年限的样地(分别为5a、10a、15a、30a、80a)以及1个未治理地(恢复0a)为对照坡地作为研究对象,测定0~20cm和20~40cm土层不同粒径团聚体有机碳、全氮、全磷含量,并分析土壤与不同粒径团聚体养分化学计量特征。结果表明:(1)植被恢复过程中,团聚体有机碳、全氮和全磷含量变化范围分别为2.06~27.71 g·kg~(-1)、0.54~2.12g·kg~(-1)和0.034~0.189g·kg~(-1),团聚体C︰N、C︰P、N︰P变化范围分别为3.06~13.05、21.4~185.6、5.62~18.20。(2)随植被恢复年限增加,各粒级团聚体有机碳、全氮和全磷含量及其C:N总体上显著增加,均表现为表土层(0~20 cm)高于底土层(20~40 cm),团聚体C︰P、N︰P随植被恢复年限增加表现为升高→降低→升高趋势,团聚体C︰P随土层加深而降低,团聚体N︰P在土层间无明显变化。(3)除恢复0 a外,团聚体有机碳,全氮、全磷和团聚体C︰N、C︰P随粒径减小总体上呈增加趋势,N︰P在各粒径间无显著差异。(4)土壤与团聚体中有机碳、全氮和全磷含量之间以及团聚体有机碳、全氮与团聚体C︰N之间均呈极显著正相关;团聚体有机碳与团聚体C︰P呈极显著正相关;团聚体全磷与团聚体N︰P呈极显著负相关。植被恢复降低土壤侵蚀,明显增加各粒径团聚体有机碳、全氮和全磷含量,提高团聚体碳氮"汇"功能,且在植被恢复过程中,团聚体中P元素成为退化生态系统恢复的限制性元素。     

长期施肥对西南黄壤碳氮磷生态化学计量学特征的影响

为了解长期不同施肥措施下黄壤碳、氮、磷生态化学计量学特征,研究以贵州黄壤长期定位试验2003~2013共11年土样为研究对象,测定分析土壤碳、氮、磷养分及生态化学计量指标变化特征,旨为黄壤培肥、增加土壤碳汇提供重要理论依据。结果表明:(1)长期不同施肥措施下,有机碳、全氮、全磷含量变化较一致,均以有机肥处理较高,且随有机肥施用量增加而增加;(2)不同处理土壤C/N、C/P、N/P比变化范围为13.49~15.58、13.72~17.86、0.99~1.28,通过各处理变异系数和碳、氮、磷两两相关分析可知,黄壤C/N比较稳定,碳氮变化一致,而C/P、N/P比变化较大;(3)C/N、C/P比与有机碳呈极显著正相关关系,N/P比与全氮呈极显著正相关关系,但相关系数各不同;(4)与中国和世界土壤C/N/P比平均水平相比,黄壤碳、氮、磷比例失衡。     

毛乌素沙地湖滨带沉积物碳氮磷生态化学计量学特征

为了阐明毛乌素沙地湖滨带沉积物生态化学计量学特征及其指示意义,对不同类型区湖滨带沉积物有机碳、全氮和全磷含量进行了测定与分析。结果表明:不同类型区湖滨带沉积物有机碳和全氮含量变化趋势一致,表现为距离湖泊中心位置愈远其含量愈低;湖滨带沉积物有机碳、全氮、全磷含量剖面分布具有一定层次性,表现为0—10cm10—20cm20—40cm,湖滨带沉积物全磷的变化相对滞后于有机碳和全氮,其水平分布特征与有机碳和全氮不同,剖面分布相似;土壤含水率和土壤容重是影响沉积物养分分布的关键因子,同时也是影响C/P和N/P变化的主要因素;生态化学计量学特征分析表明,除相对远离湖泊中心的类型区C/N和C/P与土壤碳储量的变化趋势一致外,靠近湖泊中心的类型区碳与养分比值未表现出对土壤碳储量良好的指示作用。     

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。     

湿地退化条件下土壤碳氮磷储量与生态化学计量变化特征

为了研究湿地退化过程中土壤碳氮磷储量与生态化学计量变化,明确碳氮"汇"功能的变化和土壤碳、氮、磷的平衡关系,采用实地采样调查、室内分析与数理统计法,研究了若尔盖自然湿地保护区内未退化湿地沼泽(MA)、沼泽化草甸(MM)、草甸(ME)3种不同退化程度湿地的典型样地在碳氮磷含量、储量以及生态化学计量的变化特征。结果表明,草甸化沼泽土与草甸土全剖面总有机碳、全氮含量较沼泽土分别降低了29.55%,6.52%和67.53%,40.04%,碳氮储量分别降低了67.49%,60.10%和85.14%,54.47%;3种土壤全磷剖面含量大小顺序为MMMEMA,其储量高低顺序是MEMAMM。随着土层深度的增加,沼泽土的总有机碳、全氮含量明显升高,全磷含量与草甸化沼泽土、草甸土的总有机碳、全氮、全磷含量均呈现降低趋势;3种土壤碳氮磷储量40—100cm土层高于0—40cm土层。沼泽土、草甸化沼泽土、草甸土3种不同类型土壤C/N分别为40.38,31.70,23.26,C/P分别为409.52,247.46,113.07,N/P分别为10.43,7.90,5.02,土壤C/N、C/P、N/P均随湿地退化而减小,较高的C/P与N/P14揭示氮磷元素均是影响植物生长的限制性因素,且受氮素限制高于磷素。因此,若尔盖湿地退化导致土壤碳氮含量与储量降低,碳氮"汇"功能减弱,尤其是碳"汇"。     

