黄土高原刺槐林不同组分生态化学计量关系研究

碳、氮、磷生态化学计量比是生态系统过程和功能的重要特征。刺槐具有生长快、适应性强、耐干旱贫瘠等特点,是黄土高原区水土保持造林的主要树种,以黄土高原刺槐林为研究对象,研究其不同坡向叶片-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,在阴坡和阳坡,C∶N表现为叶片枯落物土壤,C∶P,N∶P表现为枯落物叶片土壤;叶片、枯落物、土壤C∶N、C∶P、N∶P在阴阳坡均无显著性差异(p0.05),但叶片、枯落物、土壤在两两之间均有显著性差异(p0.05)。土壤的C∶N、C∶P、N∶P均表现为0~10cm10~20cm层,但差异性不显著。不论在阴坡或阳坡,叶片与枯落物的C∶N均为正相关(p0.05);在阳坡,叶片与枯落物的N∶P相关性显著;在阴坡,枯落物与0~10cm土壤的C∶N为显著正相关(p0.05)。     

云雾山草地植物地上部分和枯落物的碳、氮、磷生态化学计量特征

碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量比是生态系统过程和功能的重要特征。为探究云雾山天然草地30年恢复演替过程中不同封育年限植物和枯落物的全碳、全氮和全磷含量及其生态化学计量特征变化规律,以云雾山封育1、12、20、30年的天然草地为研究对象,通过典型样方调査研究了黄土高原不同封育年限植物和枯落物养分变异特征。结果表明:不同封育年限间,植物地上部分C∶N、C∶P、N∶P比变化范围分别为24.91~37.37、380.1~562.1、12.14~15.86,均值分别为32.51、473.6和14.64;枯落物C∶N、C∶P、N∶P比变化范围分别为37.18~47.11、755.5~885.9、16.41~22.31,均值分别为40.71、819.9、20.30。植物地上部分C、N、P含量间呈极显著相关(p0.01);植物地上部分P含量与C∶N、C∶P、N∶P呈极显著负相关(p0.01),与枯落物C、P、C∶P、N∶P呈极显著相关(p0.01)。云雾山植物N∶P比介于14~16之间,植物生长受氮磷共同限制,建议增加草地氮、磷肥的使用量。该研究结果有助于进一步了解云雾山草地C、N、P在不同组分间的相互作用规律与机制。     

黄土高原子午岭辽东栎林植物和土壤碳氮磷化学计量学特征

选取黄土高原子午岭林区的幼龄林、近熟林和成熟林3个林龄阶段的辽东栎林为对象,通过测定林内植物、枯落物和土壤的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量,研究不同生长阶段植株、枯落物及土壤的化学计量学特征。结果显示:林内植物各器官(叶、枝、干和根)之间C、N、P含量均存在显著性差异,分别在245.3~492.6g/kg,1.57~20.6g/kg和0.11~1.63g/kg之间;枯落物C、N和P含量分别在283.5~329.0g/kg,11.5~13.2g/kg和0.73~1.06g/kg之间。在不同生长阶段,植物C含量无显著性差异;植物N和P含量,枯落物和土壤C、N和P含量均存在显著性差异。具体表现为随着林龄的增加,植物叶片C∶N和C∶P显著增加,N∶P先增加后减小;枯落物C∶N、C∶P和N∶P均显著增加;土壤C∶N显著减小,C∶P先增加后减小,N∶P无显著性差异。植物叶片和枯落物与土壤N和P含量和化学计量特征呈显著的线性相关,说明土壤中N、P供应量影响植物体中的N、P含量。     

毛乌素沙地樟子松林植物-土壤生态化学计量特征演变关系

[目的]探究沙漠化土地植被恢复过程的植物与土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征的演变关系，可以深入认知樟子松固沙林植被恢复的机制。[方法]以榆林毛乌素沙地的半固定沙地为对照，分析了恢复25～56 a樟子松林下的物种多样性、樟子松植物组织(叶片、枯落物、细根)与土壤的C,N,P含量及其化学计量动态变化特征与交互作用。[结果](1)樟子松植物组织C,N,P平均含量表现为：叶片>枯落物>细根，碳氮磷化学计量比为：枯落物>细根>叶片。(2)与半固定沙地相比，植被恢复后樟子松植物组织和土壤中的C,N,P含量显著变化。从恢复25 a到56 a,枯落物和土壤C含量分别显著增加了14.9%和61.5%,N含量分别显著增加了55.0%和52.4%。(3)随着恢复年限增加，枯落物和细根的C∶N以及叶片和细根C∶P,N∶P均显著降低，叶片C∶N及枯落物C∶P,N∶P显著增加。(4)枯落物与土壤C含量，细根与土壤N,P含量及植物组织与土壤间C∶P均呈显著正相关关系。(5)植被恢复年限通过影响枯落物生物量和林下植被根量间接影响土壤C,N,P含量，且总效应最大。[结论]榆林沙区樟子...     

