降水量及N添加对宁夏荒漠草原土壤C:N:P生态化学计量特征和植被群落组成的影响

为了解降水格局改变和大气氮(N)沉降增加背景下土壤碳(C)∶N∶磷(P)平衡关系的改变是否会影响到荒漠草原植被群落组成, 基于2017年在宁夏荒漠草原设立的降水量(降水量减少50%、降水量减少30%、自然降水量、降水量增加30%和降水量增加50%)、N添加(0和5 g·m^-2·yr^-1)及其交互作用的野外试验, 初步分析了土壤C∶N∶P生态化学计量特征和植物群落组成的变化趋势以及二者的关系。结果表明, 增加降水量降低了土壤有机C、全N和N∶P。N添加及其与降水量的交互作用对土壤C∶N∶P生态化学计量特征的影响较小; 适量增加降水量刺激了多数植物生长, 提高了群落多样性。过量增加降水量导致猪毛蒿种群生物量急增, 且N添加对降水量效应有促进作用, 从而降低了群落多样性; 土壤含水量、全N、有机C和N∶P与种群生物量关系较为密切, 土壤含水量、有机C、C∶P和C∶N与多样性指数存在较强的相关关系。以上结果意味着降水量会通过调控土壤水分有效性, 改变土壤与植物之间N和P的满足程度, 从而对植物生长策略和群落多样性产生影响; 短期N添加对土壤养分有效性影响较小。因此, 还需通过长期的原位试验, 对N添加及其与降水量交互作用下土壤C∶N∶P计量平衡与植物群落组成的关系进行深入探讨。     

黄土高原典型草原植被及土壤化学计量对降水变化的响应

研究植被和土壤生态化学计量及其耦合关系,是解析气候变化背景下草地植被养分动态平衡和能量流动的重要途径.本研究以宁夏固原云雾山典型草原为研究对象,采用控雨-滴灌装置模拟3个降水梯度(自然降水的50％,100％和 150％),分析了植物叶片、根系、凋落物及土壤的碳(Carbon,C)、氮(Nitrogen,N)、磷(Pho...     

模拟降水对荒漠草原优势植物碳、氮化学计量特征的影响

降水作为关键性限制因子影响荒漠草原生态系统养分循环利用过程。以内蒙古短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原作为研究对象,于2016～2017年开展了野外模拟降水量变化(减少自然降水50%,自然降水,增加自然降水50%,增加自然降水100%)的试验。通过野外试验和室内分析的方法,测定了短花针茅、无芒隐子草(Cleistogenes songorica)、银灰旋花(Convolvulus ammannii)、木地肤(Kochia prostrata)4种植物及枯落物和0～40 cm土壤的全碳、全氮浓度,以探究植物和土壤全碳、全氮及其化学计量特征对两年降水量变化的响应。结果表明,减少降水处理显著提高了短花针茅、无芒隐子草和银灰旋花的全氮浓度,并显著降低了这3种植物的碳氮比;增加或减少降水处理对木地肤的全碳、全氮浓度及碳氮比无显著影响。增加降水处理显著提高了10～20 cm和30～40 cm土层全碳浓度;植物全碳、全氮浓度与土壤全碳、全氮浓度具有显著的负相关关系。通过植物-枯落物-土壤三者间全碳、全氮浓度及其碳氮比相关性分析可知,在模拟降水下,土壤养分是调控荒漠草原植物生长和养分...     

氮素添加对高寒草甸植物群落多样性和土壤生态化学计量特征的影响

为研究氮素添加对植物多样性与土壤养分含量的影响,本研究以青海省称多县高寒草甸为对象,在添加不同水平氮素(N0(0 gN·m-2)、N1(15 gN·m-2)、N2(30 gN·m-2)、N3(45 gN·m-2)、N4(60 gN·m-2))后测定植物表型性状(盖度、高度及生物量)和土壤养分(全氮、硝态氮、铵态氮、有机...     

