外源碳氮对植物生态化学计量特征的影响研究进展

为了了解全球二氧化碳（CO2）浓度升高和人为N沉降加重的环境条件对植物养分状况的影响,笔者分析了森林植物的碳（C）、氮（N）、磷（P）含量以及生态化学计量比对于外源C、N及其交互作用响应的国内外文献数据。分析结果表明：1）CO2浓度升高将提高植物对C的吸收,降低植物N含量,导致植物的C：N在大部分试验中表现为增加趋势,外源C、N对植物P含量的影响结果不一,从而使N：P在不同的试验中结果不同;2）短期人为N沉降会增加植物的C、N含量,降低P含量,植物的C：N有所降低,而N：P却呈升高趋势;3）在CO2和N沉降二者交互作用下,植物N、P含量及其化学计量比的变化可能会出现“中和反应”,在不同的试验可能会表现出升高、降低或不变的趋势。CO2浓度升高和大气N沉降加重呈现出越来越明显的趋势,对生态系统结构和功能的影响也逐渐成为国内外生态学家研究的热点。本研究可为深入探讨外源C、N增加条件下的生态系统养分循环和生态化学计量特征提供参考依据,以便更好的提出CO2浓度升高和N沉降加重的大气背景下植物生长的应对策略。     

绢蒿荒漠草地两种主要植物的生态化学计量特征分析

【目的】研究退化伊犁绢蒿荒漠草地恢复后,主要植物的生态化学计量特征的变化,为干旱区草地恢复提供理论依据。【方法】以该草地的建群种伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)和伴生种木地肤(Kochia prostrata)为对象,分析两种植物的C、N、P、K含量及计量比以及放牧和封育条件下,两种植物的生态化学计量特征,研究两种植物的养分利用策略以及封育对两种植物的生态化学计量特征的影响。【结果】伊犁绢蒿的P(0.82 g/kg)极显著高于木地肤的P(0.58 g/kg),伊犁绢蒿的N(15.11 g/kg)、K(13.06 g/kg)含量和N/P(22.46)极显著低于木地肤的N(25.14 g/kg)、K(21.17 g/kg)含量和N/P(43.75)。封育改善了荒漠草地植物的生长环境,但与放牧相比,伊犁绢蒿与木地肤的C、N、P、K含量及元素计量比变化不显著。【结论】伊犁绢蒿与木地肤的养分利用策略不同,伊犁绢蒿以吸收利用P为主,木地肤以吸收利用N和K为主,伊犁绢蒿的生长率高于木地肤。封育对荒漠草地两种植物的生态化学计量特征影响不显著。     

河西走廊藜麦C、N、P生态化学计量学特征对物候期的响应

藜麦（Chenopodium quinoa）是南美洲传统作物,具有极高的营养价值和较强的环境适应能力,但其在我国西北干旱区的适应性还有待深入研究。生态化学计量学是对有机体的元素组成（主要是C、N、P）及其关系进行研究的科学,能一定程度地反映有机体的特征及其与环境的关系。在河西走廊大田栽培条件下,本试验研究了藜麦主要物候期的碳（C）、氮（N）、磷（P）含量及其生态化学计量比的变化。结果表明：随物候期的变化,藜麦的有机碳（organic carbon,OC）含量变化不显著,而全氮（total nitrogen,TN）和全磷（total phosphorus,TP）含量则显著降低;各器官间的OC含量较稳定,而TN和TP含量差异显著且叶和穗较高。藜麦的C∶N、C∶P随物候期的变化呈升高趋势,N∶P则呈先降低后显著升高趋势;根和茎C∶N、C∶P较高而叶N∶P较高。物候期和器官显著影响藜麦的C、N、P含量和计量比,后者与藜麦的生长和物质积累速度显著相关。     

围封对晋北赖草草地土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响及其与植被多样性的关系

为了明确围封对晋北赖草（Leymus secalinus）草地植物群落及土壤因子的影响,本试验对围封5年的赖草草地植物群落生长季地上生物量和植物群落特征进行连续观测,以及对不同土层土壤理化性质进行分析,结果表明：围封后,草地地上生物量、群落盖度和群落高度显著增加（P<0.05）,Shannon-Wiener指数和Margalef物种多样性指数均高于放牧地;围封草地0~5 cm的土壤容重显著降低（P<0.05）,各土层的土壤pH均显著降低（P<0.05）,10~20 cm,20~30 cm的土层中土壤碳氮比显著高于放牧地,20~30 cm的土层中土壤氮磷比显著低于放牧地（P<0.05）。土壤碳氮比驱动围封样地植物群落的变化,土壤全氮、pH、氮磷比驱动放牧样地植物群落的变化。     