毛乌素沙地固沙林枯落物—土壤连续体生态化学计量特征

为揭示不同固沙林模式恢复过程中主要养分含量变化关系与差异特征。以榆林毛乌素沙区半固定沙地以及恢复25~56年的人工灌木和乔木林地为对象,测定和分析从枯落物层到腐殖质层,再到矿质土层碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比随恢复年限和连续体剖面的动态变化特征及相关关系。结果表明:不同恢复年限2种林地C、N、P含量及其化学计量均表现为枯落物层＞腐殖质层＞矿质土层。但随林地恢复年限延长,2种林地枯落物、腐殖质及矿质土层C含量均显著增加,到恢复56年时,分别比半固定沙地平均增加1.76,35.70,6.45倍;P含量在腐殖质层和矿质土层中显著增加,平均增幅分别为1.67,2.11倍;N含量仅在矿质土层显著增加,平均增幅为4.16倍。2种林地化学计量变化则表现为,随恢复年限延长,腐殖质层C∶N呈显著增加趋势,到恢复56年时,比半固定沙地平均增长18.6倍;N∶P只在灌木连续体中显著增加,C∶P未显著变化。相关分析表明,2种林地连续体各层间C含量均达到极显著正相关,矿质土层C与N、P之间也呈极显著正相关,腐殖质层C∶N、C∶P与矿质土层C∶P均呈极显著正相关。综上,榆林毛乌素沙地植被恢复过程中,枯落物—土壤连续体C含量为协同增长,N、P含量仅在矿质土层中增长明显,C∶P是连续体中相对平衡稳定的化学计量特征。     

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。     

玉米秸秆不同构件添加对土壤N_2O排放的影响

通过室内培养试验,研究玉米秸秆不同构件及按比例混合添加对土壤N_2O排放的影响。试验设置无枯落物土壤对照(CK)及四种枯落物添加处理:茎+土壤(CKS)、叶+土壤(CKL)、鞘+土壤(CKLS)、混合枯落物(茎∶叶∶鞘=5∶3∶2)+土壤(CKM)。结果表明:培养初期添加枯落物对土壤N_2O产生激发作用,培养6d之后趋于稳定,但各添加枯落物处理高于对照;培养结束各添加不同构件及混合枯落物土壤N_2O累积排放量都显著增加(p0.05),添加茎和混合枯落物土壤N_2O排放量显著高于添加叶和鞘枯落物(p0.05)。枯落物混合对土壤N_2O排放的影响在培养前期(10~28d)有一定的促进作用,培养后期不同枯落物之间无相互作用。培养结束后各枯落物全氮含量显著高于初始值,C/N显著低于初始值(p0.05)。枯落物混合培养结束后剩余质量实测值低于预测值,全氮含量实测值高于预测值,枯落物碳氮比实测值低于预测值,土壤N_2O累积排放量差异不显著,表明枯落物混合有利于枯落物分解和氮累积,但是对N_2O累积排放影响不大。     

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。     

黄河三角洲地区刺槐白蜡人工混交林枯落物分解的林龄差异

为研究黄河三角洲不同林龄刺槐白蜡混交林枯落物分解,选取7,12,21,30年生的刺槐白蜡人工混交林,采用分解袋法研究了为期2年的枯落物分解。结果表明:(1)混交林枯落物分解系数为0.44~0.60,大小顺序为30a21a12a7a;半分解周期为1.15~1.58年,分解周期为4.96~6.83年,两者大小顺序为7a12a21a30a。(2)枯落物分解速率与初始N含量显著正相关,与初始C/N值显著负相关;4个林龄混交林枯落物初始N含量之间差异显著,12,21年生混交林枯落物初始C/N值差异不显著,但它们与7,30年生混交林枯落物初始C/N值差异显著(P0.05)。(3)枯落物分解速率与土壤有机质含量呈显著正相关,与土壤碱解氮含量呈显著正相关;4个林龄混交林土壤有机质、碱解氮含量差异显著(P0.05)。综上,随着林龄的增加,枯落物初始N含量升高,初始C/N值降低,混交林枯落物分解速度加快。     

