生态化学计量学(ecological stoichiometry)是研究生物系统能量平衡和多重化学元素平衡的科学, 为研究碳(C)、氮(N)、磷(P)等元素在生态系统过程中的耦合关系提供了一种综合方法(Elser et al ., 2000a ; Sterner & Elser, 2002 ; 曾德慧和陈广生, 2005 ; 贺金生和韩兴国, 2010 )。N和P是自然陆地生态系统的主要限制性元素, 在植物生长过程中的各种生理代谢活动中发挥着十分重要的作用, 相互独立而又相互影响(Han et al ., 2005 ), 并对植物叶片C固定产生影响。生态系统内部的C、N、P循环在植物、凋落物和土壤之间相互转换(王绍强和于贵瑞, 2008 ), 森林生态系统植物-凋落物-土壤生态化学计量特征研究具有十分重要的理论和现实意义。
凋落物是森林生态系统有机碳和养分的储藏库, 也是土壤与植物间物质交换的枢纽(杨玉盛等, 2004 ), 对森林生态系统的有机质贮存和养分循环等起着重要的作用, 是森林土壤肥力的自然来源之一(Melillo et al ., 1982 )。土壤有机质和养分的积累主要来自于各种形式凋落物的归还(郭剑芬等, 2006 ; 马文济等, 2014 )。植物通过光合作用固定C, 同时将部分C转移到土壤, 并以凋落物的形式将C和养分逐步补偿给土壤(王维奇等, 2011 )。土壤养分供应量、植物养分需求量、植物对其自身养分需求的自我调节以及凋落物分解过程中养分的返还量各自变化又相互影响(Agren & Bosatta, 1998 ), 致使“植物-凋落物-土壤”系统养分含量研究极具复杂性(王维奇等, 2011 )。作为研究生物系统能量和多种元素平衡的“生态化学计量学”为揭示C、N、P等元素在“植物-凋落物-土壤”生态过程中的计量关系和规律提供了一种有效的手段(Agren & Bosatta, 1998 ; Elser et al ., 2000a , 2000b , 2007 ; 贺金生和韩兴国, 2010 )。
西南喀斯特地区是中国四大生态环境脆弱区之一, 桂西北喀斯特是其代表性区域, 独特的地质环境背景, 加上不合理的土地开发方式, 造成该区土壤侵蚀、土壤质量退化严重, 区域生态环境质量不断恶化, 生态服务功能下降(王克林, 2001 ; 曾馥平等, 2007 )。自20世纪80年代中期一系列环境保护措施实施后, 我国西南喀斯特地区人为干扰逐步减少, 植被得到缓慢恢复(宋同清等, 2010 ), 在地表凋落物、植物或者土壤的总体特征等方面已有很多研究, 但这些研究多以凋落物、植物、土壤中的任一个(宋同清等, 2010 )或某两者(俞月凤等, 2014 )为研究对象, 对“植物-凋落物-土壤”连续体C、N、P生态化学计量特征的差异及其内在关联的研究尚显不足, 本文选取桂西北喀斯特地区域3个原生林群落与3个自然恢复28年的次生林群落, 研究其植物、凋落物、土壤的C、N、P元素含量, 试图回答以下2个问题: 1)喀斯特森林“植物-凋落物-土壤” C、N、P生态化学计量学特征; 2)西南喀斯特脆弱区森林生态系统“植物-凋落物-土壤”连续体主要元素计量特征的内在关联; 探明喀斯特植被恢复重建背景下, 森林植物、凋落物和土壤C、N、P化学计量特征, 有助于我们更深入地认识喀斯特森林生态系统养分循环规律和系统稳定机制。
1 材料和方法
1.1 研究区自然概况
研究区地处我国西南广西壮族自治区环江毛南族自治县, 根据环江县气象局1986-2005年20年的观测数据, 该区年日照1 451 h, 年平均气温19.3 ℃, 年有效积温6 260 ℃ (≥10 ℃), 年无霜期310天, 年降水量1 529 mm。
3个典型原生林群落于木论喀斯特国家自然保护区内选取, 该保护区位于环江县西北部(107.54°- 108.06° E, 25.07°-25.12° N), 是世界上喀斯特地貌连片面积最大、保存最完整、原生性最强的原生林, 森林覆盖率高达94.8%。该区属中亚热带石灰岩常绿落叶阔叶混交林生态系统, 是石灰岩森林植被顶级群落, 为典型的喀斯特原始森林。研究选取的3种代表性原生林的建群种分别为圆果化香树(Platycarya longipes )、伞花木(Eurycorymbus cavaleriei )和青檀(Pteroceltis tatarinowii )。各群落的详细特征见表1 。
研究选取的3种典型的次生林位于环江县中国科学院环江喀斯特生态系统研究观测站(108.19°- 108.20° E, 24.44°-24.45° N), 属典型的峰丛洼地喀斯特地貌。该区从1985年开始进行自然恢复, 本文选取的3种代表性群落建群种分别为圆叶乌桕(Sapium rotundifolium )、八角枫(Alangium chinense )和黄荆(Vitex negundo ), 详细特征见表1 。
1.2 样品采集
于每个群落随机选取建群树种5株, 摘取其小枝7-9枝, 并取其上叶片15-20枚, 分别装入信封。每个群落下按“梅花”五点法布置凋落物收集框, 收集框为孔径1 mm的尼龙网制成的1.00 m × 1.00 m× 0.25 m的方形钢架容器, 放置时敲打收集框使其四脚插入泥土固定, 并使框底部距地面约25 cm, 每个群落放置5个收集框, 凋落物样每月收集。本研究于2013年4月采样, 每个收集框中样品按枝、叶及其他(花、果等) 3部分分别标记, 装入布袋或信封。所有植物与凋落物样品一并放置烘箱中75 ℃烘至恒重, 称量, 研细以备养分分析。
同时, 在采集植物样品的同一样方, 按梅花形对表层(0-10 cm)土壤进行5点取样, 充分混合, 3次重复, 取回的土样自然风干、研细、过60目筛, 用于养分分析。
1.3 样品分析
用重铬酸钾-外加热法(GB 9834-88)测定样品C的含量, 用半微量凯氏定氮(GB 7886-87)法-流动注射仪测定全N含量, 硝酸-高氯酸消煮-钼锑抗比色-紫外分光光度法(GB 7887-87)测定全P含量。
1.4 数据处理与统计分析
通过Excel 2003进行数据的计算与初步分析, 用SPSS 13.0对数据进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和回归等统计分析。样本数据分布检验结果表明: 植物、凋落物以及土壤样本的C、N、P含量多呈非正态分布, 但对数变换后呈正态分布, 故采用几何平均值来表示植物与凋落物中各组分(枝、叶、其他)的C、N、P含量(Han et al ., 2005 ; 任书杰等, 2007 )。植物的C、N、P元素含量用植物的枝、叶C、N、P元素含量几何平均值与其样本生物量所占比例进行加权计算得到, 不同群落凋落物的C、N、P含量则用凋落物的枝、叶、其他三部分的几何平均值再与其样本生物量所占比例进行加权计算得到。养分(N、P)再吸收率为植物与凋落物养分差值与植物养分含量的百分比, 计算方法参照王晶苑等(2011)的方法, 计算公式如下:
2 结果和分析
2.1 植物、凋落物、土壤C、N、P含量特征
如表2 所示, 6个群落建群种的C、N含量均为植物>凋落物>土壤, 而凋落物P含量最低, 土壤P含量略大于植物。6种植物的C、N、P平均含量分别为427.5、21.2、1.2 mg·g-1 ; 凋落物C、N、P平均含量分别为396.2、12.7、0.9 mg·g-1 , 而土壤C、N、P平均含量分别为92.0、6.35和1.5 mg·g-1 。结果显示: 在6个群落的建群树种中, 3个原生林群落建群种的植物、凋落物和土壤C含量均大于次生林, 其中原生林表层0-10 cm土壤C含量显著高于次生林。3种原生林植物N含量显著高于次生林, 凋落物N含量略高于次生林但差异不显著, 而原生林土壤N含量略小于次生林(差异不显著)。植物、凋落物以及土壤中的P含量均为原生林略大于次生林(表2 )。
2.2 植物N、P养分再吸收率特征
由图1 结果得出, 6个森林类型中, 原生林N再吸收率(平均值为42.7%)略高于次生林(平均值为36.5%), P再吸收率(20.4%)则显著低于次生林(32.3%) (p < 0.05)。6个森林群落N的再吸收率均大于P的再吸收率, 原生林中N再吸收率显著大于P的再吸收率, 但次生林中N、P再吸收率差异不显著(图1 )。
图1 不同林地植物N、P养分再吸收率(平均值±标准误差)。不同大写字母表示群落间N再吸收率差异显著。不同小写字母表示群落间P再吸收率差异显著。*表示同群落N、P再吸收率间差异显著(p < 0.05)。AH, 八角枫; EH, 伞花木; PM, 青檀; PW, 圆果化香树; SH, 圆叶乌桕; VL, 黄荆。
Fig. 1 The N and P resorption rates of plants in different forest communities. Different capital letters indicate significant differences in N resorption rate between community types (mean ± SE ). Different lowercase letters indicate significant differences in P resorption rate between community types. * shows significant difference between the N and P resorption rates (p < 0.05). AH, Alangium chinense; EH, Eurycorymbus cavaleriei; PM, Pteroceltis tatarinowii; PW, Platycarya longipes; SH, Sapium rotundifolium; VL, Vitex negundo .
2.3 植物-凋落物-土壤C-N-P生态化学计量特征
2.3.1 植物-凋落物-土壤C:N、C:P和N:P计量特征
如图2 所示, 本文研究的6个群落中, C:N与C:P均为凋落物>植物>土壤, 而N:P则为植物>凋落物>土壤。不同群落凋落物的C:N差异不显著, 原生林植物的C:N略小于次生林(差异不显著), 而土壤C:N显著大于次生林。原生林土壤C:P与次生林无显著差异, 植物C:P略小于次生林(差异不显著), 但凋落物的C:P显著小于次生林。原生林植物N:P与次生林无显著差异, 凋落物N:P则显著小于次生林, 土壤N:P略小于次生林(图2 )。本研究结果显示, 3种典型原生林植物N:P在16-19之间, 平均值为17.4, 凋落物N:P在11-14之间, 平均值为12.6, 土壤N:P在3-5之间, 平均值为3.9。3种次生林植物N:P比在17-19之间, 平均值为17.4, 凋落物N:P在15-18之间, 平均值为16.4, 而土壤N:P则在4-6之间, 平均值为5.1。
图2 不同林地植物、凋落物与土壤的C:N、C:P、N:P (平均值±标准误差)。同系列不同字母表示群落间差异显著(p < 0.05)。AH, 八角枫; EH, 伞花木; PM, 青檀; PW, 圆果化香树; SH, 圆叶乌桕; VL, 黄荆。
Fig. 2 The values of C:N, C:P, N:P in plants, litter and soil in different forest communities (mean ± SE ). Different letters indicate significant differences between community types (p < 0.05). AH, Alangium chinense; EH, Eurycorymbus caval- eriei; PM, Pteroceltis tatarinowii; PW, Platycarya longipes; SH, Sapium rotundifolium; VL, Vitex negundo .
2.3.2 植物-凋落物-土壤C:N、C:P、N:P相关性
研究分析了“植物-凋落物-土壤”连续体主要元素含量以及C:N、C:P、N:P之间的相关关系, 结果表明: 研究区典型森林群落植物中N和P含量呈显著正相关关系(R 2 = 0.8045, p < 0.01) (图3 ), 而土壤中N和P含量呈显著负相关关系(R 2 = 0.5245, p < 0.05), 凋落物与土壤中N含量变异不大, P含量在不同群落中则呈现较大变异, 植物中N含量变异较大(图3 )。
图3 植物-凋落物-土壤N、P含量相关关系。
Fig. 3 The correlations between N and P concentrations in plant-litter-soil.
经过对数转换后的土壤C:N与N:P呈显著负相关关系(R 2 = 0.6408, p < 0.05), 图4A ), 而凋落物的C:P与N:P呈极显著正相关关系(R 2 = 0.9512, p < 0.001)(图4B ), 植物C:N与N:P、C:P与N:P的相关关系均不明显。
图4 植物、凋落物、土壤C:N、C:P与N:P (对数)间的相关关系。
Fig. 4 The correlations between log-transformed N:P and C:N, C:P in plants, litter and soil.
