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广西大石围天坑群植物叶片养分特征及其适应性

郑莉莉, 余林兰, 戴萍, 薛跃规, 龙萍

植物生态学报 2024, 48 (7): 872-887. DOI: 10.17521/cjpe.2023.0217

摘要（1022）

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植物叶片生态化学计量特征及其差异可以反映植物对环境的响应, 是了解植物与环境相互作用的关键。特殊的天坑环境创造了良好的植物生长条件。为探究天坑植物的养分利用特征与环境适应性差异, 揭示天坑森林植物适应机制, 为天坑森林养分循环与群落构建理论研究提供基础数据, 该研究对广西大石围天坑群坑内外植物叶片中碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)养分化学计量特征进行比较。采用相关性分析和冗余分析等统计方法研究植物各化学计量间的内在联系和环境对其的影响。结果表明: (1)与其他喀斯特地区植物以及全国陆地植物相比, 研究区域内的36科55属64种植物叶片具有较低的C含量, 较高的N、P、K、Ca、Mg含量和较低的C:N、C:P, 表明天坑植物具有低固C、高养分积累、高生长速率与低养分利用效率的总体特征。(2)大石围天坑群植物叶片N:P平均值为16.65, N:K平均值为1.50, K:P平均值为10.10, 表明天坑植物整体K富足而N、P养分受限。(3)显著性分析表明: 不同位置、不同功能群植物养分含量与化学计量比存在显著差异, 不同环境、不同类型植物养分吸收的策略不同。(4)相关分析表明: 植物叶片各养分含量与化学计量比间存在较为显著的相关关系, 植物叶片对不同养分的吸收具有一定的比例与协调关系。(5)对叶片化学计量特征影响因子的分析结果表明: 土壤是影响叶片养分含量的关键环境因素。研究结果揭示了大石围天坑群植物养分利用特征、生境养分差异以及植物对环境的适应情况, 为天坑森林生态系统养分循环与群落构建机制的探索提供了基础数据。

位置 Position (n)	LCC (g·kg^-1)	LNC (g·kg^-1)	LPC (g·kg^-1)	LKC (g·kg^-1)	LCaC (g·kg^-1)	LMgC (g·kg^-1)
坑内 Inside the Tiankeng (89)	419.303 ± 69.705^b	28.790 ± 10.728^a	1.845 ± 0.974^a	19.476 ± 8.211^a	20.006 ± 9.755^a	5.673 ± 4.380^a
坑外 Outside the Tiankeng (52)	445.907 ± 30.621^a	16.073 ± 4.999^b	1.104 ± 0.262^b	15.806 ± 5.451^b	17.297 ± 8.775^a	4.632 ± 2.195^a
p	0.006	0.000	0.000	0.010	0.096	0.378
位置 Position (n)	C:N	C:P	C:K	N:P	N:K	P:K
坑内 Inside the Tiankeng (89)	18.470 ± 10.129^b	294.927 ± 129.124^b	28.327 ± 22.515^b	17.829 ± 6.978^a	1.656 ± 0.893^a	0.101 ± 0.060^a
坑外 Outside the Tiankeng (52)	29.326 ± 12.998^a	394.417 ± 132.481^a	31.819 ± 13.053^a	14.643 ± 5.722^b	1.244 ± 0.642^b	0.094 ± 0.061^a
p	0.000	0.000	0.000	0.010	0.002	0.293

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表3 广西大石围天坑群不同位置植物叶片养分特征比较(平均值±标准差)

正文中引用本图/表的段落

由表3可知, 从养分含量来看, 不同位置植物叶片除Ca、Mg含量外, 其余元素含量均有显著差异, 其中C含量坑外显著高于坑内; N、P和K含量则是坑内显著大于坑外。从养分化学计量比来看, 不同位置植物叶片养分计量比除P:K外均存在显著差异, 其中坑外C:N、C:P、C:K显著高于坑内; N:P、N:K则是坑内显著大于坑外。

叶片C含量与N、P含量之间一般呈负相关关系, 这是植物化学计量的普遍特征。本研究发现植物叶片C含量与K、Ca、Mg含量负相关, 桂林喀斯特石山50种常见植物叶片中也发现植物叶片C含量与K、Ca含量显著负相关(周俊妞等, 2020), 这可能是植物叶片营养元素适应喀斯特环境的一个表现。研究区叶片N、P、K含量极显著正相关, 这与黔中喀斯特地区研究结果(皮发剑等, 2016)一致, 表明植物叶片对N、P、K的吸收具有一定的比例与协调关系, 3种元素任意一种缺乏都会对植物生长发育造成一定影响。植物叶片Ca含量和Mg含量极显著正相关, 说明两者之间具有协同作用, 且两者在维持叶片细胞壁化学稳定性方面起着至关重要的作用(Neugebauer et al., 2018)。叶片Ca含量与C:N、C:P显著负相关, 可能因为Ca是植物重要的信号调节因子, 对植物C、N等元素具有一定影响(魏亚伟等, 2021)。大石围天坑群植物叶片C:N与C:P极显著正相关, C:N与N:P极显著负相关, C:P与N:P显著正相关, 与陈红武等(2016)、周俊妞等(2020)的研究结果一致, 进一步证实了植物叶片N含量与P含量的极显著相关性, 其单位N同化C的能力与P具有一致性。

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