黑岱沟露天煤矿优势植物叶片及枯落物生态化学计量特征

以准格尔黑岱沟露天煤矿复垦区8种优势种植物的叶片及对应叶片枯落物为研究对象,通过对其碳、氮、磷、钾含量及生态化学计量学特征的研究,探讨退化生态系统植物内稳性、不同植被类型与NP限制率的关系,以期为黄土高原植被恢复与重建以及不同物种的合理配置提供合理建议,为完善生态化学计量学理论提供支撑。结果表明,不同植物叶片C、N、P、K的变化范围分别为418.2~564.1、7.19~33.21、0.82~2.37、4.98~32.77 g kg-1。不同植物叶片的生态化学计量学特征N∶P、P∶K、N∶K、C∶N、C∶P、C∶K比变化范围分别为7.16~22.45、0.036~0.23、0.70~4.55、14.92~64.44、218.54~557.36、12.78~121.14。该地区3种植被类型钾含量差异显著,草本植物叶片钾含量显著高于乔木林和灌木林。不同植被类型植物叶片N∶P比表现为灌木(18.86)草本(15.44)乔木(14.68),说明该区灌木林主要受P含量的限制,草本和乔木植物主要受N、P含量共同限制,该地区植被恢复应该以灌木为主。     

祁连山哈溪林区移植前后土壤氮对比研究

研究不同海拔梯度森林土壤氮的分布特征,对于合理利用森林资源、改善森林的生态功能都有重要意义。采用封顶埋管法,对祁连山东段哈溪林区不同海拔梯度和不同植被类型的土壤氮进行了研究。结果表明:(1)海拔2 650m青海云杉林土壤的初始TN,NH_4~+-N和NO_3~--N含量均最低,海拔2 950 m青海云杉林土壤的初始TN,NH_4~+-N和NO_3~--N含量均最高;各海拔梯度青海云杉林土壤经培养后,其TN,NH_4~+-N和NO_3~--N含量均减小。(2)就不同植被类型而言,青海云杉林土壤TN,NH_4~+-N和NO_3~--N含量均最高,草地和灌丛土壤TN,NH_4~+-N和NO_3~--N含量较低,且二者差异不大。草地和灌丛土壤培养后TN和NH_4~+-N含量显著升高,NO_3~--N含量变化不大。(3)某一海拔青海云杉林土壤移植到其他海拔青海云杉林培养后,土壤TN,NH_4~+-N和NO_3~--N含量变化不大;不同植被类型之间土壤相互移植培养后,土壤TN,NH_4~+-N和NO_3~--N含量变化明显,不同植被类型对土壤氮的含量差异显著。     

不同人工林凋落叶混合分解速率及其C,N释放动态

对岷江上游连香树、糙皮桦、云南松和云杉4种主要人工林凋落叶进行了凋落叶混合分解试验,探讨了凋落叶混合分解过程中的残留率以及分解过程中C,N含量和C,N释放率的动态变化,为试验区最佳混交树种的选择提供理论指导.结果表明,不同凋落叶分解速率存在显著差异.糙皮桦与云杉,糙皮桦与云南松,连香树与云南松凋落叶混合后对分解过程具有明显的促进作用,连香树与云杉凋落叶的混合对分解的促进作用不明显.放置于阔叶林地的针阔混合凋落叶分解速率较之放置于针叶林地快,且针阔混交有益于凋落叶的分解.在分解过程中凋落叶C含量呈减小趋势,但其释放率反之;N含量在分解过程中,连香树、云杉、云南松凋落叶表现为增加(富集)减小(释放)趋势,糙皮桦表现为减小—增大—减小的变化趋势.针阔林地凋落叶混合后促进了针叶林地凋落叶C和N的释放.     

干湿度梯度及植物生活型对土壤氮磷空间特征的影响

通过对我国土壤氮磷含量及化学计量比值的分布特征研究,探讨了湿度梯度与植物生活型对土壤氮磷空间分布的影响。研究结果表明:中国陆地系统自然土壤氮、磷含量及氮磷比分别在0.02~8.78 g/kg,0.05~1.73 g/kg和0.06~9.85范围内变化,地形和气候因素对其空间变异性的影响均较为显著。干湿度梯度分带对土壤氮含量和氮磷比值的影响较磷含量更为明显,氮含量与氮磷比呈现出明显的梯度变化特征,表现出湿润区半湿润区干旱区半干旱区的规律,而磷含量变化不显著。在不同生活型植被土壤中,森林土壤氮磷的变化规律较灌木和草本土壤更为复杂;其植物磷平均含量低于全国平均值,说明森林生态系统植物受磷元素的限制作用与其较低的土壤磷含量供给有关。土壤氮磷含量和氮磷比与年均降水量和年均温度的相关性及逐步回归分析表明,土壤氮磷及其化学计量的变异性主要是受降水的影响。     

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。     

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...     

