我国陆地生态系统土壤·植物生态化学计量学研究进展

概况了生态化学计量学的概念、基本理论,重点分析了我国陆地生态系统土壤、植物生态化学计量学在不同生态系统、不同温度带及不同演替阶段的特征,并从生物、非生物因素及人类干扰3个方面综述了土壤、植物化学计量学特征的驱动因素,最后总结了我国生态化学计量学的研究现状并展望了未来的研究方向。     

生态化学计量学特征及其应用研究进展

生态化学计量学已成为生态学研究的热点问题。作为一门新兴学科,综观国内外最新研究进展,相关研究目前尚存在着许多不足。基于此,从全球与区域尺度、功能群尺度及个体水平3个方面阐述生态化学计量学特征,从空间、时间、生境和植物类型等生物与非生物因素综述生态化学计量学特征的驱动因素。并讨论生态化学计量学特征在限制性养分判断、生态系统稳定性、生长率与C:N:P关系中的应用。     

中国南方5个地区木本植物根及叶片 N、P生态化学计量学特征

氮(N)、磷(P)是维系植物生长发育的两种重要的基础营养元素。区域尺度范围的N、P元素化学计量研究可以更好地认识陆地生态系统的空间尺度格局变化。同时,与植物体内各个器官之间(如根叶之间)的N、P含量密切相关,使其能够快速应对外部环境变化,调节生长速率,使生物体达到最适生长。选取西双版纳、贡嘎山、鼎湖山、武夷山和尤溪5个中国南方地区的木本植物(以乔木为主)为研究对象,分析了植物根、叶器官内部以及器官之间的N、P化学计量学特征。结果表明,上述5个地区相同器官的N、P含量变幅较大,造成地区间养分含量的差异可能是由于土壤养分、温度和降水。同一地区植物不同器官的N、P含量都是叶大于根。根或叶内部的N-P、N-N:P以及P-N:P基本呈现等速比例关系,表明在各器官内部N、P含量相互促进的作用明显。根、叶之间的N含量、P含量以及N:P则呈现异速比例关系。说明不同器官之间对某种养分的分配彼此相互影响、相互协调。     

常绿阔叶林藤本植物叶片N、P、K生态化学计量学特征

【目的】研究广西大明山国家级自然保护区常绿阔叶林中30种藤本植物叶片N、P、K生态化学计量学特征,为丰富群落生态化学计量学提供基础数据。【方法】在大明山天坪站保存完好的常绿阔叶林中设置20m×20m标准样地80块,共3．2ha,在每个标准样地左下角设置5rex5m的小样方,对藤本植物多样性进行调查,根据重要值,采集30种藤本植物叶片,进行叶片N、P、K含量测定。【结果】叶片N、P、K变化范围分别为3．52-54．71、0．21-3．36、0．48-4．23g／kg。各个化学计量因子之间存在一定的线性关系,草质藤本叶片N：K含量均大于木质藤本,P含量差异不显著。【结论】大明山常绿阔叶林中多数藤本植物是受N或P或N：P的影响,约30％的种类受到N元素限制,而受NP元素限制的植物相对少;草质藤本叶片比木质藤本有更强的N、K元素存储能力。     

红松叶片与土壤有机碳、氮、磷、钙的空间分布及其化学计量学特征

研究土壤与植物间的养分互馈效应特别是大量元素碳、氮、磷的关系对深刻认识陆地植被系统养分平衡过程有重要意义。以东北阔叶红松林中的红松为对象,通过沿纬度梯度设置样地,并分别进行土壤和红松叶片样品的采集和室内分析,探讨其钙元素与有机碳、全氮、全磷及其化学计量学特征的相互关系。结果表明:东北阔叶红松林土壤有机碳、氮、磷和钙的空间变异性均较大(变异系数均大于23%),如表层(0～15cm)土壤有机碳和水溶性钙的变化范围分别为2.3%～11.0%和25.33～86.30mg·g^-1,且有机碳和全氮含量均随纬度的增加而升高;叶片磷和钙的变异性较大,但含量均较低,分别为0.1%～0.3%和1.88～4.29mg·g^-1,而且受纬度变化的影响较小;土壤具有较高的C∶P和N∶P,尤其表层土壤C∶P高达106.13,且均随纬度的增加逐渐增大;叶片的C∶N和C∶P也均高于全球平均水平,而N∶P则较低,仅为9.86;土壤钙与其有机碳、氮和磷均呈极显著正相关,叶片钙则受土壤钙和下层(15～30cm)土壤碳、氮和磷的影响均较大;表层土壤钙和叶片钙均与其C∶P和N∶P呈负相...     