平茬对内蒙古典型草原小叶锦鸡儿群落植物的影响

为了了解平茬对灌丛群落草本植物的影响,本文以内蒙古典型草原小叶锦鸡儿（Caragana microphylla Lam）群落为研究对象,设置了不平茬、一年平茬1次和一年平茬2次共3种处理,分析了平茬前后群落特征与植被化学计量特征的变化。结果表明：与未平茬相比,两种平茬处理下群落内禾本科植物密度均显著增加,平茬第二年禾本科生物量显著高于未平茬处理;平茬后两年内草地群落物种多样性指数随平茬次数增加均有增加趋势,且一年平茬2次处理时,Margalef丰富度指数显著高于未平茬处理;草本群落总生物量随平茬次数增加呈现先下降后增加的变化趋势;平茬后植被C、N含量、C/N比无显著变化,但植被N/P比显著增加。可见,平茬处理改变了小叶锦鸡儿群落的结构特征,提高了群落物种多样性及禾本科植物的密度,有助于典型草原的植被恢复。     

宁夏典型草原不同退耕年限草地植物-土壤生态化学计量特征

为了研究宁夏典型草原不同退耕年限草地优势植物及土壤 C、N、P化学计量特征,本研究以宁夏南部典型草原区退耕草地为对象,分别对退耕0、1、3、5、6、8、11、15、20年草地优势植物及土壤碳、氮、磷等生态化学计量特征进行研究。结果表明,各植物全氮含量均表现为地上部分大于地下部分,且猪毛蒿整体全氮含量较其他植物高。全磷含量除赖草外也表现为地上部分大于地下部分。退耕1年狗尾草和退耕3年赖草有机碳含量表现为地下部分大于地上部分,其余各退耕年限地上部分大于地下部分。优势植物C∶N、C∶P、N∶P整体表现为退耕20年长芒草最大。赖草和猪毛蒿最小。退耕6年以上20年以内土壤有机碳含量由表层向深层逐层递减;全氮含量退耕0~6年呈波动式变化,退耕8年后全氮含量由表层向深层逐层递减;全磷含量变化趋势与全氮相同。研究区土壤C∶N变化范围为7.08~19.62,C∶P变化范围为6.60~35.25,N∶P变化范围为0.82~2.17。各层土壤C∶N平均值变化范围为11.18~15.03,C∶P平均值变化范围为14.09~24.55,N∶P平均值变化范围为1.06~1.98;除C∶N接近我国土壤C∶N均值外,研究区土壤C∶P和N∶P均低于我国土壤C∶P和N∶P均值。并且相应地表优势植物C∶N、C∶P、N∶P明显高于表层土壤。本研究中土壤C∶N与土壤有机碳之间相关性不显著,与全N呈负相关,意味着C∶N主要受N控制,而C∶P与有机碳呈显著正相关,与全P相关性不显著。土壤N∶P与土壤全N含量呈显著正相关,与土壤全P含量相关性不显著,说明主要受N控制,而土壤全N含量随退耕年限的增加呈波动式上升趋势。植物与土壤碳、氮、磷相关性显示:植物全N与土壤N之间相关性不显著(P>0.05),植物全P与土壤全N、全P呈极显著的相关关系(P<0.01),与土壤有机碳和N∶P呈显著的相关关系(P<0.05)。     

广西桉树碳氮磷分配格局及其生态化学计量特征

对广西幼龄林(1 a)、中龄林(2 a)、近熟林(3 a)、成熟林(5 a)、过熟林(8 a)桉树人工林的叶、枝、干、根的C、N、P含量及其生态化学计量特征的分配格局进行研究,幵探讨两者随林龄的变化及其相互间的兲系。结果表明:桉树各器官有机碳含量差异不显著,有机碳含量随林龄变化不显著;叶片中N、P元素含量相对较高,各器官N/P随着林龄的增加先减小后增大;较于其他器官,桉树叶表现出较高的C/P和较低的C/N、N/P;中龄林、近熟林、成熟林桉树叶片N/P均小于14,表明桉树在中龄林、近熟林和成熟林生长过程受到N的限制。     

Soil nutrient concentrations and stoichiometry under different tree-cropping systems in a purple hillslope in southwestern China