秦岭山地松栎混交林优势草本N,P化学计量特征

氮(N)和磷(P)是影响陆地生态系统生产力的重要元素,而植物氮磷(N-P)生态化学计量特征为研究植物的养分利用状况提供了有效途径.研究林下草本优势种叶片N,P元素含量,可为判断其生长限制性元素及探索提高其生产力的途径提供参考依据.以秦岭松栎混交林内优势草本为研究对象,在群落调查的基础上,确定秦岭山地松栎混交林内草本优势种,分析优势草本叶片N,P化学计量特征.结果表明:林内草本偶见种较多;优势草本叶中N,P含量和N∶P比的均值分别为(17.51±3.01) mg·g-1,(1.74士0.79)mg·g-1和(11.67士4.01);优势草本叶片中N与P的含量间存在线性关系;随着草本叶片中P含量增加,N∶P比总体呈下降趋势;研究区松栎混交林内草本优势种披针叶苔草(Carex lanceolata)和野青茅(Deyeuxia sylvatica)生长受土壤中可利用的N限制,升麻(Astilbe chinensis)不受土壤中可利用的N,P含量限制;开展森林抚育,促进凋落物分解有利于提高松栎混交林内草本生产力.     

养分添加和降水变化对荒漠草原植物群落物种多样性和生物量的影响

本研究旨在探讨荒漠草原植物群落物种多样性及生物量对养分添加和降水变化的适应策略,以期为退化荒漠草原的恢复和管理提供理论基础。本试验在宁夏荒漠草原开展了养分添加和降水变化野外控制试验,通过测定植物群落物种数及生物量,研究养分添加和降水变化对荒漠草原植物群落物种多样性和生物量的影响。结果表明：养分添加显著降低禾草丰富度（P<0.05）;减少50%降水显著降低Shannon-Wiener指数和物种总丰富度,增加50%降水显著增加物种总丰富度（20.5%～28.2%）（P<0.05）;养分添加和增加50%降水显著提高植物群落盖度和生物量（P<0.05）;减少50%降水条件下,养分添加处理与不添加处理相比植物群落地上生物量显著提高（54.3%～75.6%）（P<0.05）;植物群落地上生物量与Shannon-Wiener指数和物种总丰富度呈显著正相关（P<0.05）。研究表明：减少50%降水条件下,养分添加能够缓解水分对荒漠草原植物生长的限制,其中氮磷钾添加缓解效果优于氮添加。     

准噶尔荒漠区域尺度浅层土壤化学计量特征及其空间分布格局

干旱荒漠生态系统具有降水稀少、土壤贫瘠、生物多样性低的特点,对荒漠土壤生态化学计量特征的研究有助于深入了解荒漠土壤养分供给能力及其对生物多样性和生态系统稳定性的影响。对准噶尔荒漠79个样点浅层(0~10cm)土壤及环境因子进行调查取样,分析了土壤有机碳(C)、全氮(N)及全磷(P)化学计量特征、空间分布及其影响因素。结果表明,准噶尔荒漠土壤C、N、P平均含量分别为(5.73±0.49),(0.207±0.009)和(0.347±0.004)g/kg,C∶N、C∶P、N∶P分别为(29.92±2.55),(15.97±1.23)和(0.498±0.024)。土壤P稳定性最高(CV=0.098),而C、C∶N和C∶P的变异性较强(CV=0.687~0.758)。C、P、C∶N及C∶P在不同生境(沙漠、戈壁和盐碱荒漠)、不同群落(白梭梭、梭梭及小灌木)间均存在差异。与全国及全球平均水平相比,准噶尔荒漠土壤C、N、P含量、C∶P及N∶P均较低而C∶N较高,养分元素缺乏程度表现为NCP。土壤养分元素及其化学计量比之间多具有显著的二次函数关系,且化学计量比主要受C和N的制约。在区域尺度上,各化学计量参数表现出明显的空间异质性,其中C、C∶N和C∶P分布格局相似,并受年降水量、纬度和经度的影响;N与N∶P分布格局相似,受经度、海拔和年均温的影响。     