3 讨论和结论
3.1 植物-凋落物-土壤C、N、P含量特征与养分再吸收率
C是构成植物体干物质的最主要元素(项文化等, 2006 ), N和P是生物体蛋白质和遗传物质的基本组成元素, 对植物各种功能影响深刻(平川等, 2014 ), 植物结构性元素C和功能限制性元素N、P之间相互作用, 调节着植物的生长(Güsewell, 2004 )。通常C在大多数植物体内含量高且变异较小, 影响C与N、P比值的主要因素是N、P含量的变化(Reich & Oleksyn, 2004 )。本研究中, 6种典型喀斯特林地植物C含量平均值为427.5 mg·g-1 , 高于王维奇等(2011)所研究的湿地植物的茎、叶C含量的平均值(419.3 mg·g-1 ), 这可能是由于湿地植物的木质素含量较低所致; 但低于Elser等(2000a)的研究中全球492种陆生植物叶片C的平均含量(464 mg·g-1 ), 这可能是由不同植物元素含量的特定区间以及不同区域土壤元素的可利用性所决定, 也可能与本研究的采样时间处于生长阶段有关。研究区6种群落林地植物N含量平均值为21.2 mg·g-1 , 高于全球植物叶片的N平均含量20.09 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 ), 并且高于基于全国753种陆地植物研究得出的平均值18.6 mg·g-1 (Han et al ., 2005 )。有研究表明, 中国陆地植物叶片P含量与全球尺度相比偏低(任书杰等, 2007 )。本研究6种林地植物P含量平均值为1.2 mg·g-1 , 明显低于全球尺度研究的平均值1.77 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 )与1.99 mg·g-1 (Elser et al ., 2000a ), 但与我国753种陆地植物的研究结果 (1.21 mg·g-1 )相近(Han et al ., 2005)(表3 )。植物叶片营养元素含量与自身结构特点和生长节律有很大关系, 不同生长阶段具有较大变异(Baldwin et al. , 2006 )。研究样品采集时间为生长初期, 植物叶片输导组织、支持组织发育都不完善, 细胞大多具有分裂能力, 需要大量的蛋白质和核酸, 因此对N、P的选择性吸收较多, 与孙书存和陈灵芝(2001)研究结果呈现的规律一致。
土壤养分组成是植物生长的非常重要的影响因子, 植物光合作用、矿质代谢等生态过程与土壤养分供应状况密切相关(宾振钧等, 2014 )。研究中6个典型喀斯特森林群落下0-10 cm土层的C、N、P含量平均值分别为92.0、6.4、1.5 mg·g-1 , 养分含量绝对值明显高于内蒙古草原相同土层深度(0-10 cm土层)的25.3、1.7、0.1 mg·g-1 (银晓瑞等, 2010 ), 俞月凤等(2014)于同区域其他群落研究得出0-20 cm土层的土壤C、N、P含量平均值为48.40、5.40、0.52 mg·g-1 , 高于黄土高原0-20 cm土层的3.0、0.3、0.3 mg·g-1 (杨雪等, 2011 ) (表3 ), 也明显高于湿地的18.8、2.1、0.8 mg·g-1 (0-15 cm土层) (王维奇等, 2011 ), 可见喀斯特地区森林土层虽薄, 但表层土壤有机质及N、P养分绝对含量高, 可能由于西南喀斯特地区湿热的气候条件利于土壤微生物和小型动物生长, 系统“自肥”能力强于其他区域(曾昭霞等, 2012 )。本研究6个群落表层10 cm土壤C、N、P平均含量明显高于俞月凤等(2014)于同研究区域所分析的0-20 cm土层养分含量, 凸显了喀斯特脆弱区浅薄表层土壤的保水保肥、抗侵蚀能力提升对退化生态系统植被恢复的重要性。俞月凤等(2014)对相同研究区域2种原生林与2种次生林的植物、土壤C、N、P生态化学计量特征进行了分析, 得出原生林植物C、P含量大于次生林, N含量低于次生林, 次生林植物N:P高于原生林但差异不显著, 原生林土壤N含量略低于次生林, 与本研究结果一致(图2 ), 研究同时得出原生林土壤P含量、C:P、N:P均为原生林显著高于次生林, C:N差异不显著, 然而本研究中原生林土壤C:N显著大于次生林, 而C:P、N:P均差异不显著, 表明区域内生境时空差异、植物种类、水热条件的供应不同导致植物、土壤的C:N:P计量特征均具有较大的分异特征(Han et al ., 2005 )。喀斯特峰丛洼地生境复杂、空间异质性高(宋同清等, 2010 ), 因此开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究十分必要。
凋落物是养分回归土壤的主要途径, 是森林生态系统生物地球化学流的一个重要组成部分, 已有研究表明森林生长所需70%-90%的养分来自凋落物的降解(赵其国等, 1991 )。研究中6种林地凋落物C、N、P平均含量分别为396.2、12.7、0.9 mg·g-1 , 相对于王瑾和黄建辉(2001)对暖温带主要林地类型凋落物的研究结果而言, 其C含量低于后者, 而N、P含量高于后者(表3 )。与王晶苑等(2011)对长白山温带针阔混交林与鼎湖山亚热带常绿阔叶林所做的研究比较, 本研究中凋落物C素含量也相对较低。而N素含量高于全球水平, P素含量与全球水平一致(Kang et al ., 2010 ) (表3 )。喀斯特森林凋落物中的C、N、P含量相对其他非喀斯特地区域而言, 呈现出的这种低C高N格局与植物中的规律一致, 即喀斯特森林植物与凋落物均表现出相对较低的C:N, 这说明凋落物完全秉承了植物的特性, 这也与王维奇等(2011)对湿地植物-凋落物计量特征研究结果吻合。
植物的养分再吸收率能反映植物对养分保存、利用以及对养分贫瘠环境的适应能力(Aerts, 1996 ; 安卓等, 2011 )。桂西北喀斯特生态脆弱区6个典型森林类型中, N再吸收率范围为32%-46%, P再吸收率范围在16%-38%之间(图1 )。其中原生林N再吸收率(平均值为42.7%)略高于次生林(平均值为36.5%), P再吸收率(20.4%)则显著低于次生林(32.3%)(p < 0.05)(图1 ), 由原生林植物N含量高于次生林、土壤N含量小于次生林, 而植物与土壤中P含量均大于次生林(表2 )所致, 表明在土壤某一元素供应相对缺乏的情形下植物会增强对该种元素的再吸收, 呈现较高的再吸收率。可见, 原生林植物中P元素通过凋落物形式归还土壤的比重高于次生林, N元素呈相反特征, 表明喀斯特脆弱区的原生林N匮乏的可能性比次生林大, 次生林P匮乏的可能性大于原生林。本研究6个典型喀斯特林地N、P再吸收率均明显低于Han等(2013)对全球199种木本植物研究得出的N、P的再吸收率平均值(分别为57.4%、60.7%)以及Tang等(2013)对华东172种木本植物研究所得的N、P再吸收率(分别为49.1%和51.0%), 表明土壤养分供应相对充足的情况下, 植物可能主要以提高养分吸收能力而非养分再吸收能力的方式适应环境(安卓等, 2011 )。
3.2 植物-凋落物-土壤C、N、P计量比及其相关性
植物体的C:N和C:P通常能反映植物N和P的利用效率, 一定程度上也反映了土壤中N和P的供应状况。土壤养分供应状况的改变可明显影响植物的光合作用和矿质代谢等过程, 植物在营养元素供应缺乏的情况下往往具有较高的养分利用效率, 反之, 营养元素供应充足, 元素利用效率则较低(邢雪荣等, 2000 )。本研究6种典型喀斯特林地群落植物C:N和C:P平均值分别是20.3和353.6, 王晶苑等(2011)研究发现长白山温带针阔混交林C:N和C:P分别为24.7和321, 而鼎湖山亚热带常绿阔叶林的C:N与C:P分别为25.5和561, 本研究中6种喀斯特植物C:N均低于温带针阔混交林与亚热带常绿阔叶林, C:P与长白山温带针阔混交林接近, 远低于鼎湖山亚热带常绿阔叶林, 但本研究中植物C:N和C:P均高于北京及周边地区植物(韩文轩等, 2009 )(表3 ), 可能因为北京及周边地区的植物位于森林草原过渡带, 植物具有更快的生长速率因而需要吸收更多的N和P。光合作用中C的同化与植物营养元素的吸收属不同途径, 通常C不是植物生长的限制元素, C在大多数植物体内含量很高且变异较小, 因而, 影响C:N和C:P的主要因素是N和P含量的变化(Hedin, 2004 )。不同立地条件的N、P供给状况通过影响植物的养分吸收而影响其C的固定及储存(阎恩荣等, 2010 ), 并进一步影响凋落物的C:N:P化学计量特征(Aerts & Chapin, 1999 )。
生态化学计量学应用的一个重要方面是可根据植物叶片的N:P判断环境对植物生长的养分供应的状况(曾德慧和陈广生, 2005 ), 陆地植物器官中相对恒定的N:P是植物在地球上生存的重要适应机制。N:P可很好地反映植物的生长速率(王维奇等, 2010 ), 低N:P表征植物较快的生长速率(Elser et al ., 2003 )。Koerselman和Meuleman (1996)在欧洲40个地点进行的湿地生态系统的施肥实验得出, N:P小于14表示生态系统是受N限制的, N:P大于16表示生态系统是受P限制的, N:P在14-16时, 生态系统同时受N和P的限制或者养分充足不受限制。Tessier和Raynal (2003)的研究同样指出湿地植物N:P临界值为14和16。Güsewell (2004)则认为N:P < 10时, 植被受N素的限制, N:P > 20时, 植被受P素的限制, 介于10-20之间时, 施肥效应和N:P之间没有明确的相关关系。张丽霞等(2004)在内蒙古羊草草原的施肥实验表明, N:P > 23时为P限制, 而N:P < 21时为N限制。然而, 由于研究区域、植物的生长阶段、植物的组织及植物种类存在差异, 这些因素均会影响N:P化学计量比值临界值的变化(Güsewell, 2004 ; 曾德慧和陈广生, 2005 )。He等(2008)对全国主要草原植被类型的C:N、N:P化学计量比进行了分析, 指出中国草地植物因普遍缺P导致其N:P高于全球其他地区草地生态系统。Han等(2005)对中国的753种高等陆地植物进行了大尺度的化学计量特征研究, 同样认为中国陆地植物生长普遍受到P素限制。本研究中, 桂西北典型喀斯特生态脆弱区6种植物的N:P平均值为18, 大于全国森林的平均值16 (Han et al ., 2005 ), 凋落物N:P平均值为14, 也大于全球木本植物的N:P平均值12 (Kang et al ., 2010 ), 表明喀斯特森林或许存在P素亏缺。而其中3种原生林植物的N:P在16-19之间, 3种次生林植物的N:P在17-19之间, 平均值均为17.4, 无明显差异(图2 ), 表明经过28年的自然恢复, 次生林对N、P养分的吸收与利用已达到相对稳定的状态, 原生林土壤N:P比低于次生林, 表明原生林土壤N匮乏可能性高于次生林, 次生林P匮乏度高于原生林, 如以N:P作为喀斯特森林N、P养分供应状况的判断指标, 其临界值尚需通过进一步的肥料梯度添加实验加以确定。
McGroddy等(2004)通过总结世界范围内森林生态系统的研究结果发现, 对全球森林生态系统来说, 树木叶片的C、N、P原子比率为1 212:28:1, 森林凋落物的C、N、P原子比率为3007:45:1, 凋落叶片的C与N、P比值大于新鲜叶片的C与N、P比值。本研究中6种植物的C、N、P原子比率为913:39:1, 低于全球平均水平, 低于王晶苑等(2011)所报道的亚热带人工林、亚热带常绿阔叶林及热带季雨林, 但高于温带针阔混交林。凋落物C、N、P原子比率为1163:32:1, 同样低于全球平均值(McGroddy et al ., 2004 )以及亚热带常绿阔叶林, 但与温带针阔混交林和热带季雨林的水平基本相同(王晶苑等, 2011 )。
植物在长期的进化过程中逐渐发育了较强的生理生化调节能力(可塑性)以适应环境因子的波动, 即植物能够主动地调整养分需求灵活地适应周围生长环境的变化(曾德慧和陈广生, 2005 ), 而由于植物体内光合和矿质代谢之间的内在联系(Sterner & Elser, 2002 ), 植物体的C与N、P含量随环境不断变化, 但相互之间具有明显的相关性。喀斯特脆弱区土层浅薄不连续, 水养涵养能力弱, 物质(有机质与养分)流失严重, 植物养分主要来源于凋落物的归还, C、N、P元素循环在“植物-凋落物-土壤”连续体之间是相互转换的, 其间C-N-P元素计量特征及相关性则可以反映森林生态系统养分循环速率及养分利用效率。本研究结果显示, 喀斯特地区植物N、P含量呈极显著正相关, 土壤N、P含量则呈显著负相关, 凋落物与土壤中N含量变异不大, P含量则在不同群落中呈现较大变异, 活体植物中N含量变异较大(图3 ), N:P在植物、凋落物、土壤中依次降低。植物从土壤中吸收N和P, 在叶片凋落之前又通过养分再吸收过程对N、P进行了重吸收, 因此凋落物C:N、C:P均高于植物的, 植物的大于土壤的。喀斯特地区土壤N、P含量绝对值相对偏高, 而植物的N、P养分再吸收率却偏低, 表明喀斯特地区植物主要通过吸收土壤养分而非进行养分的再吸收满足生长需求。可见喀斯特地区地表凋落物有机层与浅薄土壤层的保肥抗水土流失能力的提高对于喀斯特退化生态系统植被恢复尤其关键。因水热供应的气候、地理条件差异, 植物叶片的N、P含量和C:N:P计量特征存在大尺度上的变异规律, 且在不同生境、不同树种之间均呈现较大的分异特征(Reich & Oleksyn, 2004 ; Han et al ., 2005 ), 这也反映了植物对当地营养条件的适应。本研究中土壤的C:N与N:P呈显著负相关关系(p < 0.05), 凋落物的C:P与N:P呈极显著正相关关系(p < 0.001), 而植物中C:N或C:P与N:P则无显著相关关系(图4 )。因研究所选植物种类和研究区域范围有限, 十分有必要在喀斯特生态脆弱区开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究。
综合分析得出, 喀斯特地区6种林地土壤N、P含量差异不明显, N:P在植物、凋落物、土壤中依次降低, 凋落物C:N与C:P均大于植物和土壤。其中原生林C:N显著高于次生林, 植物N:P无明显差异。喀斯特森林植物具有较低的C:N和较高的N:P, 凋落物呈现一致的生态化学计量特征。桂西北喀斯特地区土层浅薄、高温高湿, 土壤养分滞留能力弱、周转快, 导致喀斯特地区植物的养分利用率(C:N、C:P)及对养分的再吸收率相对较低, 凸显了喀斯特脆弱区加强浅薄土壤层的保肥能力对该区植被恢复的重要性。原生林N再吸收率显著大于P再吸收率, 表明原生林N匮乏度高于P素, 而原生林P再吸收率显著低于次生林, 则显示次生林P的匮乏可能性高于原生林, 次生林N、P再吸收率差异不显著。因研究选取林地种类及数量有限, 如以N:P作为喀斯特森林N、P养分供应状况的判断指标, 其临界值尚需通过进一步的肥料梯度添加实验加以确定。本研究可为该区的生态功能恢复与植被重建恢复提供科学依据。
The authors have declared that no competing interests exist.
作者声明没有竞争性利益冲突.
参考文献
文献选项
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2
1998
... 凋落物是森林生态系统有机碳和养分的储藏库, 也是土壤与植物间物质交换的枢纽(杨玉盛等, 2004 ), 对森林生态系统的有机质贮存和养分循环等起着重要的作用, 是森林土壤肥力的自然来源之一(Melillo et al ., 1982 ).土壤有机质和养分的积累主要来自于各种形式凋落物的归还(郭剑芬等, 2006 ; 马文济等, 2014 ).植物通过光合作用固定C, 同时将部分C转移到土壤, 并以凋落物的形式将C和养分逐步补偿给土壤(王维奇等, 2011 ).土壤养分供应量、植物养分需求量、植物对其自身养分需求的自我调节以及凋落物分解过程中养分的返还量各自变化又相互影响(Agren & Bosatta, 1998 ), 致使“植物-凋落物-土壤”系统养分含量研究极具复杂性(王维奇等, 2011 ).作为研究生物系统能量和多种元素平衡的“生态化学计量学”为揭示C、N、P等元素在“植物-凋落物-土壤”生态过程中的计量关系和规律提供了一种有效的手段(Agren & Bosatta, 1998 ; Elser et al ., 2000a , 2000b , 2007 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ). ...
... ).作为研究生物系统能量和多种元素平衡的“生态化学计量学”为揭示C、N、P等元素在“植物-凋落物-土壤”生态过程中的计量关系和规律提供了一种有效的手段(Agren & Bosatta, 1998 ; Elser et al ., 2000a , 2000b , 2007 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ). ...
氮素添加对黄土高原典型草原长芒草氮磷重吸收率及C:N:P化学计量特征的影响
2
2011
... 植物的养分再吸收率能反映植物对养分保存、利用以及对养分贫瘠环境的适应能力(Aerts, 1996 ; 安卓等, 2011 ).桂西北喀斯特生态脆弱区6个典型森林类型中, N再吸收率范围为32%-46%, P再吸收率范围在16%-38%之间(图1 ).其中原生林N再吸收率(平均值为42.7%)略高于次生林(平均值为36.5%), P再吸收率(20.4%)则显著低于次生林(32.3%)(p < 0.05)(图1 ), 由原生林植物N含量高于次生林、土壤N含量小于次生林, 而植物与土壤中P含量均大于次生林(表2 )所致, 表明在土壤某一元素供应相对缺乏的情形下植物会增强对该种元素的再吸收, 呈现较高的再吸收率.可见, 原生林植物中P元素通过凋落物形式归还土壤的比重高于次生林, N元素呈相反特征, 表明喀斯特脆弱区的原生林N匮乏的可能性比次生林大, 次生林P匮乏的可能性大于原生林.本研究6个典型喀斯特林地N、P再吸收率均明显低于Han等(2013)对全球199种木本植物研究得出的N、P的再吸收率平均值(分别为57.4%、60.7%)以及Tang等(2013)对华东172种木本植物研究所得的N、P再吸收率(分别为49.1%和51.0%), 表明土壤养分供应相对充足的情况下, 植物可能主要以提高养分吸收能力而非养分再吸收能力的方式适应环境(安卓等, 2011 ). ...