贵州省珍稀四球茶茶树和土壤的碳氮磷生态化学计量特征

【目的】研究贵州省普安县特有珍稀四球茶茶树和土壤生态化学计量特征的差异及其内在关联性,为四球茶的合理栽培及可持续开发利用提供科学依据。【方法】以四球茶为研究对象,选择植茶年限分别为5、15、25和40年的健康茶树种群,测定茶树和土壤的碳（C）、氮（N）、磷（P）含量,分析不同植茶年限下茶树和土壤生态化学计量特征之间的内在关系及元素限制情况。【结果】随着植茶年限的增加,0~20 cm层土壤和叶片C含量呈先上升后下降的变化趋势,25年时达最大值,土壤C含量较5和15年分别显著高27.33%和23.33%（P<0.05,下同）,老叶C含量较5、15和40年分别显著高13.75%、13.07%和10.78%,新叶C含量较5、15和40年分别显著高21.12%、8.79%和25.63%;N含量呈先下降后上升的变化趋势,P含量则逐渐增加。随着植茶年限的增加,土壤、新叶和老叶的C:N均呈先上升后下降的变化趋势（25年时最大）,C:P和N:P逐渐降低,其中,15、25和40年土壤的N:P显著低于5年,分别低27.95%、29.01%和33.25%;植茶40年时,其养分吸收利用效率和生长速率明显降低。茶园土壤的P素回归水平较高,N素回归水平较低,随着植茶年限的增加,老叶生长一直受N素限制,新叶生长逐渐由P素限制转变为N素限制。茶树叶片的P、C:P、N:P与表层土壤的C、P含量有显著的相关性,老叶与新叶的N含量间、P含量间呈极显著正相关（P<0.01,下同）,叶片的C:P、N:P与叶片P含量呈显著或极显著负相关。【结论】适当的植茶年限（≤ 25年）有利于有机质的积累和土壤生态环境的改善,植茶年限过长（≥ 40年）,土壤养分水平降低,养分循环过程受限,应采取增施N肥、补充有机质等措施以改善茶园土壤环境,利于其可持续开发利用。     

贵州植烟土壤养分状况与生态化学计量学特征分析

采集贵州烟区耕层土壤样品与剖面土壤样品,对土壤大量和微量养分元素含量的状况及其空间与垂直分布规律进行了分析,并对碳、氮、磷、钾的生态化学计量学特征进行了研究.结果表明:贵州植烟土壤养分存在表层聚集的现象,耕层土壤氮、磷含量较高;土壤微量元素含量的空间变异程度大于大量元素;部分土壤需要补充钾、钙、镁;耕层土壤的C:N较高...     

三峡库区不同植被对土壤碳氮磷生态化学计量学特征的影响

土壤碳氮磷生态化学计量特征是陆地生态系统生物地球化学循环偶联的关键指标之一。以湖北宜昌点军区3种植被类型(柏树地、橘树地、菜地)的土壤作为研究对象,对土壤碳氮磷及其生态化学计量学进行了研究,探讨不同植被覆盖对土壤碳氮磷之间的关系与影响。结果表明,不同植被覆盖显著改变土壤碳氮磷含量,柏树地的土壤有机碳和全氮的含量显著大于柑橘地和菜地,而菜地和柑橘地土壤有机碳和全氮含量之间无显著差异,菜地的全磷含量最大,其次是橘树地,柏树地最小。3种植被覆盖的土壤碳氮比之间无显著差异,但是柏树地的土壤碳磷比最大,其次是橘树地,菜地的最小;土壤氮磷比是柏树地显著大于橘树地和菜地,而菜地和橘树地之间无显著差异。表明三峡库区土壤碳氮偶联反应,而氮磷之间以及碳磷之间并未发生偶联反应。相关性分析的结果表明,土壤碳磷比是柏树地橘树地菜地。碳磷比、氮磷比与有机碳之间的相关性大于全氮和全磷,表明土壤碳磷比和氮磷比主要受到碳的影响。     

农田面源流失C、N、P元素的生态化学计量与生态拦截沟渠工程

综合生态拦截沟渠内土壤、水体、微生物、浮游植物、浮游动物、水生高等植物中C、N、P元素的生态化学计量研究进行分析,阐明生态拦截沟渠建设对改变农田排水的化学计量学属性、消减农业面源污染、降低水体富营养化程度以及控制藻类水华等方面的影响,以期为生态拦截技术的开发提供理论依据。     

火锅蘸酱常温贮存过程中的微生物变化的研究

主要研究了火锅蘸酱在常温贮藏期间的微生物生长规律,利用DPS软件,建立Gompertz模型,评价该调味酱的保质期,然后用生产日期相近的两个组的微生物变化验证其是否符合所建立的生长模型。结果表明：该调味酱在12个月的保质期内食用安全,所建模型能有效地拟合在贮藏期间调味酱中细菌总数的动态变化。     