封育措施下荒漠草原针茅植物-土壤C、N、P化学计量特征

以内蒙古希拉穆仁典型荒漠草原封育措施(完全封育、季节封育)下优势植物短花针茅及克氏针茅为研究对象,通过测定其叶片、枯落物和土壤C、N、P 含量及化学计量特征,分析封育措施下两种针茅养分变化特征及养分限制因素。结果表明:1)两种针茅叶片及枯落物C、N、P含量均表现为完全封育>季节封育,土壤N含量为完全封育(2.54 g·kg^-1)<季节封育(2.75 g·kg^-1);2)两种针茅植物叶片C/N、C/ P表现为季节封育>完全封育(P<0.05),说明完全封育降低了两种植物的固碳能力,土壤C/N与C/P均表现为完全封育(6.03、39.80)>季节封育(4.92、36.58)且差异显著(P<0.05);3)不同封育措施两种针茅叶片N/P>16,说明封育下两种针茅植物在研究区内主要受P的限制。研究结果进一步为荒漠草原可持续恢复管理提供科学指导。     

放牧对荒漠草原土壤和优势植物生态化学计量特征的影响

以宁夏荒漠草原土壤和优势植物为研究对象,分析放牧对荒漠草原生态系统土壤和植物C、N、P化学计量学特征的影响机制。结果表明,土壤C、C∶N、C∶P随着放牧强度的增加呈下降趋势,P呈增加趋势,而N及N∶P呈先增加后下降趋势。不同优势植物N含量对放牧强度的响应存在一定的差异,中度和重度放牧区甘草、砂珍棘豆、山苦荬、牛心朴子N含量明显低于轻度和围封禁牧N含量,牛枝子、短花针茅、中亚白草、刺叶柄棘豆、虫实、猪毛菜、乳浆大戟、骆驼蓬N含量明显高于轻度和围封禁牧N含量,表明适度放牧会显著增加某些物种的N含量;13种优势植物C∶N和C∶P在不同放牧强度下均表现为与N、P的规律相反,且不同优势植物N∶P对放牧强度的响应也存在一定的分异性。优势植物P、C∶P与土壤P、C∶P呈显著正相关,而C、N、C∶N和N∶P与土壤C、N、C∶N和N∶P无显著相关性,说明植物叶片的化学计量特征并非是由土壤养分含量特征直接决定的,而更多是受植物自身遗传特性的影响,体现了荒漠草原优势植物对极端环境具有相对稳定的适应能力。     

荒漠草原植被及土壤生态化学计量对降水的响应

利用遮雨棚技术对宁夏盐池县荒漠草原降水量进行人为调控,分析了不同降水梯度[33%、66%、100%(正常降水)、133%和166%]下植物群落地上部分和地下部分,以及土壤的生态化学计量特征,以探讨不同降水梯度对荒漠草原生态系统化学计量学特征的影响。结果表明：1)植物群落地上部分碳(C)随降水的增加逐渐减少,氮磷比(N:P)在正常降水下显著(P <0.05)高于降水量增加的处理;植物群落地下部分C、氮(N)、磷(P)随着降水梯度增大而先减后增,且地下部分C、C:N、C:P均在66%降水处理下显著(P <0.05)高于其他梯度。2)土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)随降水量的增加而增加;同一增水梯度下,表层土壤的SOC、TN和TP显著(P <0.05)高于深层土层。3)土壤SOC与植物群落地上部分P含量存在显著负相关(P <0.05),植物群落其他部分和土壤C、N、P无显著相关(P> 0.05)。研究结果表明,降水变化可改变植物养分分配,增加土壤养分积累,但降水变化过程下荒漠草原植物与土壤间元素耦合关系整体较弱。     