... )所致, 表明在土壤某一元素供应相对缺乏的情形下植物会增强对该种元素的再吸收, 呈现较高的再吸收率.可见, 原生林植物中P元素通过凋落物形式归还土壤的比重高于次生林, N元素呈相反特征, 表明喀斯特脆弱区的原生林N匮乏的可能性比次生林大, 次生林P匮乏的可能性大于原生林.本研究6个典型喀斯特林地N、P再吸收率均明显低于Han等(2013)对全球199种木本植物研究得出的N、P的再吸收率平均值(分别为57.4%、60.7%)以及Tang等(2013)对华东172种木本植物研究所得的N、P再吸收率(分别为49.1%和51.0%), 表明土壤养分供应相对充足的情况下, 植物可能主要以提高养分吸收能力而非养分再吸收能力的方式适应环境(安卓等, 2011 ). ...
氮素添加对黄土高原典型草原长芒草氮磷重吸收率及C:N:P化学计量特征的影响
2
2011
... 植物的养分再吸收率能反映植物对养分保存、利用以及对养分贫瘠环境的适应能力(Aerts, 1996 ; 安卓等, 2011 ).桂西北喀斯特生态脆弱区6个典型森林类型中, N再吸收率范围为32%-46%, P再吸收率范围在16%-38%之间(图1 ).其中原生林N再吸收率(平均值为42.7%)略高于次生林(平均值为36.5%), P再吸收率(20.4%)则显著低于次生林(32.3%)(p < 0.05)(图1 ), 由原生林植物N含量高于次生林、土壤N含量小于次生林, 而植物与土壤中P含量均大于次生林(表2 )所致, 表明在土壤某一元素供应相对缺乏的情形下植物会增强对该种元素的再吸收, 呈现较高的再吸收率.可见, 原生林植物中P元素通过凋落物形式归还土壤的比重高于次生林, N元素呈相反特征, 表明喀斯特脆弱区的原生林N匮乏的可能性比次生林大, 次生林P匮乏的可能性大于原生林.本研究6个典型喀斯特林地N、P再吸收率均明显低于Han等(2013)对全球199种木本植物研究得出的N、P的再吸收率平均值(分别为57.4%、60.7%)以及Tang等(2013)对华东172种木本植物研究所得的N、P再吸收率(分别为49.1%和51.0%), 表明土壤养分供应相对充足的情况下, 植物可能主要以提高养分吸收能力而非养分再吸收能力的方式适应环境(安卓等, 2011 ). ...
... )所致, 表明在土壤某一元素供应相对缺乏的情形下植物会增强对该种元素的再吸收, 呈现较高的再吸收率.可见, 原生林植物中P元素通过凋落物形式归还土壤的比重高于次生林, N元素呈相反特征, 表明喀斯特脆弱区的原生林N匮乏的可能性比次生林大, 次生林P匮乏的可能性大于原生林.本研究6个典型喀斯特林地N、P再吸收率均明显低于Han等(2013)对全球199种木本植物研究得出的N、P的再吸收率平均值(分别为57.4%、60.7%)以及Tang等(2013)对华东172种木本植物研究所得的N、P再吸收率(分别为49.1%和51.0%), 表明土壤养分供应相对充足的情况下, 植物可能主要以提高养分吸收能力而非养分再吸收能力的方式适应环境(安卓等, 2011 ). ...
The short-term effects of salinization on anaerobic nutrient cycling and microbial community structure in sediment from a freshwater wetland.
1
2006
... C是构成植物体干物质的最主要元素(项文化等, 2006 ), N和P是生物体蛋白质和遗传物质的基本组成元素, 对植物各种功能影响深刻(平川等, 2014 ), 植物结构性元素C和功能限制性元素N、P之间相互作用, 调节着植物的生长(Güsewell, 2004 ).通常C在大多数植物体内含量高且变异较小, 影响C与N、P比值的主要因素是N、P含量的变化(Reich & Oleksyn, 2004 ).本研究中, 6种典型喀斯特林地植物C含量平均值为427.5 mg·g-1 , 高于王维奇等(2011)所研究的湿地植物的茎、叶C含量的平均值(419.3 mg·g-1 ), 这可能是由于湿地植物的木质素含量较低所致; 但低于Elser等(2000a)的研究中全球492种陆生植物叶片C的平均含量(464 mg·g-1 ), 这可能是由不同植物元素含量的特定区间以及不同区域土壤元素的可利用性所决定, 也可能与本研究的采样时间处于生长阶段有关.研究区6种群落林地植物N含量平均值为21.2 mg·g-1 , 高于全球植物叶片的N平均含量20.09 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 ), 并且高于基于全国753种陆地植物研究得出的平均值18.6 mg·g-1 (Han et al ., 2005 ).有研究表明, 中国陆地植物叶片P含量与全球尺度相比偏低(任书杰等, 2007 ).本研究6种林地植物P含量平均值为1.2 mg·g-1 , 明显低于全球尺度研究的平均值1.77 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 )与1.99 mg·g-1 (Elser et al ., 2000a ), 但与我国753种陆地植物的研究结果 (1.21 mg·g-1 )相近(Han et al ., 2005)(表3 ).植物叶片营养元素含量与自身结构特点和生长节律有很大关系, 不同生长阶段具有较大变异(Baldwin et al. , 2006 ).研究样品采集时间为生长初期, 植物叶片输导组织、支持组织发育都不完善, 细胞大多具有分裂能力, 需要大量的蛋白质和核酸, 因此对N、P的选择性吸收较多, 与孙书存和陈灵芝(2001)研究结果呈现的规律一致. ...
氮肥添加对青藏高原高寒草甸6个群落优势种生态化学计量学特征的影响
1
2014
... 土壤养分组成是植物生长的非常重要的影响因子, 植物光合作用、矿质代谢等生态过程与土壤养分供应状况密切相关(宾振钧等, 2014 ).研究中6个典型喀斯特森林群落下0-10 cm土层的C、N、P含量平均值分别为92.0、6.4、1.5 mg·g-1 , 养分含量绝对值明显高于内蒙古草原相同土层深度(0-10 cm土层)的25.3、1.7、0.1 mg·g-1 (银晓瑞等, 2010 ), 俞月凤等(2014)于同区域其他群落研究得出0-20 cm土层的土壤C、N、P含量平均值为48.40、5.40、0.52 mg·g-1 , 高于黄土高原0-20 cm土层的3.0、0.3、0.3 mg·g-1 (杨雪等, 2011 ) (表3 ), 也明显高于湿地的18.8、2.1、0.8 mg·g-1 (0-15 cm土层) (王维奇等, 2011 ), 可见喀斯特地区森林土层虽薄, 但表层土壤有机质及N、P养分绝对含量高, 可能由于西南喀斯特地区湿热的气候条件利于土壤微生物和小型动物生长, 系统“自肥”能力强于其他区域(曾昭霞等, 2012 ).本研究6个群落表层10 cm土壤C、N、P平均含量明显高于俞月凤等(2014)于同研究区域所分析的0-20 cm土层养分含量, 凸显了喀斯特脆弱区浅薄表层土壤的保水保肥、抗侵蚀能力提升对退化生态系统植被恢复的重要性.俞月凤等(2014)对相同研究区域2种原生林与2种次生林的植物、土壤C、N、P生态化学计量特征进行了分析, 得出原生林植物C、P含量大于次生林, N含量低于次生林, 次生林植物N:P高于原生林但差异不显著, 原生林土壤N含量略低于次生林, 与本研究结果一致(图2 ), 研究同时得出原生林土壤P含量、C:P、N:P均为原生林显著高于次生林, C:N差异不显著, 然而本研究中原生林土壤C:N显著大于次生林, 而C:P、N:P均差异不显著, 表明区域内生境时空差异、植物种类、水热条件的供应不同导致植物、土壤的C:N:P计量特征均具有较大的分异特征(Han et al ., 2005 ).喀斯特峰丛洼地生境复杂、空间异质性高(宋同清等, 2010 ), 因此开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究十分必要. ...
氮肥添加对青藏高原高寒草甸6个群落优势种生态化学计量学特征的影响
1
2014
... 土壤养分组成是植物生长的非常重要的影响因子, 植物光合作用、矿质代谢等生态过程与土壤养分供应状况密切相关(宾振钧等, 2014 ).研究中6个典型喀斯特森林群落下0-10 cm土层的C、N、P含量平均值分别为92.0、6.4、1.5 mg·g-1 , 养分含量绝对值明显高于内蒙古草原相同土层深度(0-10 cm土层)的25.3、1.7、0.1 mg·g-1 (银晓瑞等, 2010 ), 俞月凤等(2014)于同区域其他群落研究得出0-20 cm土层的土壤C、N、P含量平均值为48.40、5.40、0.52 mg·g-1 , 高于黄土高原0-20 cm土层的3.0、0.3、0.3 mg·g-1 (杨雪等, 2011 ) (表3 ), 也明显高于湿地的18.8、2.1、0.8 mg·g-1 (0-15 cm土层) (王维奇等, 2011 ), 可见喀斯特地区森林土层虽薄, 但表层土壤有机质及N、P养分绝对含量高, 可能由于西南喀斯特地区湿热的气候条件利于土壤微生物和小型动物生长, 系统“自肥”能力强于其他区域(曾昭霞等, 2012 ).本研究6个群落表层10 cm土壤C、N、P平均含量明显高于俞月凤等(2014)于同研究区域所分析的0-20 cm土层养分含量, 凸显了喀斯特脆弱区浅薄表层土壤的保水保肥、抗侵蚀能力提升对退化生态系统植被恢复的重要性.俞月凤等(2014)对相同研究区域2种原生林与2种次生林的植物、土壤C、N、P生态化学计量特征进行了分析, 得出原生林植物C、P含量大于次生林, N含量低于次生林, 次生林植物N:P高于原生林但差异不显著, 原生林土壤N含量略低于次生林, 与本研究结果一致(图2 ), 研究同时得出原生林土壤P含量、C:P、N:P均为原生林显著高于次生林, C:N差异不显著, 然而本研究中原生林土壤C:N显著大于次生林, 而C:P、N:P均差异不显著, 表明区域内生境时空差异、植物种类、水热条件的供应不同导致植物、土壤的C:N:P计量特征均具有较大的分异特征(Han et al ., 2005 ).喀斯特峰丛洼地生境复杂、空间异质性高(宋同清等, 2010 ), 因此开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究十分必要. ...
Growth rate-stoichiometry couplings in diverse biota.
1
2003
... 生态化学计量学应用的一个重要方面是可根据植物叶片的N:P判断环境对植物生长的养分供应的状况(曾德慧和陈广生, 2005 ), 陆地植物器官中相对恒定的N:P是植物在地球上生存的重要适应机制.N:P可很好地反映植物的生长速率(王维奇等, 2010 ), 低N:P表征植物较快的生长速率(Elser et al ., 2003 ).Koerselman和Meuleman (1996)在欧洲40个地点进行的湿地生态系统的施肥实验得出, N:P小于14表示生态系统是受N限制的, N:P大于16表示生态系统是受P限制的, N:P在14-16时, 生态系统同时受N和P的限制或者养分充足不受限制.Tessier和Raynal (2003)的研究同样指出湿地植物N:P临界值为14和16.Güsewell (2004)则认为N:P < 10时, 植被受N素的限制, N:P > 20时, 植被受P素的限制, 介于10-20之间时, 施肥效应和N:P之间没有明确的相关关系.张丽霞等(2004)在内蒙古羊草草原的施肥实验表明, N:P > 23时为P限制, 而N:P < 21时为N限制.然而, 由于研究区域、植物的生长阶段、植物的组织及植物种类存在差异, 这些因素均会影响N:P化学计量比值临界值的变化(Güsewell, 2004 ; 曾德慧和陈广生, 2005 ).He等(2008)对全国主要草原植被类型的C:N、N:P化学计量比进行了分析, 指出中国草地植物因普遍缺P导致其N:P高于全球其他地区草地生态系统.Han等(2005)对中国的753种高等陆地植物进行了大尺度的化学计量特征研究, 同样认为中国陆地植物生长普遍受到P素限制.本研究中, 桂西北典型喀斯特生态脆弱区6种植物的N:P平均值为18, 大于全国森林的平均值16 (Han et al ., 2005 ), 凋落物N:P平均值为14, 也大于全球木本植物的N:P平均值12 (Kang et al ., 2010 ), 表明喀斯特森林或许存在P素亏缺.而其中3种原生林植物的N:P在16-19之间, 3种次生林植物的N:P在17-19之间, 平均值均为17.4, 无明显差异(图2 ), 表明经过28年的自然恢复, 次生林对N、P养分的吸收与利用已达到相对稳定的状态, 原生林土壤N:P比低于次生林, 表明原生林土壤N匮乏可能性高于次生林, 次生林P匮乏度高于原生林, 如以N:P作为喀斯特森林N、P养分供应状况的判断指标, 其临界值尚需通过进一步的肥料梯度添加实验加以确定. ...
Global analysis of nitrogen and phosphorus limitation of primary producers in freshwater, marine and terrestrial ecosystems.
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2007
... 凋落物是森林生态系统有机碳和养分的储藏库, 也是土壤与植物间物质交换的枢纽(杨玉盛等, 2004 ), 对森林生态系统的有机质贮存和养分循环等起着重要的作用, 是森林土壤肥力的自然来源之一(Melillo et al ., 1982 ).土壤有机质和养分的积累主要来自于各种形式凋落物的归还(郭剑芬等, 2006 ; 马文济等, 2014 ).植物通过光合作用固定C, 同时将部分C转移到土壤, 并以凋落物的形式将C和养分逐步补偿给土壤(王维奇等, 2011 ).土壤养分供应量、植物养分需求量、植物对其自身养分需求的自我调节以及凋落物分解过程中养分的返还量各自变化又相互影响(Agren & Bosatta, 1998 ), 致使“植物-凋落物-土壤”系统养分含量研究极具复杂性(王维奇等, 2011 ).作为研究生物系统能量和多种元素平衡的“生态化学计量学”为揭示C、N、P等元素在“植物-凋落物-土壤”生态过程中的计量关系和规律提供了一种有效的手段(Agren & Bosatta, 1998 ; Elser et al ., 2000a , 2000b , 2007 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ). ...
a). Nutritional constraints in terrestrial and freshwater food webs.
3
2000
... 生态化学计量学(ecological stoichiometry)是研究生物系统能量平衡和多重化学元素平衡的科学, 为研究碳(C)、氮(N)、磷(P)等元素在生态系统过程中的耦合关系提供了一种综合方法(Elser et al ., 2000a ; Sterner & Elser, 2002 ; 曾德慧和陈广生, 2005 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ).N和P是自然陆地生态系统的主要限制性元素, 在植物生长过程中的各种生理代谢活动中发挥着十分重要的作用, 相互独立而又相互影响(Han et al ., 2005 ), 并对植物叶片C固定产生影响.生态系统内部的C、N、P循环在植物、凋落物和土壤之间相互转换(王绍强和于贵瑞, 2008 ), 森林生态系统植物-凋落物-土壤生态化学计量特征研究具有十分重要的理论和现实意义. ...
... 凋落物是森林生态系统有机碳和养分的储藏库, 也是土壤与植物间物质交换的枢纽(杨玉盛等, 2004 ), 对森林生态系统的有机质贮存和养分循环等起着重要的作用, 是森林土壤肥力的自然来源之一(Melillo et al ., 1982 ).土壤有机质和养分的积累主要来自于各种形式凋落物的归还(郭剑芬等, 2006 ; 马文济等, 2014 ).植物通过光合作用固定C, 同时将部分C转移到土壤, 并以凋落物的形式将C和养分逐步补偿给土壤(王维奇等, 2011 ).土壤养分供应量、植物养分需求量、植物对其自身养分需求的自我调节以及凋落物分解过程中养分的返还量各自变化又相互影响(Agren & Bosatta, 1998 ), 致使“植物-凋落物-土壤”系统养分含量研究极具复杂性(王维奇等, 2011 ).作为研究生物系统能量和多种元素平衡的“生态化学计量学”为揭示C、N、P等元素在“植物-凋落物-土壤”生态过程中的计量关系和规律提供了一种有效的手段(Agren & Bosatta, 1998 ; Elser et al ., 2000a , 2000b , 2007 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ). ...