荒漠草原建群种及其枯落物的C、N、P生态化学计量特征

以希拉穆仁草原建群种羊草(Leymuschinensis)、短花针茅(Stipa breviflora Griseb)、芨芨草(Achnatherum splendens nevski)及其枯落物为研究对象,通过测定其C、N、P质量分数,并计算生态化学计量比,分析建群种养分限制格局及养分再吸收规律。结果表明:①植物叶片的C、N、P质量分数均值分别为398.74、24.41、1.55 g/kg,枯落物的为362.53、14.79、1.17 g/kg,3种植物叶片的C、N、P质量分数与其枯落物的差异显著(P<0.05)。②植物在枯落之前会将养分转移,防止养分的流失,N、P的养分再吸收效率范围分别在13.51%~77.49%、2.65%~49.51%,N的回流率大于P,进而使其具备了较强的适应干旱环境的能力。③3种植物叶片的N/P、C/N、C/P变化范围分别在11.81~21.70、15.76~16.59、195.47~273.37,枯落物的变化范围分别在7.72~17.05、17.71~64.46、215.43~487.46,3种植物叶片与枯落物的N/P、C/P差异显著(P<0.05)。④植物叶片N/P均值为16.95,枯落物N/P均值为12.31,说明植物的生长主要受P的限制。研究结果可为荒漠草原提供草地管理指导。     

不同林龄麻栎人工林土壤生态化学计量特征研究

以江苏省句容市不同林龄（18、30、45、67 a）麻栎人工林为研究对象,测定土壤及其微生物生物量碳及氮、磷含量,并分析其生态化学计量特征。结果表明：随林龄的增长,麻栎林土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）含量增加,而土壤全磷（TP）呈先增加后减小的趋势,且处于较低含量水平（土壤TP含量均值为0.42 g/kg）。不同林龄之间土壤生态化学计量比差异不显著,土壤C/P平均值（80.09）远高于全国平均水平（52.7）。随林龄的增长,麻栎林土壤微生物生物量碳（MBC）及氮（MBN）、磷（MBP）含量总体呈增加趋势,土壤微生物生态化学计量比在林龄之间的差异性不显著。土壤微生物生物量碳氮磷与土壤碳氮磷含量之间呈极显著正相关;而土壤TP与MCB/MBP、MBN/MBP显著负相关;土壤MBP与C/P、N/P显著负相关。因此,麻栎林土壤表现出全磷和有效磷的匮乏,林分生长受到磷的严重制约;土壤微生物生物量受土壤养分影响,且二者存在显著的生态化学计量耦合关系。本研究有利于系统、全面地揭示麻栎人工林生态系统土壤养分状况,对麻栎林合理经营、养分调控及生产力提高等具有指导作用。     

不同N、P添加水平对黄顶菊叶片化学计量特征的影响

黄顶菊(Flaveria bidentis)为新入侵我国的一种恶性杂草,研究其化学计量特征可以了解入侵植物在不同环境中的生存和适应策略.通过网室盆栽控制试验,研究了土壤N、P添加对黄顶菊植株生长、N、P化学计量特征和叶绿素含量的影响.结果表明,土壤N、P添加比例相同条件下,养分水平对叶片N:P的影响显着;随着N、P添加量的增加,叶片N:P比显着下降,地上生物量较对照均显着增加,其中高N素比例对叶片N:P影响最大,当叶片N:P比>21.24时,植株生长速率较低,符合生长速率假说.土壤N和叶片N含量与黄顶菊叶片叶绿素含量成正相关,黄顶菊叶片N(P)含量和地上生物量均随着土壤N(P)含量的增加呈现先增加后下降趋势.黄顶菊叶片N:P<20.86为N限制,叶片N:P>21.24为P限制.     

模拟干旱对鼎湖山季风常绿阔叶林土壤碳氮磷化学计量特征的影响

以对气候变化敏感的南亚热带季风气候区的地带性森林-季风常绿阔叶林为研究对象,依托鼎湖山的降水变化人工控制实验平台,设自然降水和全年降水量减少50%两种处理,分析在2年降水强度改变下,南亚热带季风常绿阔叶林森林土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)的变化趋势,探讨模拟干旱对季风常绿阔叶林土壤C、N、P化学计量特征的影响。结果表明：减少降水处理明显降低了土壤含水量;季风常绿阔叶林土壤C、N、P随着土层深度的加深呈逐渐减少的趋势。干旱处理下土壤C、P含量明显增加,N含量变化不明显。在化学计量比方面,季风常绿阔叶林土壤C : N、C : P以及N : P随着土层深度的加深而减少;在减少降水(干旱)处理下,C : N和C : P均高于对照,而表层土壤(0~10 cm) N : P低于对照。2年降水强度减少使该森林土壤呈现干旱趋势,使土壤有机质分解速率下降,影响南亚热带季风常绿阔叶林土壤C、N、P的积累。     