种植密度对紫花苜蓿不同生育时期叶片C、N、P生态化学计量的影响

以紫花苜蓿甘农3号（Medicago satial L.‘Gannong No.3’）为材料,设计了210,263,315,368,420 万株·hm^-2的5个种植密度,在种植第二年第一茬的分枝期、现蕾期和初花期留茬5cm刈割,刈割部分从下到上以植株枝条第3茎节及以下作为下层,第4茎节至第6茎节作为中层,以第7茎节及以上作为上层,研究不同密度对紫花苜蓿不同生育时期群落空间各层叶片C、N、P生态化学计量的影响。结果表明,随种植密度的增大,同一生育时期各层叶片C、N、P含量均下降,而叶片C∶N和C∶P则升高,分枝期和现蕾期的叶片C含量及初花期的叶片P含量对密度处理较为敏感;随着紫花苜蓿生育期的推进,相同密度下紫花苜蓿各层叶片C、N、P含量均减小,而C∶N和C∶P则增大;同一生育时期相同种植密度下,叶片C、N、P含量及N∶P的大小顺序为上层 > 中层 > 下层,C∶N和C∶P为下层 > 中层 > 上层。分枝期和现蕾期平均叶片N∶P均处于11~12之间,这2个时期紫花苜蓿受N限制;初花期N∶P为11.63~14.48,紫花苜蓿受N、P共同限制。紫花苜蓿适宜的种植密度为368 万株·hm^-2。     

紫花苜蓿生物量空间层次分布与叶片C、N、P化学计量特征对P添加的响应

以‘甘农3号’紫花苜蓿(Medicago satial L.‘Gannong No.3’)为材料,设计4个水平(0,80,120,160Kg·hm-2)的P添加田间试验,在种植第二年第一茬初花期留茬5cm刈割,刈割部分从下到上以植株枝条第3茎节及以下作为下层,第4茎节至第6茎节作为中层,以第7茎节及以上作为上层,研究不同空间草层苜蓿生物量分布与叶片C,N,P化学计量特征对P添加的响应。结果表明:随着施P量的增加,苜蓿上、中、下3层生物量显著增加,且以下层的增幅最大,尤以120kg·hm-2的P添加量最为明显;上、中、下3层叶片C、P含量与P添加量呈现正相关,施P增加了各层叶片C,N,P含量,且上、中、下3层叶片的C,N,P含量对P添加的敏感性由上到下依次递减;上、中、下3层叶片C:N,C:P和N:P均随着P添加量的增加呈现降低的趋势。与对照相比,各层叶片C:N在P添加120Kg·hm-2降幅最大,C:P和N:P在P添加160Kg·hm-2降幅最大;P添加不仅显著增加苜蓿叶片对P的吸收,而且能不同程度地促进苜蓿叶片对C和N的吸收;在120kg·hm-2的P处理下,苜蓿生物量和叶片N含量达到最大,叶片C,P含量也达到较高水平;根据N,P含量与化学计量比来判断,研究区苜蓿生长受N和P共同限制,但随着P添加量的增加,苜蓿逐渐受到N限制。     

放牧和模拟降水对短花针茅荒漠草原植物功能群多样性的影响

为探究放牧和降水变化对植物功能群的影响,本文以内蒙古短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原为研究对象,开展了野外控制试验。试验设置围封和适度放牧,分别进行模拟降水处理(减少降水量50%、自然降水、增加降水量50%、增加降水量100%),并在每年8月观测植物群落组成。结果表明：减水会降低植物功能群多样性、生物量和物种数量,增水有利于植物功能群多样性的提高。多年生丛生禾草多样性随降水量的增加而升高。同时,对降水梯度和功能群多样性进行拟合分析发现,降水量低于年降水量16%则不利于除灌木、半灌木外其他功能群植物的生长。围封草地增水67%～79%时,功能群的Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou指数值均较高,功能群多样性较高;由于放牧提高了植物的水分利用效率,放牧地各指数在增水26%～50%时较高,功能群多样性较高。综上,适度的放牧及水分补充有利于提高植物功能群多样性。     

川西北高寒沙地不同年限高山柳林下优势植物碳、氮、磷生态化学计量特征

通过采集川西北高寒沙地不同年限(6、18、24年)高山柳林下3种优势植被藏沙蒿、裂叶独活和镰荚棘豆,分别测定分析3种植被叶片、根部C、N、P化学计量特征变化特征。结果表明:不同年限高山柳林下植被C、N、P含量及其比值间存在显著差异且呈现出不同变化趋势。林下植被C含量整体下降;叶N含量呈上升趋势,根N含量随年限增长而下降;除藏沙蒿外,林下植被P含量变化不显著;C∶N变化范围为1.92~12.86;C∶P为29.18~196.88;不同年限高山柳林下植被N∶P间虽存在差异,但均表现出主要受到P限制,表明该区域植被生长主要受P限制,应注意P养分的适当补充。     