Agroforestry systems strongly impact soil properties, yet their effects on the stoichiometry of soil nutrients remain unclear. This study aimed to determine the tree-cropping systems effects on soil C, N, P and K concentrations and their stoichiometry in 0–10 and 10–20 cm soil depths in a purple hillslope of southwestern China. Five typical agroforestry systems, including Citrus sinensis (L.) Osbeck system (CO), CO and Ipomoea batatas (L.) system (CI), CO and Arachis hypogaea (L.) system (CA), CO and Zea mays (L.) system (CZ), and CO and Solanum melongena (L.) system (CS), were investigated. Tree-cropping systems (i.e. CI, CA, CZ and CS) showed significantly higher soil C, N, P and K concentrations and clay percentage, and lower bulk density than CO system. Nutrient ratios altered inconsistently among five agroforestry systems. Soil depth differed N concentration, N:K ratio, bulk density and total porosity. Soil nutrient concentrations and stoichiometry showed significant correlations with physical properties. N:P ratio was 69.78 and 78.55% lower than the Chinese and World averages in the 0–10 cm soil depth, indicating that severe N limitation occurred in the agroforestry systems. Rational N fertilization and allocation of tree-cropping systems are urgently needed for sustainable development of agroforestry.     

退化红壤植被恢复团聚体及化学计量特征

为了探究不同植被恢复模式对土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)分配格局及其生态化学计量特征的影响,为红壤侵蚀区的植被恢复措施及生态治理模式优化提供科学依据,以江西省泰和县红壤严重退化地为研究对象,对研究区马尾松纯林、湿地松纯林、木荷纯林、马尾松木荷混交林(马木混交林)以及湿地松木荷混交林(湿木混交林)5种植被恢复模式0—20,20—40cm土层不同粒径水稳性团聚体C、N、P分配格局及其化学计量特征进行了研究。结果表明:(1)0—40cm不同粒径团聚体分别占总重56.34%(>2mm),30.01%(0.25~2mm),7.14%(0.053~0.25mm),6.54%(<0.053mm),各植被恢复模式土壤水稳性团聚体含量随着粒径的减小而降低,且差异显著(p<0.05),马木混交林>2mm土壤水稳性团聚体含量显著高于其他恢复模式(p<0.05);(2)各植被恢复模式土壤C、N、P含量以马木混交林及湿地松纯林较高,水稳性团聚体C、N、P的含量总体随着粒径减小呈升高的趋势,以较小粒级养分含量较高,且存在显著差异(p<0.05);土层间C、N含量差异显著,P无显著差异,C∶N、C∶P及N∶P存在显著差异(p<0.05);粒径间C∶N、C∶P及N∶P存在显著差异;土壤团聚体C、N与C∶N、C∶P、N∶P均呈极显著相关关系,N∶P值较高且P与N∶P存在显著负相关性(p<0.05);(3)土壤C、N与土壤团聚体C、N含量显著相关(p<0.05),土壤团聚体C、N与土壤容重及含水率存在极显著相关性(p<0.01)。研究结果表明,不同植被恢复模式对土壤养分的改善作用主要集中于表层土壤;土壤团聚体养分对土壤养分状况具有指示作用,且土壤团聚体养分保持能力与土壤物理性质有关;研究区植被生长限制因素以P限制为主且大团聚体和微团聚体受P限制作用更严重;马木混交林较其它植被恢复模式对土壤质量和结构提升均具有显著作用。     

亚热带2种针叶林土壤碳氮磷储量及化学计量比对混交的响应

针叶林混交阔叶树是改善土壤肥力、增强林地养分循环的重要措施,而混交效应受到针叶树种自身特性的影响,马尾松(Pinus massoniana)和湿地松(P.elliottii)是亚热带地区广泛种植的针叶树种,但目前2种针叶林对阔叶树混交的响应特征还不清楚。选取马尾松、湿地松纯林以及木荷(Schima superba)补植后形成的马尾松—木荷和湿地松—木荷混交林为研究对象,采集剖面土壤样品,测定土壤容重、有机碳(OC)、全氮(TN)和全磷(TP)含量,计算碳氮磷储量及化学计量特征,比较不同森林类型间的异同。混交阔叶树显著增加了马尾松林0—60cm各土层OC含量,而湿地松纯林与其混交林间OC含量无显著差异。同时,混交增加了2种针叶林土壤TN含量。马尾松林混交后0—60cm土层碳储量显著增加95.8%,而混交阔叶树对湿地松林土壤碳储量无显著影响。混交阔叶树后马尾松和湿地松林0—60cm土壤总氮储量分别增加了15.8%和28.4%,但混交对土壤磷储量无显著影响。混交显著增加了马尾松林0—40cm各土层C/N,而降低了湿地松林0—10cm土层C/N。混交阔叶树后马尾松林0—20cm土层C/P和0—10cm土层N/P显著增加,而混交仅增加湿地林0—10cm土层N/P。混交阔叶树增加了针叶林土壤氮储量,但对磷储量无显著影响,同时混交改变了土壤碳氮磷生态化学计量特征。与湿地松林相比,马尾松林土壤养分含量、储量及其化学计量特征对混交的响应更敏感。