... C是构成植物体干物质的最主要元素(项文化等, 2006 ), N和P是生物体蛋白质和遗传物质的基本组成元素, 对植物各种功能影响深刻(平川等, 2014 ), 植物结构性元素C和功能限制性元素N、P之间相互作用, 调节着植物的生长(Güsewell, 2004 ).通常C在大多数植物体内含量高且变异较小, 影响C与N、P比值的主要因素是N、P含量的变化(Reich & Oleksyn, 2004 ).本研究中, 6种典型喀斯特林地植物C含量平均值为427.5 mg·g-1 , 高于王维奇等(2011)所研究的湿地植物的茎、叶C含量的平均值(419.3 mg·g-1 ), 这可能是由于湿地植物的木质素含量较低所致; 但低于Elser等(2000a)的研究中全球492种陆生植物叶片C的平均含量(464 mg·g-1 ), 这可能是由不同植物元素含量的特定区间以及不同区域土壤元素的可利用性所决定, 也可能与本研究的采样时间处于生长阶段有关.研究区6种群落林地植物N含量平均值为21.2 mg·g-1 , 高于全球植物叶片的N平均含量20.09 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 ), 并且高于基于全国753种陆地植物研究得出的平均值18.6 mg·g-1 (Han et al ., 2005 ).有研究表明, 中国陆地植物叶片P含量与全球尺度相比偏低(任书杰等, 2007 ).本研究6种林地植物P含量平均值为1.2 mg·g-1 , 明显低于全球尺度研究的平均值1.77 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 )与1.99 mg·g-1 (Elser et al ., 2000a ), 但与我国753种陆地植物的研究结果 (1.21 mg·g-1 )相近(Han et al ., 2005)(表3 ).植物叶片营养元素含量与自身结构特点和生长节律有很大关系, 不同生长阶段具有较大变异(Baldwin et al. , 2006 ).研究样品采集时间为生长初期, 植物叶片输导组织、支持组织发育都不完善, 细胞大多具有分裂能力, 需要大量的蛋白质和核酸, 因此对N、P的选择性吸收较多, 与孙书存和陈灵芝(2001)研究结果呈现的规律一致. ...
b). Biological stoichiometry from genes to ecosystems.
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2000
... 凋落物是森林生态系统有机碳和养分的储藏库, 也是土壤与植物间物质交换的枢纽(杨玉盛等, 2004 ), 对森林生态系统的有机质贮存和养分循环等起着重要的作用, 是森林土壤肥力的自然来源之一(Melillo et al ., 1982 ).土壤有机质和养分的积累主要来自于各种形式凋落物的归还(郭剑芬等, 2006 ; 马文济等, 2014 ).植物通过光合作用固定C, 同时将部分C转移到土壤, 并以凋落物的形式将C和养分逐步补偿给土壤(王维奇等, 2011 ).土壤养分供应量、植物养分需求量、植物对其自身养分需求的自我调节以及凋落物分解过程中养分的返还量各自变化又相互影响(Agren & Bosatta, 1998 ), 致使“植物-凋落物-土壤”系统养分含量研究极具复杂性(王维奇等, 2011 ).作为研究生物系统能量和多种元素平衡的“生态化学计量学”为揭示C、N、P等元素在“植物-凋落物-土壤”生态过程中的计量关系和规律提供了一种有效的手段(Agren & Bosatta, 1998 ; Elser et al ., 2000a , 2000b , 2007 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ). ...
森林凋落物分解研究进展
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2006
... 凋落物是森林生态系统有机碳和养分的储藏库, 也是土壤与植物间物质交换的枢纽(杨玉盛等, 2004 ), 对森林生态系统的有机质贮存和养分循环等起着重要的作用, 是森林土壤肥力的自然来源之一(Melillo et al ., 1982 ).土壤有机质和养分的积累主要来自于各种形式凋落物的归还(郭剑芬等, 2006 ; 马文济等, 2014 ).植物通过光合作用固定C, 同时将部分C转移到土壤, 并以凋落物的形式将C和养分逐步补偿给土壤(王维奇等, 2011 ).土壤养分供应量、植物养分需求量、植物对其自身养分需求的自我调节以及凋落物分解过程中养分的返还量各自变化又相互影响(Agren & Bosatta, 1998 ), 致使“植物-凋落物-土壤”系统养分含量研究极具复杂性(王维奇等, 2011 ).作为研究生物系统能量和多种元素平衡的“生态化学计量学”为揭示C、N、P等元素在“植物-凋落物-土壤”生态过程中的计量关系和规律提供了一种有效的手段(Agren & Bosatta, 1998 ; Elser et al ., 2000a , 2000b , 2007 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ). ...
森林凋落物分解研究进展
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2006
... 凋落物是森林生态系统有机碳和养分的储藏库, 也是土壤与植物间物质交换的枢纽(杨玉盛等, 2004 ), 对森林生态系统的有机质贮存和养分循环等起着重要的作用, 是森林土壤肥力的自然来源之一(Melillo et al ., 1982 ).土壤有机质和养分的积累主要来自于各种形式凋落物的归还(郭剑芬等, 2006 ; 马文济等, 2014 ).植物通过光合作用固定C, 同时将部分C转移到土壤, 并以凋落物的形式将C和养分逐步补偿给土壤(王维奇等, 2011 ).土壤养分供应量、植物养分需求量、植物对其自身养分需求的自我调节以及凋落物分解过程中养分的返还量各自变化又相互影响(Agren & Bosatta, 1998 ), 致使“植物-凋落物-土壤”系统养分含量研究极具复杂性(王维奇等, 2011 ).作为研究生物系统能量和多种元素平衡的“生态化学计量学”为揭示C、N、P等元素在“植物-凋落物-土壤”生态过程中的计量关系和规律提供了一种有效的手段(Agren & Bosatta, 1998 ; Elser et al ., 2000a , 2000b , 2007 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ). ...
N:P ratios in terrestrial plants: Variation and functional significance.
2
2004
... C是构成植物体干物质的最主要元素(项文化等, 2006 ), N和P是生物体蛋白质和遗传物质的基本组成元素, 对植物各种功能影响深刻(平川等, 2014 ), 植物结构性元素C和功能限制性元素N、P之间相互作用, 调节着植物的生长(Güsewell, 2004 ).通常C在大多数植物体内含量高且变异较小, 影响C与N、P比值的主要因素是N、P含量的变化(Reich & Oleksyn, 2004 ).本研究中, 6种典型喀斯特林地植物C含量平均值为427.5 mg·g-1 , 高于王维奇等(2011)所研究的湿地植物的茎、叶C含量的平均值(419.3 mg·g-1 ), 这可能是由于湿地植物的木质素含量较低所致; 但低于Elser等(2000a)的研究中全球492种陆生植物叶片C的平均含量(464 mg·g-1 ), 这可能是由不同植物元素含量的特定区间以及不同区域土壤元素的可利用性所决定, 也可能与本研究的采样时间处于生长阶段有关.研究区6种群落林地植物N含量平均值为21.2 mg·g-1 , 高于全球植物叶片的N平均含量20.09 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 ), 并且高于基于全国753种陆地植物研究得出的平均值18.6 mg·g-1 (Han et al ., 2005 ).有研究表明, 中国陆地植物叶片P含量与全球尺度相比偏低(任书杰等, 2007 ).本研究6种林地植物P含量平均值为1.2 mg·g-1 , 明显低于全球尺度研究的平均值1.77 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 )与1.99 mg·g-1 (Elser et al ., 2000a ), 但与我国753种陆地植物的研究结果 (1.21 mg·g-1 )相近(Han et al ., 2005)(表3 ).植物叶片营养元素含量与自身结构特点和生长节律有很大关系, 不同生长阶段具有较大变异(Baldwin et al. , 2006 ).研究样品采集时间为生长初期, 植物叶片输导组织、支持组织发育都不完善, 细胞大多具有分裂能力, 需要大量的蛋白质和核酸, 因此对N、P的选择性吸收较多, 与孙书存和陈灵芝(2001)研究结果呈现的规律一致. ...
... 生态化学计量学应用的一个重要方面是可根据植物叶片的N:P判断环境对植物生长的养分供应的状况(曾德慧和陈广生, 2005 ), 陆地植物器官中相对恒定的N:P是植物在地球上生存的重要适应机制.N:P可很好地反映植物的生长速率(王维奇等, 2010 ), 低N:P表征植物较快的生长速率(Elser et al ., 2003 ).Koerselman和Meuleman (1996)在欧洲40个地点进行的湿地生态系统的施肥实验得出, N:P小于14表示生态系统是受N限制的, N:P大于16表示生态系统是受P限制的, N:P在14-16时, 生态系统同时受N和P的限制或者养分充足不受限制.Tessier和Raynal (2003)的研究同样指出湿地植物N:P临界值为14和16.Güsewell (2004)则认为N:P < 10时, 植被受N素的限制, N:P > 20时, 植被受P素的限制, 介于10-20之间时, 施肥效应和N:P之间没有明确的相关关系.张丽霞等(2004)在内蒙古羊草草原的施肥实验表明, N:P > 23时为P限制, 而N:P < 21时为N限制.然而, 由于研究区域、植物的生长阶段、植物的组织及植物种类存在差异, 这些因素均会影响N:P化学计量比值临界值的变化(Güsewell, 2004 ; 曾德慧和陈广生, 2005 ).He等(2008)对全国主要草原植被类型的C:N、N:P化学计量比进行了分析, 指出中国草地植物因普遍缺P导致其N:P高于全球其他地区草地生态系统.Han等(2005)对中国的753种高等陆地植物进行了大尺度的化学计量特征研究, 同样认为中国陆地植物生长普遍受到P素限制.本研究中, 桂西北典型喀斯特生态脆弱区6种植物的N:P平均值为18, 大于全国森林的平均值16 (Han et al ., 2005 ), 凋落物N:P平均值为14, 也大于全球木本植物的N:P平均值12 (Kang et al ., 2010 ), 表明喀斯特森林或许存在P素亏缺.而其中3种原生林植物的N:P在16-19之间, 3种次生林植物的N:P在17-19之间, 平均值均为17.4, 无明显差异(图2 ), 表明经过28年的自然恢复, 次生林对N、P养分的吸收与利用已达到相对稳定的状态, 原生林土壤N:P比低于次生林, 表明原生林土壤N匮乏可能性高于次生林, 次生林P匮乏度高于原生林, 如以N:P作为喀斯特森林N、P养分供应状况的判断指标, 其临界值尚需通过进一步的肥料梯度添加实验加以确定. ...
Leaf nitrogen and phosphorus stoichiometry across 753 terrestrial plant species in China.
6
2005
... 生态化学计量学(ecological stoichiometry)是研究生物系统能量平衡和多重化学元素平衡的科学, 为研究碳(C)、氮(N)、磷(P)等元素在生态系统过程中的耦合关系提供了一种综合方法(Elser et al ., 2000a ; Sterner & Elser, 2002 ; 曾德慧和陈广生, 2005 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ).N和P是自然陆地生态系统的主要限制性元素, 在植物生长过程中的各种生理代谢活动中发挥着十分重要的作用, 相互独立而又相互影响(Han et al ., 2005 ), 并对植物叶片C固定产生影响.生态系统内部的C、N、P循环在植物、凋落物和土壤之间相互转换(王绍强和于贵瑞, 2008 ), 森林生态系统植物-凋落物-土壤生态化学计量特征研究具有十分重要的理论和现实意义. ...
... 通过Excel 2003进行数据的计算与初步分析, 用SPSS 13.0对数据进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和回归等统计分析.样本数据分布检验结果表明: 植物、凋落物以及土壤样本的C、N、P含量多呈非正态分布, 但对数变换后呈正态分布, 故采用几何平均值来表示植物与凋落物中各组分(枝、叶、其他)的C、N、P含量(Han et al ., 2005 ; 任书杰等, 2007 ).植物的C、N、P元素含量用植物的枝、叶C、N、P元素含量几何平均值与其样本生物量所占比例进行加权计算得到, 不同群落凋落物的C、N、P含量则用凋落物的枝、叶、其他三部分的几何平均值再与其样本生物量所占比例进行加权计算得到.养分(N、P)再吸收率为植物与凋落物养分差值与植物养分含量的百分比, 计算方法参照王晶苑等(2011)的方法, 计算公式如下: ...
... C是构成植物体干物质的最主要元素(项文化等, 2006 ), N和P是生物体蛋白质和遗传物质的基本组成元素, 对植物各种功能影响深刻(平川等, 2014 ), 植物结构性元素C和功能限制性元素N、P之间相互作用, 调节着植物的生长(Güsewell, 2004 ).通常C在大多数植物体内含量高且变异较小, 影响C与N、P比值的主要因素是N、P含量的变化(Reich & Oleksyn, 2004 ).本研究中, 6种典型喀斯特林地植物C含量平均值为427.5 mg·g-1 , 高于王维奇等(2011)所研究的湿地植物的茎、叶C含量的平均值(419.3 mg·g-1 ), 这可能是由于湿地植物的木质素含量较低所致; 但低于Elser等(2000a)的研究中全球492种陆生植物叶片C的平均含量(464 mg·g-1 ), 这可能是由不同植物元素含量的特定区间以及不同区域土壤元素的可利用性所决定, 也可能与本研究的采样时间处于生长阶段有关.研究区6种群落林地植物N含量平均值为21.2 mg·g-1 , 高于全球植物叶片的N平均含量20.09 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 ), 并且高于基于全国753种陆地植物研究得出的平均值18.6 mg·g-1 (Han et al ., 2005 ).有研究表明, 中国陆地植物叶片P含量与全球尺度相比偏低(任书杰等, 2007 ).本研究6种林地植物P含量平均值为1.2 mg·g-1 , 明显低于全球尺度研究的平均值1.77 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 )与1.99 mg·g-1 (Elser et al ., 2000a ), 但与我国753种陆地植物的研究结果 (1.21 mg·g-1 )相近(Han et al ., 2005)(表3 ).植物叶片营养元素含量与自身结构特点和生长节律有很大关系, 不同生长阶段具有较大变异(Baldwin et al. , 2006 ).研究样品采集时间为生长初期, 植物叶片输导组织、支持组织发育都不完善, 细胞大多具有分裂能力, 需要大量的蛋白质和核酸, 因此对N、P的选择性吸收较多, 与孙书存和陈灵芝(2001)研究结果呈现的规律一致. ...