低碳氮比污水中氨氮降解动力学研究

低碳氮比废水给氨氮的无害化处理带来困难,脱氮所面临的主要问题是如何以最低的代价提高其总氮去除率,试验通过驯化低碳比的活性污泥,驯化后活性污泥处理人工配制生活污水,探讨了基质降解动力学方程。结果表明:相同C/N比的污水,氨氮浓度的增加,去除率逐渐减少,氨氮浓度为26.3 mg/L时,仅运行4 h,氨氮的去除率就达到了99.5%,当氨氮浓度增加到106.7 mg/L时,运行7 h氨氮去除率仅为46.9%,但经过一个运行周期(12 h),氨氮去除率最终达到95%以上,氨氮降解过程符合Monod一级动力学方程SeS0=e-KXt;拟合曲线的相关指数R为-0.943 3~-0.983 2。保持氨氮浓度不变,提高有机物浓度,使其C∶N比的控制在2∶1、4∶1、6∶1、8∶1、10∶1,可以看出随着有机物浓度的增加,氨氮的降解速率逐渐加快,当C∶N增加到8∶1后,再加大有机物的浓度,对氨氮的降解速率基本没有影响。     

磨盘山4种植被类型的凋落物及其表层土壤C、N、P的化学计量特征

为滇中高原亚热带森林资源的保护与可持续利用提供依据,对玉溪磨盘山即元江栲半湿润常绿阔叶林、云南松次生混交林、天然华山松林和高山矮栎林4种植被类型的凋落物及其土壤(0~10cm)进行收集、取样测定其C、N、P含量及化学计量比,分析不同植被类型的凋落物和土壤养分之间的关系。结果表明:1)4种植被类型在凋落物的未分解层C含量,以云南松次生混交林最高,达624.04g/kg,华山松林最低,为475.76g/kg;N含量以常绿阔叶林最高,为15.49g/kg,华山松林最低,为12.2g/kg;P含量以华山松林最高,为2.3g/kg,常绿阔叶林最低,为1.91g/kg。4种植被类型凋落物半分解层N、P含量差异不显著,C含量以云南松次生混交林最高,为337.38g/kg,华山松林最低,为211.96g/kg。表层土壤C、N、P含量差异显著,均表现出云南松次生混交林最高,华山松林最低。2)4种植被类型凋落物未分解层中,C/N值以云南松混交林最小,C/P、N/P值均以高山栎林最小;半分解层中4种植被类型N/P值无显著差异,而C/N、C/P值均以常绿阔叶林为最大;表层土壤层中C/N、C/P和N/P值均无显著差异。3)高山栎林凋落物的N含量未分解层与其半分解层呈显著正相关。常绿阔叶林凋落物未分解层N含量与其半分解层中N、P含量均呈显著正相关。华山松林凋落物未分解层C含量与其表层土壤层C含量呈显著相正相关。云南松混交林未分解层N含量与其土壤层P含量呈显著正相关。     

施氮磷肥对杉木人工林3种林下植物养分动态及化学计量比的影响

林下植物在人工林生态系统中具有重要生态功能,而其对施肥的响应,尤其是氮(N)磷(P)同施的耦合效应少有研究。以中亚热带典型中龄杉木人工林为对象,布设施N、施P、两者同施和对照4种处理5次重复的野外试验,于施肥第3年的生长季和非生长季收集3种主要林下植物即2种草本地上部分和1种灌木叶片,测定其N、P含量,并计算其化学计量比动态变化。结果表明,施N肥分别提高林下植物狗脊(Cibotium barometz)、芒萁(Dicranopteris dichotoma)、黄瑞木(Adinandra millettii)的N含量18%、25.4%、19.6%;施P肥分别提高狗脊、芒萁、黄瑞木的P含量31.1%、33.9%、11.9%;植物体P含量是驱动N/P化学计量比变化的主因;施N可缩小林下植物养分在生长季与非生长季的差异,而施P增大其养分在生长季与非生长季的差距,但N、P同施对林下植物养分含量在生长季与非生长季的差距无显著影响。综上所述,在P相对缺乏的杉木生态系统,施P肥有利于保障植物N/P化学计量的稳定,有效维持林下植物资源分配平衡。