茂兰喀斯特森林自然保护区凋落叶分解动态

[目的]研究喀斯特森林生态系统凋落叶分解特征,为喀斯特森林区石漠化防治及水土保持提供科学依据。[方法]采用1 mm网孔孔径分解袋,对茂兰喀斯特森林自然保护区不同树种凋落叶(落叶和常绿叶)在不同坡位的分解状况进行为期18个月的观测研究。研究茂兰喀斯特森林自然保护区凋落叶失重率和干重残留率动态变化、分解速率及养分释放特征。[结果]凋落叶分解过程呈现"快—慢—快"的周期变化,春夏季分解速度快于秋冬季,落叶树种凋落叶分解速度快于常绿树种凋落叶,不同坡位凋落叶的分解速度表现为:下坡中坡上坡。利用Olson模型对凋落叶分解50%和95%所需时间进行估测,发现落叶树种凋落叶分解50%和95%所需时间分别为0.95～1.66 a和4.13～7.19 a,常绿树种凋落叶分解50%和95%所需时间分别为1.14～1.69 a和4.92～7.30 a,二者无显著性差异。凋落叶分解速率低于中亚热带东部常绿阔叶林和常绿落叶阔叶混交林,但比同区域喀斯特次生林与人工林高。落叶树种凋落叶和常绿树种凋落叶的N元素释放模式为富集—释放模式,C含量随分解时间的波动差异显著,总体在不断减少,而C/N比呈逐步下降的趋势。[结论]由于不同树种凋落叶初始养分含量和叶片理化结构的差异,落叶比常绿叶具有更快的分解速率和养分释放速率,对促进喀斯特森林生态系统物质循环起着积极作用。     

造林恢复植被后土壤的化学计量学特征对其碳组分的影响

Afforestation is recognized as an important driving force for soil organic C(SOC) dynamics and soil element cycling.To evaluate the relationships between soil C:N:P stoichiometry and SOC fractions,soil C:N:P stoichiometry distributions at 0–200 cm soil depths were analyzed and the contents of SOC fractions were evaluated in 9 typical land-use systems on the Loess Plateau of China.The contents of light fraction organic C,particulate organic C(53,53–2 000,and2 000 μm),labile organic C,microbial biomass C,and dissolved organic C decreased with increasing soil depth and were higher in afforested soil than in slope cropland soil.Compared with the slope cropland,different vegetation types influenced soil C:N,C:P,and N:P ratios,especially when C:P and N:P ratios were significantly higher(P0.05).Moreover,SOC fractions at the 0–10 and 10–40 cm depths were particularly affected by soil C:P ratio,whereas those at the 40–100 and 100–200 cm soil depths were significantly affected(P0.05) by soil N:P ratio.These results indicate that changes in SOC fractions are largely driven by soil C:P and N:P ratios at different soil depths after afforestation.     

中国湿地土壤碳氮磷生态化学计量学特征研究

明确区域及全球湿地土壤中是否存在类似“Redfield比值(Redfield ratio)”的碳氮磷(C∶N∶P)比例,是认识湿地生态系统中元素循环,构建湿地物质循环模型的基础。本文基于《中国沼泽志》中有详细土壤理化性质记录的119块沼泽湿地数据,利用数理统计方法,分析了区域尺度上湿地土壤中碳C∶N∶P生态化学计量学特征及分布格局,并探讨了其可能的影响因素。结果表明,中国湿地土壤中C∶N、C∶P和N∶P(摩尔比)平均为18.22、245.22和13.60,高于中国及世界土壤中C∶N、C∶P和N∶P的平均值,C∶N∶P比例平均值为245∶13.6∶1。碳、氮、磷三者之间并不具备显著的两两相关性,说明中国湿地土壤中不存在类似于“Redfield比值”的C∶N∶P比例。相比于N元素,湿地生态系统更多受到P供应的限制。不同湿地类型或不同盐度情况下湿地土壤中C∶N、C∶P和N∶P存在显著性差异,而植被类型对土壤中C∶N、C∶P和N∶P影响不大。相关性分析表明,海拔高度、温度(年平均气温、1月平均气温、7月平均气温、活动积温)及p H是决定湿地土壤中C∶N、C∶P和N∶P的主要因素。考虑到海拔与C∶P及N∶P之间极显著的相关关系,海拔这一非地带性因子是决定湿地土壤C∶N∶P计量学特征的主要因素。