黄河三角洲盐碱地不同混交林土壤可溶性有机碳氮的研究

对黄河三角洲盐碱地刺槐纯林、刺槐+白蜡、刺槐+白榆和刺槐+臭椿混交林土壤可溶性有机碳(DOC)和土壤可溶性氮(TNS)进行了研究。结果表明,4种人工林中,腐殖质层DOC和TSN含量显著大于0-20和20-40cm层土壤。刺槐+臭椿混交林的DOC含量最高,为257.70mg/kg。另外,总氮(TN)和TSN含量分别为1065.79和55.80mg/kg,均显著高于其他三种林型。各层土壤DOC和TSN含量由高到底的顺序依次为：刺槐+臭椿混交林 > 刺槐+白榆混交林 > 刺槐纯林 > 刺槐+白蜡混交林。相关分析结果表明,土壤DOC和TSN与土壤的全氮、有效磷、速效钾和含盐量相关性显著。     

黄土丘陵区不同土地利用类型下深层土壤轻组有机碳剖面分布特征

以黄土丘陵区林地（刺槐和柠条）、 撂荒地及坡耕地3种土地利用类型为研究对象,以浅层土壤（0100 cm）为对照,采用有机碳密度分组法对不同利用类型深层土壤（100400 cm）轻组有机碳含量及其分配比例进行了研究。结果表明, 1）3种土地利用类型土壤轻组有机碳含量及其分配比例随土壤深度的增加而显著下降,其含量的变化范围为0.09~1.76 g/kg,分配比例变化范围为4.19%~32.24%;各利用类型下亚深层（100200 cm）、 深层（200400 cm）土壤轻组有机碳含量为浅层的12.4%~39.8%,分配比例为浅层的28.7%~66.2%;随土层深度增加,轻组有机碳含量及其分配比例的降幅在不同土地利用类型下表现为刺槐林地＞撂荒地＞柠条林地＞坡耕地;2）各土地利用类型下同一土层轻组有机碳含量及其分配比例不同,浅层、 亚深层和深层土壤轻组有机碳含量及其分配比例表现为林地＞撂荒地＞坡耕地。3）退耕还林还草增加了浅层土壤轻组有机碳含量及其分配比例,却降低了亚深层、 深层土壤轻组有机碳含量及其分配比例,即与浅层土壤相比,植被恢复相对增加了深层土壤有机碳的稳定性。     

近30年川中丘陵区不同土地利用方式土壤碳氮磷生态化学计量特征变化

基于1981年第二次土壤普查数据和2012年实地采样数据,分析了紫色丘陵区1981—2012年不同土地利用方式下表层土壤碳氮磷含量及生态化学计量特征变化。结果表明:研究区近30年来土壤碳、氮含量增幅分别为109.98%、27.27%,磷含量基本稳定。1981年土壤C︰N︰P比为7.28︰1︰1,2012年C︰N︰P比为16.41︰1.37︰1。各土地利用方式土壤碳、氮含量均有不同程度提升,尤以林草地、园地提升最为明显;水田、旱地、园地土壤磷含量基本稳定而林草地下降明显;土壤C/N、C/P、N/P均有提升。30年来表层土壤碳储量明显增加,氮储量基本稳定而磷储量有所下降。     

黄土丘陵沟壑区刺槐混交林生态化学计量特征与碳储量

为了探讨混交林与纯林养分状况和固碳能力的差异,以黄土丘陵沟壑区刺槐(Robinia pseudoacacia)纯林、油松(Pinus tabuliformis)纯林以及刺槐+油松(Robinia pseudoacacia+Pinus tabuliformis)混交林、刺槐+山杨(Robinia pseudoacacia+Populus davidiana)混交林为对象,通过野外调查和室内分析相结合的方式,研究混交林与纯林生态系统的生态化学计量特征与碳储量。结果表明:(1)刺槐+油松混交林显著增加刺槐枝和根的C含量和叶、干的P含量及枝的C:P与N:P,并显著增加油松叶、枝和根的N含量和枝、干、根的N:P,但显著降低油松各器官的C:N,而刺槐+山杨混交林仅显著增加刺槐枝的P含量。(2)刺槐+油松混交林的土壤C含量显著高于刺槐纯林,土壤P含量显著低于油松纯林;刺槐+山杨混交林与刺槐纯林土壤P含量差异不显著。(3)总体纯林中乔木叶片与凋落物的C含量显著相关,C:N、C:P在乔叶-凋落物-土壤中均显著相关;但在总体混交林中仅有凋落物与土壤中的P含量与C:P显著相关。(4)刺槐+山杨混交林乔木层碳储量显著高于刺槐纯林,刺槐+油松混交林林下植被层与土壤层碳储量显著高于刺槐纯林。研究结果为深入了解黄土高原养分循环机制奠定基础,同时也为黄土高原人工林的经营管理提供理论依据。     