... 土壤养分组成是植物生长的非常重要的影响因子, 植物光合作用、矿质代谢等生态过程与土壤养分供应状况密切相关(宾振钧等, 2014 ).研究中6个典型喀斯特森林群落下0-10 cm土层的C、N、P含量平均值分别为92.0、6.4、1.5 mg·g-1 , 养分含量绝对值明显高于内蒙古草原相同土层深度(0-10 cm土层)的25.3、1.7、0.1 mg·g-1 (银晓瑞等, 2010 ), 俞月凤等(2014)于同区域其他群落研究得出0-20 cm土层的土壤C、N、P含量平均值为48.40、5.40、0.52 mg·g-1 , 高于黄土高原0-20 cm土层的3.0、0.3、0.3 mg·g-1 (杨雪等, 2011 ) (表3 ), 也明显高于湿地的18.8、2.1、0.8 mg·g-1 (0-15 cm土层) (王维奇等, 2011 ), 可见喀斯特地区森林土层虽薄, 但表层土壤有机质及N、P养分绝对含量高, 可能由于西南喀斯特地区湿热的气候条件利于土壤微生物和小型动物生长, 系统“自肥”能力强于其他区域(曾昭霞等, 2012 ).本研究6个群落表层10 cm土壤C、N、P平均含量明显高于俞月凤等(2014)于同研究区域所分析的0-20 cm土层养分含量, 凸显了喀斯特脆弱区浅薄表层土壤的保水保肥、抗侵蚀能力提升对退化生态系统植被恢复的重要性.俞月凤等(2014)对相同研究区域2种原生林与2种次生林的植物、土壤C、N、P生态化学计量特征进行了分析, 得出原生林植物C、P含量大于次生林, N含量低于次生林, 次生林植物N:P高于原生林但差异不显著, 原生林土壤N含量略低于次生林, 与本研究结果一致(图2 ), 研究同时得出原生林土壤P含量、C:P、N:P均为原生林显著高于次生林, C:N差异不显著, 然而本研究中原生林土壤C:N显著大于次生林, 而C:P、N:P均差异不显著, 表明区域内生境时空差异、植物种类、水热条件的供应不同导致植物、土壤的C:N:P计量特征均具有较大的分异特征(Han et al ., 2005 ).喀斯特峰丛洼地生境复杂、空间异质性高(宋同清等, 2010 ), 因此开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究十分必要. ...
... 生态化学计量学应用的一个重要方面是可根据植物叶片的N:P判断环境对植物生长的养分供应的状况(曾德慧和陈广生, 2005 ), 陆地植物器官中相对恒定的N:P是植物在地球上生存的重要适应机制.N:P可很好地反映植物的生长速率(王维奇等, 2010 ), 低N:P表征植物较快的生长速率(Elser et al ., 2003 ).Koerselman和Meuleman (1996)在欧洲40个地点进行的湿地生态系统的施肥实验得出, N:P小于14表示生态系统是受N限制的, N:P大于16表示生态系统是受P限制的, N:P在14-16时, 生态系统同时受N和P的限制或者养分充足不受限制.Tessier和Raynal (2003)的研究同样指出湿地植物N:P临界值为14和16.Güsewell (2004)则认为N:P < 10时, 植被受N素的限制, N:P > 20时, 植被受P素的限制, 介于10-20之间时, 施肥效应和N:P之间没有明确的相关关系.张丽霞等(2004)在内蒙古羊草草原的施肥实验表明, N:P > 23时为P限制, 而N:P < 21时为N限制.然而, 由于研究区域、植物的生长阶段、植物的组织及植物种类存在差异, 这些因素均会影响N:P化学计量比值临界值的变化(Güsewell, 2004 ; 曾德慧和陈广生, 2005 ).He等(2008)对全国主要草原植被类型的C:N、N:P化学计量比进行了分析, 指出中国草地植物因普遍缺P导致其N:P高于全球其他地区草地生态系统.Han等(2005)对中国的753种高等陆地植物进行了大尺度的化学计量特征研究, 同样认为中国陆地植物生长普遍受到P素限制.本研究中, 桂西北典型喀斯特生态脆弱区6种植物的N:P平均值为18, 大于全国森林的平均值16 (Han et al ., 2005 ), 凋落物N:P平均值为14, 也大于全球木本植物的N:P平均值12 (Kang et al ., 2010 ), 表明喀斯特森林或许存在P素亏缺.而其中3种原生林植物的N:P在16-19之间, 3种次生林植物的N:P在17-19之间, 平均值均为17.4, 无明显差异(图2 ), 表明经过28年的自然恢复, 次生林对N、P养分的吸收与利用已达到相对稳定的状态, 原生林土壤N:P比低于次生林, 表明原生林土壤N匮乏可能性高于次生林, 次生林P匮乏度高于原生林, 如以N:P作为喀斯特森林N、P养分供应状况的判断指标, 其临界值尚需通过进一步的肥料梯度添加实验加以确定. ...
... 植物在长期的进化过程中逐渐发育了较强的生理生化调节能力(可塑性)以适应环境因子的波动, 即植物能够主动地调整养分需求灵活地适应周围生长环境的变化(曾德慧和陈广生, 2005 ), 而由于植物体内光合和矿质代谢之间的内在联系(Sterner & Elser, 2002 ), 植物体的C与N、P含量随环境不断变化, 但相互之间具有明显的相关性.喀斯特脆弱区土层浅薄不连续, 水养涵养能力弱, 物质(有机质与养分)流失严重, 植物养分主要来源于凋落物的归还, C、N、P元素循环在“植物-凋落物-土壤”连续体之间是相互转换的, 其间C-N-P元素计量特征及相关性则可以反映森林生态系统养分循环速率及养分利用效率.本研究结果显示, 喀斯特地区植物N、P含量呈极显著正相关, 土壤N、P含量则呈显著负相关, 凋落物与土壤中N含量变异不大, P含量则在不同群落中呈现较大变异, 活体植物中N含量变异较大(图3 ), N:P在植物、凋落物、土壤中依次降低.植物从土壤中吸收N和P, 在叶片凋落之前又通过养分再吸收过程对N、P进行了重吸收, 因此凋落物C:N、C:P均高于植物的, 植物的大于土壤的.喀斯特地区土壤N、P含量绝对值相对偏高, 而植物的N、P养分再吸收率却偏低, 表明喀斯特地区植物主要通过吸收土壤养分而非进行养分的再吸收满足生长需求.可见喀斯特地区地表凋落物有机层与浅薄土壤层的保肥抗水土流失能力的提高对于喀斯特退化生态系统植被恢复尤其关键.因水热供应的气候、地理条件差异, 植物叶片的N、P含量和C:N:P计量特征存在大尺度上的变异规律, 且在不同生境、不同树种之间均呈现较大的分异特征(Reich & Oleksyn, 2004 ; Han et al ., 2005 ), 这也反映了植物对当地营养条件的适应.本研究中土壤的C:N与N:P呈显著负相关关系(p < 0.05), 凋落物的C:P与N:P呈极显著正相关关系(p < 0.001), 而植物中C:N或C:P与N:P则无显著相关关系(图4 ).因研究所选植物种类和研究区域范围有限, 十分有必要在喀斯特生态脆弱区开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究. ...
Relationship between the relative limitation and resorption efficiency of nitrogen vs phosphorus in woody plants.
2013
北京及周边地区植物叶的碳氮磷元素计量特征
1
2009
... 植物体的C:N和C:P通常能反映植物N和P的利用效率, 一定程度上也反映了土壤中N和P的供应状况.土壤养分供应状况的改变可明显影响植物的光合作用和矿质代谢等过程, 植物在营养元素供应缺乏的情况下往往具有较高的养分利用效率, 反之, 营养元素供应充足, 元素利用效率则较低(邢雪荣等, 2000 ).本研究6种典型喀斯特林地群落植物C:N和C:P平均值分别是20.3和353.6, 王晶苑等(2011)研究发现长白山温带针阔混交林C:N和C:P分别为24.7和321, 而鼎湖山亚热带常绿阔叶林的C:N与C:P分别为25.5和561, 本研究中6种喀斯特植物C:N均低于温带针阔混交林与亚热带常绿阔叶林, C:P与长白山温带针阔混交林接近, 远低于鼎湖山亚热带常绿阔叶林, 但本研究中植物C:N和C:P均高于北京及周边地区植物(韩文轩等, 2009 )(表3 ), 可能因为北京及周边地区的植物位于森林草原过渡带, 植物具有更快的生长速率因而需要吸收更多的N和P.光合作用中C的同化与植物营养元素的吸收属不同途径, 通常C不是植物生长的限制元素, C在大多数植物体内含量很高且变异较小, 因而, 影响C:N和C:P的主要因素是N和P含量的变化(Hedin, 2004 ).不同立地条件的N、P供给状况通过影响植物的养分吸收而影响其C的固定及储存(阎恩荣等, 2010 ), 并进一步影响凋落物的C:N:P化学计量特征(Aerts & Chapin, 1999 ). ...
北京及周边地区植物叶的碳氮磷元素计量特征
1
2009
... 植物体的C:N和C:P通常能反映植物N和P的利用效率, 一定程度上也反映了土壤中N和P的供应状况.土壤养分供应状况的改变可明显影响植物的光合作用和矿质代谢等过程, 植物在营养元素供应缺乏的情况下往往具有较高的养分利用效率, 反之, 营养元素供应充足, 元素利用效率则较低(邢雪荣等, 2000 ).本研究6种典型喀斯特林地群落植物C:N和C:P平均值分别是20.3和353.6, 王晶苑等(2011)研究发现长白山温带针阔混交林C:N和C:P分别为24.7和321, 而鼎湖山亚热带常绿阔叶林的C:N与C:P分别为25.5和561, 本研究中6种喀斯特植物C:N均低于温带针阔混交林与亚热带常绿阔叶林, C:P与长白山温带针阔混交林接近, 远低于鼎湖山亚热带常绿阔叶林, 但本研究中植物C:N和C:P均高于北京及周边地区植物(韩文轩等, 2009 )(表3 ), 可能因为北京及周边地区的植物位于森林草原过渡带, 植物具有更快的生长速率因而需要吸收更多的N和P.光合作用中C的同化与植物营养元素的吸收属不同途径, 通常C不是植物生长的限制元素, C在大多数植物体内含量很高且变异较小, 因而, 影响C:N和C:P的主要因素是N和P含量的变化(Hedin, 2004 ).不同立地条件的N、P供给状况通过影响植物的养分吸收而影响其C的固定及储存(阎恩荣等, 2010 ), 并进一步影响凋落物的C:N:P化学计量特征(Aerts & Chapin, 1999 ). ...
生态化学计量学: 探索从个体到生态系统的统一化理论
2
2010
... 生态化学计量学(ecological stoichiometry)是研究生物系统能量平衡和多重化学元素平衡的科学, 为研究碳(C)、氮(N)、磷(P)等元素在生态系统过程中的耦合关系提供了一种综合方法(Elser et al ., 2000a ; Sterner & Elser, 2002 ; 曾德慧和陈广生, 2005 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ).N和P是自然陆地生态系统的主要限制性元素, 在植物生长过程中的各种生理代谢活动中发挥着十分重要的作用, 相互独立而又相互影响(Han et al ., 2005 ), 并对植物叶片C固定产生影响.生态系统内部的C、N、P循环在植物、凋落物和土壤之间相互转换(王绍强和于贵瑞, 2008 ), 森林生态系统植物-凋落物-土壤生态化学计量特征研究具有十分重要的理论和现实意义. ...
... 凋落物是森林生态系统有机碳和养分的储藏库, 也是土壤与植物间物质交换的枢纽(杨玉盛等, 2004 ), 对森林生态系统的有机质贮存和养分循环等起着重要的作用, 是森林土壤肥力的自然来源之一(Melillo et al ., 1982 ).土壤有机质和养分的积累主要来自于各种形式凋落物的归还(郭剑芬等, 2006 ; 马文济等, 2014 ).植物通过光合作用固定C, 同时将部分C转移到土壤, 并以凋落物的形式将C和养分逐步补偿给土壤(王维奇等, 2011 ).土壤养分供应量、植物养分需求量、植物对其自身养分需求的自我调节以及凋落物分解过程中养分的返还量各自变化又相互影响(Agren & Bosatta, 1998 ), 致使“植物-凋落物-土壤”系统养分含量研究极具复杂性(王维奇等, 2011 ).作为研究生物系统能量和多种元素平衡的“生态化学计量学”为揭示C、N、P等元素在“植物-凋落物-土壤”生态过程中的计量关系和规律提供了一种有效的手段(Agren & Bosatta, 1998 ; Elser et al ., 2000a , 2000b , 2007 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ). ...
生态化学计量学: 探索从个体到生态系统的统一化理论
2
2010
... 生态化学计量学(ecological stoichiometry)是研究生物系统能量平衡和多重化学元素平衡的科学, 为研究碳(C)、氮(N)、磷(P)等元素在生态系统过程中的耦合关系提供了一种综合方法(Elser et al ., 2000a ; Sterner & Elser, 2002 ; 曾德慧和陈广生, 2005 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ).N和P是自然陆地生态系统的主要限制性元素, 在植物生长过程中的各种生理代谢活动中发挥着十分重要的作用, 相互独立而又相互影响(Han et al ., 2005 ), 并对植物叶片C固定产生影响.生态系统内部的C、N、P循环在植物、凋落物和土壤之间相互转换(王绍强和于贵瑞, 2008 ), 森林生态系统植物-凋落物-土壤生态化学计量特征研究具有十分重要的理论和现实意义. ...
... 凋落物是森林生态系统有机碳和养分的储藏库, 也是土壤与植物间物质交换的枢纽(杨玉盛等, 2004 ), 对森林生态系统的有机质贮存和养分循环等起着重要的作用, 是森林土壤肥力的自然来源之一(Melillo et al ., 1982 ).土壤有机质和养分的积累主要来自于各种形式凋落物的归还(郭剑芬等, 2006 ; 马文济等, 2014 ).植物通过光合作用固定C, 同时将部分C转移到土壤, 并以凋落物的形式将C和养分逐步补偿给土壤(王维奇等, 2011 ).土壤养分供应量、植物养分需求量、植物对其自身养分需求的自我调节以及凋落物分解过程中养分的返还量各自变化又相互影响(Agren & Bosatta, 1998 ), 致使“植物-凋落物-土壤”系统养分含量研究极具复杂性(王维奇等, 2011 ).作为研究生物系统能量和多种元素平衡的“生态化学计量学”为揭示C、N、P等元素在“植物-凋落物-土壤”生态过程中的计量关系和规律提供了一种有效的手段(Agren & Bosatta, 1998 ; Elser et al ., 2000a , 2000b , 2007 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ). ...
Leaf nitrogen: Phosphorus stoichiometry across Chinese grassland biomes.
2008
Global organization of terrestrial plant-nutrient interactions.
1
2004
... 植物体的C:N和C:P通常能反映植物N和P的利用效率, 一定程度上也反映了土壤中N和P的供应状况.土壤养分供应状况的改变可明显影响植物的光合作用和矿质代谢等过程, 植物在营养元素供应缺乏的情况下往往具有较高的养分利用效率, 反之, 营养元素供应充足, 元素利用效率则较低(邢雪荣等, 2000 ).本研究6种典型喀斯特林地群落植物C:N和C:P平均值分别是20.3和353.6, 王晶苑等(2011)研究发现长白山温带针阔混交林C:N和C:P分别为24.7和321, 而鼎湖山亚热带常绿阔叶林的C:N与C:P分别为25.5和561, 本研究中6种喀斯特植物C:N均低于温带针阔混交林与亚热带常绿阔叶林, C:P与长白山温带针阔混交林接近, 远低于鼎湖山亚热带常绿阔叶林, 但本研究中植物C:N和C:P均高于北京及周边地区植物(韩文轩等, 2009 )(表3 ), 可能因为北京及周边地区的植物位于森林草原过渡带, 植物具有更快的生长速率因而需要吸收更多的N和P.光合作用中C的同化与植物营养元素的吸收属不同途径, 通常C不是植物生长的限制元素, C在大多数植物体内含量很高且变异较小, 因而, 影响C:N和C:P的主要因素是N和P含量的变化(Hedin, 2004 ).不同立地条件的N、P供给状况通过影响植物的养分吸收而影响其C的固定及储存(阎恩荣等, 2010 ), 并进一步影响凋落物的C:N:P化学计量特征(Aerts & Chapin, 1999 ). ...
Global pattern of leaf litter nitrogen and phosphorus in woody plants.