不同降水量条件下C3植物红砂—C4植物珍珠混生光合特性研究

为探明种间关系和降水变化对混生植物群落光合特性的影响,以C₃植物红砂（Reaumuria soongarica）和C₄植物珍珠（Salsola passerina）为研究对象,沿自然降水梯度测定单生和混生红砂与珍珠光合参数。结果表明：混生可提高红砂的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度,平均分别增加12.3%,13.7%,20.4%;而珍珠相反,平均分别减少5.5%,14.1%,28.9%。随降水的减少,混生红砂与珍珠的光合速率并没有显著提高,表明随干旱胁迫梯度增加其互惠作用并没有得到加强,并不支持胁迫梯度假说。西北干旱区和半干旱区红砂的净光合速率（Net Photosynthesis Rate,Pn）、蒸腾速率（Transpiration Rate,Tr）和气孔导度（Stomatal conductance,Gs）整体高于珍珠,平均分别增加6.6%,36.9%,27.8%,但其水分利用效率（Water Use Efficiency,WUE）低于珍珠,降低13.9%。研究表明,红砂可通过种间互惠更好地利用养分资源适应种间竞争及干旱胁迫环境,而混生珍珠竞争作用加强,在我国西北干旱和半干旱区红砂主要是通过提高光合速率来适应干旱环境,珍珠则通过提高水分利用效率来维持生长。     

施氮量和密度对燕麦叶片C、N、P化学计量特征的影响

为分析科尔沁沙地燕麦养分限制状况,本研究测定了不同密度和施氮量处理条件下燕麦(Avena sativa)叶片C、N、P含量,并计算了C/N、C/P和N/P值,探讨密度和施氮量对燕麦叶片C、N、P化学计量特征的影响。结果表明:随施氮量的增加,叶片中C、N、P含量呈现不同的变化规律,其中N含量呈先降低后升高的变化趋势;随密度的增加,C、 N、 P含量总体呈逐渐降低的变化趋势。不同施氮量下,叶片C/P值在7.11～19.80, C/N值在1.95～4.13, N/P值在4.94～12.13;在不同种植密度时C/P值在7.11～17.66, C/N值在1.64～2.80, N/P值在2.56～12.18。在施氮量和密度互作时,N/P值在2.45～9.57,燕麦生长受N限制。     

塔克拉玛干沙漠南缘荒漠绿洲过渡带不同土地利用影响下优势植物化学计量特征

荒漠绿洲过渡带天然植被对于绿洲生态环境的维护具有非常重要的意义。土地利用等绿洲化的人类活动如何影响天然植被对于评估过渡带的植被结构和功能非常重要。生态化学计量学在限制性营养判断和评估生态系统稳定性上得到了广泛利用。以塔克拉玛干沙漠南缘典型植物多枝柽柳、疏叶骆驼刺和花花柴为研究对象,研究不同土地利用方式和强度对植物碳(C)、氮(N)、磷(P)、C∶N、C∶P和N∶P的影响。研究表明,3种植物的C、N、P、C∶N、C∶P和N∶P平均值分别为385.94 mg·g^-1、13.62 mg·g^-1、1.49 mg·g^-1、30.33、294.01和9.69。与干旱区以及全球其他群落类型相比,植物C和P处于中间水平,而N则普遍低于其他区域。土壤的利用方式、强度以及二者的交互作用能够显著影响大部分指标。过渡带不同利用方式外围荒漠样点C、N、P及其比值差异较大,土地利用后也具有较大的差异。土地利用后,3种植物的总C呈下降趋势,而N和P整体呈增加趋势,利用程度越高,增加越明显,但也受物种差异的影响。土壤与植物元素含量的相关关系在物种间具差异性,土壤与柽柳和花花柴两种植物营养之间相关性非常低。3种植物的N和P之间具有显著相关性。塔克拉玛干沙漠南缘区域植物普遍缺少N素,土地利用在一定程度上缓解这种N素缺乏。随着荒漠绿洲过渡带利用强度的变化,预计过渡带植被的化学计量将发生不同的改变。