黄土丘陵沟壑区不同植物群落的土壤养分及其化学计量特征

[目的]对黄土丘陵沟壑区不同群落土壤养分及化学计量进行研究,为该区的植被恢复提供一定的理论依据。[方法]测定土壤的有机碳、全氮、全磷含量,计算C∶N,C∶P,N∶P,进行差异显著性检验。[结果]研究区土壤有机碳和全氮含量属于6级,全磷含量属于4级,均为养分含量较低的级别;0—10cm土层土壤养分含量大于10—20cm土层;不同群落之间P含量差异不显著,柠条群落的C,N含量最高,铁杆蒿群落的C,N含量最低;柠条群落C∶N与其他群落(铁杆蒿群落除外)差异不显著,C∶N保持相对稳定;铁杆蒿群落和刺槐群落的C∶P较低,土壤P的有效性较高。[结论]不同群落的生物量和盖度等特征不同,导致土壤养分有所差异;不同群落对土壤C,N,P的补充和吸收利用能力不同,导致化学计量特征有所不同。     

Consistent profile pattern and spatial variation of soil C/N/P stoichiometric ratios in the subalpine forests

Purpose

The vertical patterns of soil carbon (C), nitrogen (N), and phosphorus (P) stoichiometry are still controversial, and relative contribution of their controlling factors also is rarely understood for the whole soil profile. This study aimed to assess the vertical variation of both C/N, N/P, C/P ratios and their determining factors along soil profiles in subalpine forests of the eastern Tibetan Plateau.

Materials and methods

Soil samples at five depths (0–10, 10–20, 20–30, 30–50, and 50–100 cm) were collected from 132 forest sites to evaluate the vertical distribution of soil C/N, N/P, and C/P ratios. Eleven relevant environmental factors (e.g., altitude, latitude, longitude, soil pH, soil bulk density, relative stone contents, soil order, slope, position, forest type, and dominant tree species) were measured to examine their relative contribution on stoichiometric ratios within each soil layer using boosted regression tree (BRT) analysis.

Results and discussion

Soil C/N, N/P, and C/P ratios consistently decreased with increasing soil depth. BRT models accurately predicted the soil C/N, N/P, and C/P ratios in the upper four layers (R ² = 49–97 %). For soil C/N and N/P ratios, altitude associated with latitude had the highest contribution across five soil layers, while the contributions of soil pH and bulk density were significant within soil layers closer to the surface. Independently, soil bulk density and altitude were the most important factors of C/P ratios in 0–30- and 30–100-cm soil layers.

Conclusions

This study indicated that soil C/N/P stoichiometric ratios, and the relative importance of their controlling factors, shifted within soil profiles across Tibetan Plateau forests. Further research will be needed to understand the regulatory mechanism of soil stoichiometry and biogeochemistry in response to environmental change at whole soil profiles.

     

Changes of soil ecological stoichiometric ratios under different land uses in a small catchment of subtropical China

The role of soil elemental ecological stoichiometry in evaluation of nutrient cycling and limitation was not clear in local spatial scale. Thus, characteristic of soil C, N and P stoichiometric ratios and their relationships to land-use and soil properties were analyzed in a small catchment of subtropical China. Results showed that there were constrained soil C:N ratios in a small catchment. Soil C:P and N:P ratios were also constrained at the beginning; but they became variable after 10 years of different land uses. Soil C:N ratios in the small catchment were similar to those at national scale, but soil C:P and N:P ratios were remarkably lower at the local scale. Soil C:P ratios in paddy fields were 5.1–76.9% and 16.0–80.4% higher than those for other land uses in 2000 and 2010, respectively; the corresponding soil N:P ratios were also 3.8–66.7% and 19.1–75.0% higher. Over time, soil C:N ratios increased approximately 19.7–29.6% for all land uses after 10 years of utilization. Soil C:P and N:P ratios also increased for most land uses. Clay content was an important factor influencing soil C:P and N:P ratios. Except for paddy fields, N was still the limiting nutrient in most land uses, evaluating by elemental stoichiometry. Future work should focus on determining direct evidence of C and N limitations and their relationships to elemental stoichiometry in a small catchment.     

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。