2
2010
... 凋落物是养分回归土壤的主要途径, 是森林生态系统生物地球化学流的一个重要组成部分, 已有研究表明森林生长所需70%-90%的养分来自凋落物的降解(赵其国等, 1991 ).研究中6种林地凋落物C、N、P平均含量分别为396.2、12.7、0.9 mg·g-1 , 相对于王瑾和黄建辉(2001)对暖温带主要林地类型凋落物的研究结果而言, 其C含量低于后者, 而N、P含量高于后者(表3 ).与王晶苑等(2011)对长白山温带针阔混交林与鼎湖山亚热带常绿阔叶林所做的研究比较, 本研究中凋落物C素含量也相对较低.而N素含量高于全球水平, P素含量与全球水平一致(Kang et al ., 2010 ) (表3 ).喀斯特森林凋落物中的C、N、P含量相对其他非喀斯特地区域而言, 呈现出的这种低C高N格局与植物中的规律一致, 即喀斯特森林植物与凋落物均表现出相对较低的C:N, 这说明凋落物完全秉承了植物的特性, 这也与王维奇等(2011)对湿地植物-凋落物计量特征研究结果吻合. ...
... 生态化学计量学应用的一个重要方面是可根据植物叶片的N:P判断环境对植物生长的养分供应的状况(曾德慧和陈广生, 2005 ), 陆地植物器官中相对恒定的N:P是植物在地球上生存的重要适应机制.N:P可很好地反映植物的生长速率(王维奇等, 2010 ), 低N:P表征植物较快的生长速率(Elser et al ., 2003 ).Koerselman和Meuleman (1996)在欧洲40个地点进行的湿地生态系统的施肥实验得出, N:P小于14表示生态系统是受N限制的, N:P大于16表示生态系统是受P限制的, N:P在14-16时, 生态系统同时受N和P的限制或者养分充足不受限制.Tessier和Raynal (2003)的研究同样指出湿地植物N:P临界值为14和16.Güsewell (2004)则认为N:P < 10时, 植被受N素的限制, N:P > 20时, 植被受P素的限制, 介于10-20之间时, 施肥效应和N:P之间没有明确的相关关系.张丽霞等(2004)在内蒙古羊草草原的施肥实验表明, N:P > 23时为P限制, 而N:P < 21时为N限制.然而, 由于研究区域、植物的生长阶段、植物的组织及植物种类存在差异, 这些因素均会影响N:P化学计量比值临界值的变化(Güsewell, 2004 ; 曾德慧和陈广生, 2005 ).He等(2008)对全国主要草原植被类型的C:N、N:P化学计量比进行了分析, 指出中国草地植物因普遍缺P导致其N:P高于全球其他地区草地生态系统.Han等(2005)对中国的753种高等陆地植物进行了大尺度的化学计量特征研究, 同样认为中国陆地植物生长普遍受到P素限制.本研究中, 桂西北典型喀斯特生态脆弱区6种植物的N:P平均值为18, 大于全国森林的平均值16 (Han et al ., 2005 ), 凋落物N:P平均值为14, 也大于全球木本植物的N:P平均值12 (Kang et al ., 2010 ), 表明喀斯特森林或许存在P素亏缺.而其中3种原生林植物的N:P在16-19之间, 3种次生林植物的N:P在17-19之间, 平均值均为17.4, 无明显差异(图2 ), 表明经过28年的自然恢复, 次生林对N、P养分的吸收与利用已达到相对稳定的状态, 原生林土壤N:P比低于次生林, 表明原生林土壤N匮乏可能性高于次生林, 次生林P匮乏度高于原生林, 如以N:P作为喀斯特森林N、P养分供应状况的判断指标, 其临界值尚需通过进一步的肥料梯度添加实验加以确定. ...
The vegetation N:P ratio: A new tool to detect the nature of nutrient limitation.
1996
浙江天童常绿阔叶林不同演替阶段地表凋落物的C:N:P化学计量特征
1
2014
... 凋落物是森林生态系统有机碳和养分的储藏库, 也是土壤与植物间物质交换的枢纽(杨玉盛等, 2004 ), 对森林生态系统的有机质贮存和养分循环等起着重要的作用, 是森林土壤肥力的自然来源之一(Melillo et al ., 1982 ).土壤有机质和养分的积累主要来自于各种形式凋落物的归还(郭剑芬等, 2006 ; 马文济等, 2014 ).植物通过光合作用固定C, 同时将部分C转移到土壤, 并以凋落物的形式将C和养分逐步补偿给土壤(王维奇等, 2011 ).土壤养分供应量、植物养分需求量、植物对其自身养分需求的自我调节以及凋落物分解过程中养分的返还量各自变化又相互影响(Agren & Bosatta, 1998 ), 致使“植物-凋落物-土壤”系统养分含量研究极具复杂性(王维奇等, 2011 ).作为研究生物系统能量和多种元素平衡的“生态化学计量学”为揭示C、N、P等元素在“植物-凋落物-土壤”生态过程中的计量关系和规律提供了一种有效的手段(Agren & Bosatta, 1998 ; Elser et al ., 2000a , 2000b , 2007 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ). ...
浙江天童常绿阔叶林不同演替阶段地表凋落物的C:N:P化学计量特征
1
2014
... 凋落物是森林生态系统有机碳和养分的储藏库, 也是土壤与植物间物质交换的枢纽(杨玉盛等, 2004 ), 对森林生态系统的有机质贮存和养分循环等起着重要的作用, 是森林土壤肥力的自然来源之一(Melillo et al ., 1982 ).土壤有机质和养分的积累主要来自于各种形式凋落物的归还(郭剑芬等, 2006 ; 马文济等, 2014 ).植物通过光合作用固定C, 同时将部分C转移到土壤, 并以凋落物的形式将C和养分逐步补偿给土壤(王维奇等, 2011 ).土壤养分供应量、植物养分需求量、植物对其自身养分需求的自我调节以及凋落物分解过程中养分的返还量各自变化又相互影响(Agren & Bosatta, 1998 ), 致使“植物-凋落物-土壤”系统养分含量研究极具复杂性(王维奇等, 2011 ).作为研究生物系统能量和多种元素平衡的“生态化学计量学”为揭示C、N、P等元素在“植物-凋落物-土壤”生态过程中的计量关系和规律提供了一种有效的手段(Agren & Bosatta, 1998 ; Elser et al ., 2000a , 2000b , 2007 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ). ...
Scaling of C: N:P stoichiometry in forests worldwide: Implications of terrestrial Redfield-type ratios.
1
2004
... McGroddy等(2004)通过总结世界范围内森林生态系统的研究结果发现, 对全球森林生态系统来说, 树木叶片的C、N、P原子比率为1 212:28:1, 森林凋落物的C、N、P原子比率为3007:45:1, 凋落叶片的C与N、P比值大于新鲜叶片的C与N、P比值.本研究中6种植物的C、N、P原子比率为913:39:1, 低于全球平均水平, 低于王晶苑等(2011)所报道的亚热带人工林、亚热带常绿阔叶林及热带季雨林, 但高于温带针阔混交林.凋落物C、N、P原子比率为1163:32:1, 同样低于全球平均值(McGroddy et al ., 2004 )以及亚热带常绿阔叶林, 但与温带针阔混交林和热带季雨林的水平基本相同(王晶苑等, 2011 ). ...
Nitrogen and lignin control of hardwood leaf litter decomposition dynamics.
1
1982
... 凋落物是森林生态系统有机碳和养分的储藏库, 也是土壤与植物间物质交换的枢纽(杨玉盛等, 2004 ), 对森林生态系统的有机质贮存和养分循环等起着重要的作用, 是森林土壤肥力的自然来源之一(Melillo et al ., 1982 ).土壤有机质和养分的积累主要来自于各种形式凋落物的归还(郭剑芬等, 2006 ; 马文济等, 2014 ).植物通过光合作用固定C, 同时将部分C转移到土壤, 并以凋落物的形式将C和养分逐步补偿给土壤(王维奇等, 2011 ).土壤养分供应量、植物养分需求量、植物对其自身养分需求的自我调节以及凋落物分解过程中养分的返还量各自变化又相互影响(Agren & Bosatta, 1998 ), 致使“植物-凋落物-土壤”系统养分含量研究极具复杂性(王维奇等, 2011 ).作为研究生物系统能量和多种元素平衡的“生态化学计量学”为揭示C、N、P等元素在“植物-凋落物-土壤”生态过程中的计量关系和规律提供了一种有效的手段(Agren & Bosatta, 1998 ; Elser et al ., 2000a , 2000b , 2007 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ). ...
环境变化对兴安落叶松氮磷化学计量特征的影响
1
2014
... C是构成植物体干物质的最主要元素(项文化等, 2006 ), N和P是生物体蛋白质和遗传物质的基本组成元素, 对植物各种功能影响深刻(平川等, 2014 ), 植物结构性元素C和功能限制性元素N、P之间相互作用, 调节着植物的生长(Güsewell, 2004 ).通常C在大多数植物体内含量高且变异较小, 影响C与N、P比值的主要因素是N、P含量的变化(Reich & Oleksyn, 2004 ).本研究中, 6种典型喀斯特林地植物C含量平均值为427.5 mg·g-1 , 高于王维奇等(2011)所研究的湿地植物的茎、叶C含量的平均值(419.3 mg·g-1 ), 这可能是由于湿地植物的木质素含量较低所致; 但低于Elser等(2000a)的研究中全球492种陆生植物叶片C的平均含量(464 mg·g-1 ), 这可能是由不同植物元素含量的特定区间以及不同区域土壤元素的可利用性所决定, 也可能与本研究的采样时间处于生长阶段有关.研究区6种群落林地植物N含量平均值为21.2 mg·g-1 , 高于全球植物叶片的N平均含量20.09 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 ), 并且高于基于全国753种陆地植物研究得出的平均值18.6 mg·g-1 (Han et al ., 2005 ).有研究表明, 中国陆地植物叶片P含量与全球尺度相比偏低(任书杰等, 2007 ).本研究6种林地植物P含量平均值为1.2 mg·g-1 , 明显低于全球尺度研究的平均值1.77 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 )与1.99 mg·g-1 (Elser et al ., 2000a ), 但与我国753种陆地植物的研究结果 (1.21 mg·g-1 )相近(Han et al ., 2005)(表3 ).植物叶片营养元素含量与自身结构特点和生长节律有很大关系, 不同生长阶段具有较大变异(Baldwin et al. , 2006 ).研究样品采集时间为生长初期, 植物叶片输导组织、支持组织发育都不完善, 细胞大多具有分裂能力, 需要大量的蛋白质和核酸, 因此对N、P的选择性吸收较多, 与孙书存和陈灵芝(2001)研究结果呈现的规律一致. ...
环境变化对兴安落叶松氮磷化学计量特征的影响
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2014
... C是构成植物体干物质的最主要元素(项文化等, 2006 ), N和P是生物体蛋白质和遗传物质的基本组成元素, 对植物各种功能影响深刻(平川等, 2014 ), 植物结构性元素C和功能限制性元素N、P之间相互作用, 调节着植物的生长(Güsewell, 2004 ).通常C在大多数植物体内含量高且变异较小, 影响C与N、P比值的主要因素是N、P含量的变化(Reich & Oleksyn, 2004 ).本研究中, 6种典型喀斯特林地植物C含量平均值为427.5 mg·g-1 , 高于王维奇等(2011)所研究的湿地植物的茎、叶C含量的平均值(419.3 mg·g-1 ), 这可能是由于湿地植物的木质素含量较低所致; 但低于Elser等(2000a)的研究中全球492种陆生植物叶片C的平均含量(464 mg·g-1 ), 这可能是由不同植物元素含量的特定区间以及不同区域土壤元素的可利用性所决定, 也可能与本研究的采样时间处于生长阶段有关.研究区6种群落林地植物N含量平均值为21.2 mg·g-1 , 高于全球植物叶片的N平均含量20.09 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 ), 并且高于基于全国753种陆地植物研究得出的平均值18.6 mg·g-1 (Han et al ., 2005 ).有研究表明, 中国陆地植物叶片P含量与全球尺度相比偏低(任书杰等, 2007 ).本研究6种林地植物P含量平均值为1.2 mg·g-1 , 明显低于全球尺度研究的平均值1.77 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 )与1.99 mg·g-1 (Elser et al ., 2000a ), 但与我国753种陆地植物的研究结果 (1.21 mg·g-1 )相近(Han et al ., 2005)(表3 ).植物叶片营养元素含量与自身结构特点和生长节律有很大关系, 不同生长阶段具有较大变异(Baldwin et al. , 2006 ).研究样品采集时间为生长初期, 植物叶片输导组织、支持组织发育都不完善, 细胞大多具有分裂能力, 需要大量的蛋白质和核酸, 因此对N、P的选择性吸收较多, 与孙书存和陈灵芝(2001)研究结果呈现的规律一致. ...
Global patterns of plant leaf N and P in relation to temperature and latitude.
4
2004
... C是构成植物体干物质的最主要元素(项文化等, 2006 ), N和P是生物体蛋白质和遗传物质的基本组成元素, 对植物各种功能影响深刻(平川等, 2014 ), 植物结构性元素C和功能限制性元素N、P之间相互作用, 调节着植物的生长(Güsewell, 2004 ).通常C在大多数植物体内含量高且变异较小, 影响C与N、P比值的主要因素是N、P含量的变化(Reich & Oleksyn, 2004 ).本研究中, 6种典型喀斯特林地植物C含量平均值为427.5 mg·g-1 , 高于王维奇等(2011)所研究的湿地植物的茎、叶C含量的平均值(419.3 mg·g-1 ), 这可能是由于湿地植物的木质素含量较低所致; 但低于Elser等(2000a)的研究中全球492种陆生植物叶片C的平均含量(464 mg·g-1 ), 这可能是由不同植物元素含量的特定区间以及不同区域土壤元素的可利用性所决定, 也可能与本研究的采样时间处于生长阶段有关.研究区6种群落林地植物N含量平均值为21.2 mg·g-1 , 高于全球植物叶片的N平均含量20.09 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 ), 并且高于基于全国753种陆地植物研究得出的平均值18.6 mg·g-1 (Han et al ., 2005 ).有研究表明, 中国陆地植物叶片P含量与全球尺度相比偏低(任书杰等, 2007 ).本研究6种林地植物P含量平均值为1.2 mg·g-1 , 明显低于全球尺度研究的平均值1.77 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 )与1.99 mg·g-1 (Elser et al ., 2000a ), 但与我国753种陆地植物的研究结果 (1.21 mg·g-1 )相近(Han et al ., 2005)(表3 ).植物叶片营养元素含量与自身结构特点和生长节律有很大关系, 不同生长阶段具有较大变异(Baldwin et al. , 2006 ).研究样品采集时间为生长初期, 植物叶片输导组织、支持组织发育都不完善, 细胞大多具有分裂能力, 需要大量的蛋白质和核酸, 因此对N、P的选择性吸收较多, 与孙书存和陈灵芝(2001)研究结果呈现的规律一致. ...
... (Reich & Oleksyn, 2004 ), 并且高于基于全国753种陆地植物研究得出的平均值18.6 mg·g-1 (Han et al ., 2005 ).有研究表明, 中国陆地植物叶片P含量与全球尺度相比偏低(任书杰等, 2007 ).本研究6种林地植物P含量平均值为1.2 mg·g-1 , 明显低于全球尺度研究的平均值1.77 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 )与1.99 mg·g-1 (Elser et al ., 2000a ), 但与我国753种陆地植物的研究结果 (1.21 mg·g-1 )相近(Han et al ., 2005)(表3 ).植物叶片营养元素含量与自身结构特点和生长节律有很大关系, 不同生长阶段具有较大变异(Baldwin et al. , 2006 ).研究样品采集时间为生长初期, 植物叶片输导组织、支持组织发育都不完善, 细胞大多具有分裂能力, 需要大量的蛋白质和核酸, 因此对N、P的选择性吸收较多, 与孙书存和陈灵芝(2001)研究结果呈现的规律一致. ...
... (Reich & Oleksyn, 2004 )与1.99 mg·g-1 (Elser et al ., 2000a ), 但与我国753种陆地植物的研究结果 (1.21 mg·g-1 )相近(Han et al ., 2005)(表3 ).植物叶片营养元素含量与自身结构特点和生长节律有很大关系, 不同生长阶段具有较大变异(Baldwin et al. , 2006 ).研究样品采集时间为生长初期, 植物叶片输导组织、支持组织发育都不完善, 细胞大多具有分裂能力, 需要大量的蛋白质和核酸, 因此对N、P的选择性吸收较多, 与孙书存和陈灵芝(2001)研究结果呈现的规律一致. ...
... 植物在长期的进化过程中逐渐发育了较强的生理生化调节能力(可塑性)以适应环境因子的波动, 即植物能够主动地调整养分需求灵活地适应周围生长环境的变化(曾德慧和陈广生, 2005 ), 而由于植物体内光合和矿质代谢之间的内在联系(Sterner & Elser, 2002 ), 植物体的C与N、P含量随环境不断变化, 但相互之间具有明显的相关性.喀斯特脆弱区土层浅薄不连续, 水养涵养能力弱, 物质(有机质与养分)流失严重, 植物养分主要来源于凋落物的归还, C、N、P元素循环在“植物-凋落物-土壤”连续体之间是相互转换的, 其间C-N-P元素计量特征及相关性则可以反映森林生态系统养分循环速率及养分利用效率.本研究结果显示, 喀斯特地区植物N、P含量呈极显著正相关, 土壤N、P含量则呈显著负相关, 凋落物与土壤中N含量变异不大, P含量则在不同群落中呈现较大变异, 活体植物中N含量变异较大(图3 ), N:P在植物、凋落物、土壤中依次降低.植物从土壤中吸收N和P, 在叶片凋落之前又通过养分再吸收过程对N、P进行了重吸收, 因此凋落物C:N、C:P均高于植物的, 植物的大于土壤的.喀斯特地区土壤N、P含量绝对值相对偏高, 而植物的N、P养分再吸收率却偏低, 表明喀斯特地区植物主要通过吸收土壤养分而非进行养分的再吸收满足生长需求.可见喀斯特地区地表凋落物有机层与浅薄土壤层的保肥抗水土流失能力的提高对于喀斯特退化生态系统植被恢复尤其关键.因水热供应的气候、地理条件差异, 植物叶片的N、P含量和C:N:P计量特征存在大尺度上的变异规律, 且在不同生境、不同树种之间均呈现较大的分异特征(Reich & Oleksyn, 2004 ; Han et al ., 2005 ), 这也反映了植物对当地营养条件的适应.本研究中土壤的C:N与N:P呈显著负相关关系(p < 0.05), 凋落物的C:P与N:P呈极显著正相关关系(p < 0.001), 而植物中C:N或C:P与N:P则无显著相关关系(图4 ).因研究所选植物种类和研究区域范围有限, 十分有必要在喀斯特生态脆弱区开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究. ...
中国东部南北样带654种植物叶片氮和磷的化学计量学特征研究
2
2007
... 通过Excel 2003进行数据的计算与初步分析, 用SPSS 13.0对数据进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和回归等统计分析.样本数据分布检验结果表明: 植物、凋落物以及土壤样本的C、N、P含量多呈非正态分布, 但对数变换后呈正态分布, 故采用几何平均值来表示植物与凋落物中各组分(枝、叶、其他)的C、N、P含量(Han et al ., 2005 ; 任书杰等, 2007 ).植物的C、N、P元素含量用植物的枝、叶C、N、P元素含量几何平均值与其样本生物量所占比例进行加权计算得到, 不同群落凋落物的C、N、P含量则用凋落物的枝、叶、其他三部分的几何平均值再与其样本生物量所占比例进行加权计算得到.养分(N、P)再吸收率为植物与凋落物养分差值与植物养分含量的百分比, 计算方法参照王晶苑等(2011)的方法, 计算公式如下: ...
... C是构成植物体干物质的最主要元素(项文化等, 2006 ), N和P是生物体蛋白质和遗传物质的基本组成元素, 对植物各种功能影响深刻(平川等, 2014 ), 植物结构性元素C和功能限制性元素N、P之间相互作用, 调节着植物的生长(Güsewell, 2004 ).通常C在大多数植物体内含量高且变异较小, 影响C与N、P比值的主要因素是N、P含量的变化(Reich & Oleksyn, 2004 ).本研究中, 6种典型喀斯特林地植物C含量平均值为427.5 mg·g-1 , 高于王维奇等(2011)所研究的湿地植物的茎、叶C含量的平均值(419.3 mg·g-1 ), 这可能是由于湿地植物的木质素含量较低所致; 但低于Elser等(2000a)的研究中全球492种陆生植物叶片C的平均含量(464 mg·g-1 ), 这可能是由不同植物元素含量的特定区间以及不同区域土壤元素的可利用性所决定, 也可能与本研究的采样时间处于生长阶段有关.研究区6种群落林地植物N含量平均值为21.2 mg·g-1 , 高于全球植物叶片的N平均含量20.09 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 ), 并且高于基于全国753种陆地植物研究得出的平均值18.6 mg·g-1 (Han et al ., 2005 ).有研究表明, 中国陆地植物叶片P含量与全球尺度相比偏低(任书杰等, 2007 ).本研究6种林地植物P含量平均值为1.2 mg·g-1 , 明显低于全球尺度研究的平均值1.77 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 )与1.99 mg·g-1 (Elser et al ., 2000a ), 但与我国753种陆地植物的研究结果 (1.21 mg·g-1 )相近(Han et al ., 2005)(表3 ).植物叶片营养元素含量与自身结构特点和生长节律有很大关系, 不同生长阶段具有较大变异(Baldwin et al. , 2006 ).研究样品采集时间为生长初期, 植物叶片输导组织、支持组织发育都不完善, 细胞大多具有分裂能力, 需要大量的蛋白质和核酸, 因此对N、P的选择性吸收较多, 与孙书存和陈灵芝(2001)研究结果呈现的规律一致. ...
中国东部南北样带654种植物叶片氮和磷的化学计量学特征研究
2
2007
... 通过Excel 2003进行数据的计算与初步分析, 用SPSS 13.0对数据进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和回归等统计分析.样本数据分布检验结果表明: 植物、凋落物以及土壤样本的C、N、P含量多呈非正态分布, 但对数变换后呈正态分布, 故采用几何平均值来表示植物与凋落物中各组分(枝、叶、其他)的C、N、P含量(Han et al ., 2005 ; 任书杰等, 2007 ).植物的C、N、P元素含量用植物的枝、叶C、N、P元素含量几何平均值与其样本生物量所占比例进行加权计算得到, 不同群落凋落物的C、N、P含量则用凋落物的枝、叶、其他三部分的几何平均值再与其样本生物量所占比例进行加权计算得到.养分(N、P)再吸收率为植物与凋落物养分差值与植物养分含量的百分比, 计算方法参照王晶苑等(2011)的方法, 计算公式如下: ...
... C是构成植物体干物质的最主要元素(项文化等, 2006 ), N和P是生物体蛋白质和遗传物质的基本组成元素, 对植物各种功能影响深刻(平川等, 2014 ), 植物结构性元素C和功能限制性元素N、P之间相互作用, 调节着植物的生长(Güsewell, 2004 ).通常C在大多数植物体内含量高且变异较小, 影响C与N、P比值的主要因素是N、P含量的变化(Reich & Oleksyn, 2004 ).本研究中, 6种典型喀斯特林地植物C含量平均值为427.5 mg·g-1 , 高于王维奇等(2011)所研究的湿地植物的茎、叶C含量的平均值(419.3 mg·g-1 ), 这可能是由于湿地植物的木质素含量较低所致; 但低于Elser等(2000a)的研究中全球492种陆生植物叶片C的平均含量(464 mg·g-1 ), 这可能是由不同植物元素含量的特定区间以及不同区域土壤元素的可利用性所决定, 也可能与本研究的采样时间处于生长阶段有关.研究区6种群落林地植物N含量平均值为21.2 mg·g-1 , 高于全球植物叶片的N平均含量20.09 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 ), 并且高于基于全国753种陆地植物研究得出的平均值18.6 mg·g-1 (Han et al ., 2005 ).有研究表明, 中国陆地植物叶片P含量与全球尺度相比偏低(任书杰等, 2007 ).本研究6种林地植物P含量平均值为1.2 mg·g-1 , 明显低于全球尺度研究的平均值1.77 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 )与1.99 mg·g-1 (Elser et al ., 2000a ), 但与我国753种陆地植物的研究结果 (1.21 mg·g-1 )相近(Han et al ., 2005)(表3 ).植物叶片营养元素含量与自身结构特点和生长节律有很大关系, 不同生长阶段具有较大变异(Baldwin et al. , 2006 ).研究样品采集时间为生长初期, 植物叶片输导组织、支持组织发育都不完善, 细胞大多具有分裂能力, 需要大量的蛋白质和核酸, 因此对N、P的选择性吸收较多, 与孙书存和陈灵芝(2001)研究结果呈现的规律一致. ...
喀斯特峰丛洼地不同类型森林群落的组成与生物多样性特征
3
2010
... 西南喀斯特地区是中国四大生态环境脆弱区之一, 桂西北喀斯特是其代表性区域, 独特的地质环境背景, 加上不合理的土地开发方式, 造成该区土壤侵蚀、土壤质量退化严重, 区域生态环境质量不断恶化, 生态服务功能下降(王克林, 2001 ; 曾馥平等, 2007 ).自20世纪80年代中期一系列环境保护措施实施后, 我国西南喀斯特地区人为干扰逐步减少, 植被得到缓慢恢复(宋同清等, 2010 ), 在地表凋落物、植物或者土壤的总体特征等方面已有很多研究, 但这些研究多以凋落物、植物、土壤中的任一个(宋同清等, 2010 )或某两者(俞月凤等, 2014 )为研究对象, 对“植物-凋落物-土壤”连续体C、N、P生态化学计量特征的差异及其内在关联的研究尚显不足, 本文选取桂西北喀斯特地区域3个原生林群落与3个自然恢复28年的次生林群落, 研究其植物、凋落物、土壤的C、N、P元素含量, 试图回答以下2个问题: 1)喀斯特森林“植物-凋落物-土壤” C、N、P生态化学计量学特征; 2)西南喀斯特脆弱区森林生态系统“植物-凋落物-土壤”连续体主要元素计量特征的内在关联; 探明喀斯特植被恢复重建背景下, 森林植物、凋落物和土壤C、N、P化学计量特征, 有助于我们更深入地认识喀斯特森林生态系统养分循环规律和系统稳定机制. ...
... ), 在地表凋落物、植物或者土壤的总体特征等方面已有很多研究, 但这些研究多以凋落物、植物、土壤中的任一个(宋同清等, 2010 )或某两者(俞月凤等, 2014 )为研究对象, 对“植物-凋落物-土壤”连续体C、N、P生态化学计量特征的差异及其内在关联的研究尚显不足, 本文选取桂西北喀斯特地区域3个原生林群落与3个自然恢复28年的次生林群落, 研究其植物、凋落物、土壤的C、N、P元素含量, 试图回答以下2个问题: 1)喀斯特森林“植物-凋落物-土壤” C、N、P生态化学计量学特征; 2)西南喀斯特脆弱区森林生态系统“植物-凋落物-土壤”连续体主要元素计量特征的内在关联; 探明喀斯特植被恢复重建背景下, 森林植物、凋落物和土壤C、N、P化学计量特征, 有助于我们更深入地认识喀斯特森林生态系统养分循环规律和系统稳定机制. ...
... 土壤养分组成是植物生长的非常重要的影响因子, 植物光合作用、矿质代谢等生态过程与土壤养分供应状况密切相关(宾振钧等, 2014 ).研究中6个典型喀斯特森林群落下0-10 cm土层的C、N、P含量平均值分别为92.0、6.4、1.5 mg·g-1 , 养分含量绝对值明显高于内蒙古草原相同土层深度(0-10 cm土层)的25.3、1.7、0.1 mg·g-1 (银晓瑞等, 2010 ), 俞月凤等(2014)于同区域其他群落研究得出0-20 cm土层的土壤C、N、P含量平均值为48.40、5.40、0.52 mg·g-1 , 高于黄土高原0-20 cm土层的3.0、0.3、0.3 mg·g-1 (杨雪等, 2011 ) (表3 ), 也明显高于湿地的18.8、2.1、0.8 mg·g-1 (0-15 cm土层) (王维奇等, 2011 ), 可见喀斯特地区森林土层虽薄, 但表层土壤有机质及N、P养分绝对含量高, 可能由于西南喀斯特地区湿热的气候条件利于土壤微生物和小型动物生长, 系统“自肥”能力强于其他区域(曾昭霞等, 2012 ).本研究6个群落表层10 cm土壤C、N、P平均含量明显高于俞月凤等(2014)于同研究区域所分析的0-20 cm土层养分含量, 凸显了喀斯特脆弱区浅薄表层土壤的保水保肥、抗侵蚀能力提升对退化生态系统植被恢复的重要性.俞月凤等(2014)对相同研究区域2种原生林与2种次生林的植物、土壤C、N、P生态化学计量特征进行了分析, 得出原生林植物C、P含量大于次生林, N含量低于次生林, 次生林植物N:P高于原生林但差异不显著, 原生林土壤N含量略低于次生林, 与本研究结果一致(图2 ), 研究同时得出原生林土壤P含量、C:P、N:P均为原生林显著高于次生林, C:N差异不显著, 然而本研究中原生林土壤C:N显著大于次生林, 而C:P、N:P均差异不显著, 表明区域内生境时空差异、植物种类、水热条件的供应不同导致植物、土壤的C:N:P计量特征均具有较大的分异特征(Han et al ., 2005 ).喀斯特峰丛洼地生境复杂、空间异质性高(宋同清等, 2010 ), 因此开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究十分必要. ...
喀斯特峰丛洼地不同类型森林群落的组成与生物多样性特征
3
2010
... 西南喀斯特地区是中国四大生态环境脆弱区之一, 桂西北喀斯特是其代表性区域, 独特的地质环境背景, 加上不合理的土地开发方式, 造成该区土壤侵蚀、土壤质量退化严重, 区域生态环境质量不断恶化, 生态服务功能下降(王克林, 2001 ; 曾馥平等, 2007 ).自20世纪80年代中期一系列环境保护措施实施后, 我国西南喀斯特地区人为干扰逐步减少, 植被得到缓慢恢复(宋同清等, 2010 ), 在地表凋落物、植物或者土壤的总体特征等方面已有很多研究, 但这些研究多以凋落物、植物、土壤中的任一个(宋同清等, 2010 )或某两者(俞月凤等, 2014 )为研究对象, 对“植物-凋落物-土壤”连续体C、N、P生态化学计量特征的差异及其内在关联的研究尚显不足, 本文选取桂西北喀斯特地区域3个原生林群落与3个自然恢复28年的次生林群落, 研究其植物、凋落物、土壤的C、N、P元素含量, 试图回答以下2个问题: 1)喀斯特森林“植物-凋落物-土壤” C、N、P生态化学计量学特征; 2)西南喀斯特脆弱区森林生态系统“植物-凋落物-土壤”连续体主要元素计量特征的内在关联; 探明喀斯特植被恢复重建背景下, 森林植物、凋落物和土壤C、N、P化学计量特征, 有助于我们更深入地认识喀斯特森林生态系统养分循环规律和系统稳定机制. ...
... ), 在地表凋落物、植物或者土壤的总体特征等方面已有很多研究, 但这些研究多以凋落物、植物、土壤中的任一个(宋同清等, 2010 )或某两者(俞月凤等, 2014 )为研究对象, 对“植物-凋落物-土壤”连续体C、N、P生态化学计量特征的差异及其内在关联的研究尚显不足, 本文选取桂西北喀斯特地区域3个原生林群落与3个自然恢复28年的次生林群落, 研究其植物、凋落物、土壤的C、N、P元素含量, 试图回答以下2个问题: 1)喀斯特森林“植物-凋落物-土壤” C、N、P生态化学计量学特征; 2)西南喀斯特脆弱区森林生态系统“植物-凋落物-土壤”连续体主要元素计量特征的内在关联; 探明喀斯特植被恢复重建背景下, 森林植物、凋落物和土壤C、N、P化学计量特征, 有助于我们更深入地认识喀斯特森林生态系统养分循环规律和系统稳定机制. ...
... 土壤养分组成是植物生长的非常重要的影响因子, 植物光合作用、矿质代谢等生态过程与土壤养分供应状况密切相关(宾振钧等, 2014 ).研究中6个典型喀斯特森林群落下0-10 cm土层的C、N、P含量平均值分别为92.0、6.4、1.5 mg·g-1 , 养分含量绝对值明显高于内蒙古草原相同土层深度(0-10 cm土层)的25.3、1.7、0.1 mg·g-1 (银晓瑞等, 2010 ), 俞月凤等(2014)于同区域其他群落研究得出0-20 cm土层的土壤C、N、P含量平均值为48.40、5.40、0.52 mg·g-1 , 高于黄土高原0-20 cm土层的3.0、0.3、0.3 mg·g-1 (杨雪等, 2011 ) (表3 ), 也明显高于湿地的18.8、2.1、0.8 mg·g-1 (0-15 cm土层) (王维奇等, 2011 ), 可见喀斯特地区森林土层虽薄, 但表层土壤有机质及N、P养分绝对含量高, 可能由于西南喀斯特地区湿热的气候条件利于土壤微生物和小型动物生长, 系统“自肥”能力强于其他区域(曾昭霞等, 2012 ).本研究6个群落表层10 cm土壤C、N、P平均含量明显高于俞月凤等(2014)于同研究区域所分析的0-20 cm土层养分含量, 凸显了喀斯特脆弱区浅薄表层土壤的保水保肥、抗侵蚀能力提升对退化生态系统植被恢复的重要性.俞月凤等(2014)对相同研究区域2种原生林与2种次生林的植物、土壤C、N、P生态化学计量特征进行了分析, 得出原生林植物C、P含量大于次生林, N含量低于次生林, 次生林植物N:P高于原生林但差异不显著, 原生林土壤N含量略低于次生林, 与本研究结果一致(图2 ), 研究同时得出原生林土壤P含量、C:P、N:P均为原生林显著高于次生林, C:N差异不显著, 然而本研究中原生林土壤C:N显著大于次生林, 而C:P、N:P均差异不显著, 表明区域内生境时空差异、植物种类、水热条件的供应不同导致植物、土壤的C:N:P计量特征均具有较大的分异特征(Han et al ., 2005 ).喀斯特峰丛洼地生境复杂、空间异质性高(宋同清等, 2010 ), 因此开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究十分必要. ...
2
... 生态化学计量学(ecological stoichiometry)是研究生物系统能量平衡和多重化学元素平衡的科学, 为研究碳(C)、氮(N)、磷(P)等元素在生态系统过程中的耦合关系提供了一种综合方法(Elser et al ., 2000a ; Sterner & Elser, 2002 ; 曾德慧和陈广生, 2005 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ).N和P是自然陆地生态系统的主要限制性元素, 在植物生长过程中的各种生理代谢活动中发挥着十分重要的作用, 相互独立而又相互影响(Han et al ., 2005 ), 并对植物叶片C固定产生影响.生态系统内部的C、N、P循环在植物、凋落物和土壤之间相互转换(王绍强和于贵瑞, 2008 ), 森林生态系统植物-凋落物-土壤生态化学计量特征研究具有十分重要的理论和现实意义. ...
... 植物在长期的进化过程中逐渐发育了较强的生理生化调节能力(可塑性)以适应环境因子的波动, 即植物能够主动地调整养分需求灵活地适应周围生长环境的变化(曾德慧和陈广生, 2005 ), 而由于植物体内光合和矿质代谢之间的内在联系(Sterner & Elser, 2002 ), 植物体的C与N、P含量随环境不断变化, 但相互之间具有明显的相关性.喀斯特脆弱区土层浅薄不连续, 水养涵养能力弱, 物质(有机质与养分)流失严重, 植物养分主要来源于凋落物的归还, C、N、P元素循环在“植物-凋落物-土壤”连续体之间是相互转换的, 其间C-N-P元素计量特征及相关性则可以反映森林生态系统养分循环速率及养分利用效率.本研究结果显示, 喀斯特地区植物N、P含量呈极显著正相关, 土壤N、P含量则呈显著负相关, 凋落物与土壤中N含量变异不大, P含量则在不同群落中呈现较大变异, 活体植物中N含量变异较大(图3 ), N:P在植物、凋落物、土壤中依次降低.植物从土壤中吸收N和P, 在叶片凋落之前又通过养分再吸收过程对N、P进行了重吸收, 因此凋落物C:N、C:P均高于植物的, 植物的大于土壤的.喀斯特地区土壤N、P含量绝对值相对偏高, 而植物的N、P养分再吸收率却偏低, 表明喀斯特地区植物主要通过吸收土壤养分而非进行养分的再吸收满足生长需求.可见喀斯特地区地表凋落物有机层与浅薄土壤层的保肥抗水土流失能力的提高对于喀斯特退化生态系统植被恢复尤其关键.因水热供应的气候、地理条件差异, 植物叶片的N、P含量和C:N:P计量特征存在大尺度上的变异规律, 且在不同生境、不同树种之间均呈现较大的分异特征(Reich & Oleksyn, 2004 ; Han et al ., 2005 ), 这也反映了植物对当地营养条件的适应.本研究中土壤的C:N与N:P呈显著负相关关系(p < 0.05), 凋落物的C:P与N:P呈极显著正相关关系(p < 0.001), 而植物中C:N或C:P与N:P则无显著相关关系(图4 ).因研究所选植物种类和研究区域范围有限, 十分有必要在喀斯特生态脆弱区开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究. ...
东灵山地区辽东栎叶养分的季节动态与回收效率
2001
东灵山地区辽东栎叶养分的季节动态与回收效率
2001
Resorption proficiency and efficiency of leaf nutrients in woody plants in eastern China.
2013
Use of nitrogen to phosphorus ratios in plant tissue as an indicator of nutrient limitation and nitrogen saturation.
2003
暖温带地区主要树种叶片凋落物分解过程中主要元素释放的比较
2001
暖温带地区主要树种叶片凋落物分解过程中主要元素释放的比较
2001
中国四种森林类型主要优势植物的C:N:P化学计量学特征
1
2011
... McGroddy等(2004)通过总结世界范围内森林生态系统的研究结果发现, 对全球森林生态系统来说, 树木叶片的C、N、P原子比率为1 212:28:1, 森林凋落物的C、N、P原子比率为3007:45:1, 凋落叶片的C与N、P比值大于新鲜叶片的C与N、P比值.本研究中6种植物的C、N、P原子比率为913:39:1, 低于全球平均水平, 低于王晶苑等(2011)所报道的亚热带人工林、亚热带常绿阔叶林及热带季雨林, 但高于温带针阔混交林.凋落物C、N、P原子比率为1163:32:1, 同样低于全球平均值(McGroddy et al ., 2004 )以及亚热带常绿阔叶林, 但与温带针阔混交林和热带季雨林的水平基本相同(王晶苑等, 2011 ). ...
中国四种森林类型主要优势植物的C:N:P化学计量学特征
1
2011
... McGroddy等(2004)通过总结世界范围内森林生态系统的研究结果发现, 对全球森林生态系统来说, 树木叶片的C、N、P原子比率为1 212:28:1, 森林凋落物的C、N、P原子比率为3007:45:1, 凋落叶片的C与N、P比值大于新鲜叶片的C与N、P比值.本研究中6种植物的C、N、P原子比率为913:39:1, 低于全球平均水平, 低于王晶苑等(2011)所报道的亚热带人工林、亚热带常绿阔叶林及热带季雨林, 但高于温带针阔混交林.凋落物C、N、P原子比率为1163:32:1, 同样低于全球平均值(McGroddy et al ., 2004 )以及亚热带常绿阔叶林, 但与温带针阔混交林和热带季雨林的水平基本相同(王晶苑等, 2011 ). ...
生态脆弱区域农业与环境协调发展策略
1
2001
... 西南喀斯特地区是中国四大生态环境脆弱区之一, 桂西北喀斯特是其代表性区域, 独特的地质环境背景, 加上不合理的土地开发方式, 造成该区土壤侵蚀、土壤质量退化严重, 区域生态环境质量不断恶化, 生态服务功能下降(王克林, 2001 ; 曾馥平等, 2007 ).自20世纪80年代中期一系列环境保护措施实施后, 我国西南喀斯特地区人为干扰逐步减少, 植被得到缓慢恢复(宋同清等, 2010 ), 在地表凋落物、植物或者土壤的总体特征等方面已有很多研究, 但这些研究多以凋落物、植物、土壤中的任一个(宋同清等, 2010 )或某两者(俞月凤等, 2014 )为研究对象, 对“植物-凋落物-土壤”连续体C、N、P生态化学计量特征的差异及其内在关联的研究尚显不足, 本文选取桂西北喀斯特地区域3个原生林群落与3个自然恢复28年的次生林群落, 研究其植物、凋落物、土壤的C、N、P元素含量, 试图回答以下2个问题: 1)喀斯特森林“植物-凋落物-土壤” C、N、P生态化学计量学特征; 2)西南喀斯特脆弱区森林生态系统“植物-凋落物-土壤”连续体主要元素计量特征的内在关联; 探明喀斯特植被恢复重建背景下, 森林植物、凋落物和土壤C、N、P化学计量特征, 有助于我们更深入地认识喀斯特森林生态系统养分循环规律和系统稳定机制. ...
生态脆弱区域农业与环境协调发展策略
1
2001
... 西南喀斯特地区是中国四大生态环境脆弱区之一, 桂西北喀斯特是其代表性区域, 独特的地质环境背景, 加上不合理的土地开发方式, 造成该区土壤侵蚀、土壤质量退化严重, 区域生态环境质量不断恶化, 生态服务功能下降(王克林, 2001 ; 曾馥平等, 2007 ).自20世纪80年代中期一系列环境保护措施实施后, 我国西南喀斯特地区人为干扰逐步减少, 植被得到缓慢恢复(宋同清等, 2010 ), 在地表凋落物、植物或者土壤的总体特征等方面已有很多研究, 但这些研究多以凋落物、植物、土壤中的任一个(宋同清等, 2010 )或某两者(俞月凤等, 2014 )为研究对象, 对“植物-凋落物-土壤”连续体C、N、P生态化学计量特征的差异及其内在关联的研究尚显不足, 本文选取桂西北喀斯特地区域3个原生林群落与3个自然恢复28年的次生林群落, 研究其植物、凋落物、土壤的C、N、P元素含量, 试图回答以下2个问题: 1)喀斯特森林“植物-凋落物-土壤” C、N、P生态化学计量学特征; 2)西南喀斯特脆弱区森林生态系统“植物-凋落物-土壤”连续体主要元素计量特征的内在关联; 探明喀斯特植被恢复重建背景下, 森林植物、凋落物和土壤C、N、P化学计量特征, 有助于我们更深入地认识喀斯特森林生态系统养分循环规律和系统稳定机制. ...
生态系统碳氮磷元素的生态化学计量学特征
1
2008
... 生态化学计量学(ecological stoichiometry)是研究生物系统能量平衡和多重化学元素平衡的科学, 为研究碳(C)、氮(N)、磷(P)等元素在生态系统过程中的耦合关系提供了一种综合方法(Elser et al ., 2000a ; Sterner & Elser, 2002 ; 曾德慧和陈广生, 2005 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ).N和P是自然陆地生态系统的主要限制性元素, 在植物生长过程中的各种生理代谢活动中发挥着十分重要的作用, 相互独立而又相互影响(Han et al ., 2005 ), 并对植物叶片C固定产生影响.生态系统内部的C、N、P循环在植物、凋落物和土壤之间相互转换(王绍强和于贵瑞, 2008 ), 森林生态系统植物-凋落物-土壤生态化学计量特征研究具有十分重要的理论和现实意义. ...
生态系统碳氮磷元素的生态化学计量学特征
1
2008
... 生态化学计量学(ecological stoichiometry)是研究生物系统能量平衡和多重化学元素平衡的科学, 为研究碳(C)、氮(N)、磷(P)等元素在生态系统过程中的耦合关系提供了一种综合方法(Elser et al ., 2000a ; Sterner & Elser, 2002 ; 曾德慧和陈广生, 2005 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ).N和P是自然陆地生态系统的主要限制性元素, 在植物生长过程中的各种生理代谢活动中发挥着十分重要的作用, 相互独立而又相互影响(Han et al ., 2005 ), 并对植物叶片C固定产生影响.生态系统内部的C、N、P循环在植物、凋落物和土壤之间相互转换(王绍强和于贵瑞, 2008 ), 森林生态系统植物-凋落物-土壤生态化学计量特征研究具有十分重要的理论和现实意义. ...
不同质地湿地土壤碳、氮、磷计量学及厌氧碳分解特征
1
2010
... 生态化学计量学应用的一个重要方面是可根据植物叶片的N:P判断环境对植物生长的养分供应的状况(曾德慧和陈广生, 2005 ), 陆地植物器官中相对恒定的N:P是植物在地球上生存的重要适应机制.N:P可很好地反映植物的生长速率(王维奇等, 2010 ), 低N:P表征植物较快的生长速率(Elser et al ., 2003 ).Koerselman和Meuleman (1996)在欧洲40个地点进行的湿地生态系统的施肥实验得出, N:P小于14表示生态系统是受N限制的, N:P大于16表示生态系统是受P限制的, N:P在14-16时, 生态系统同时受N和P的限制或者养分充足不受限制.Tessier和Raynal (2003)的研究同样指出湿地植物N:P临界值为14和16.Güsewell (2004)则认为N:P < 10时, 植被受N素的限制, N:P > 20时, 植被受P素的限制, 介于10-20之间时, 施肥效应和N:P之间没有明确的相关关系.张丽霞等(2004)在内蒙古羊草草原的施肥实验表明, N:P > 23时为P限制, 而N:P < 21时为N限制.然而, 由于研究区域、植物的生长阶段、植物的组织及植物种类存在差异, 这些因素均会影响N:P化学计量比值临界值的变化(Güsewell, 2004 ; 曾德慧和陈广生, 2005 ).He等(2008)对全国主要草原植被类型的C:N、N:P化学计量比进行了分析, 指出中国草地植物因普遍缺P导致其N:P高于全球其他地区草地生态系统.Han等(2005)对中国的753种高等陆地植物进行了大尺度的化学计量特征研究, 同样认为中国陆地植物生长普遍受到P素限制.本研究中, 桂西北典型喀斯特生态脆弱区6种植物的N:P平均值为18, 大于全国森林的平均值16 (Han et al ., 2005 ), 凋落物N:P平均值为14, 也大于全球木本植物的N:P平均值12 (Kang et al ., 2010 ), 表明喀斯特森林或许存在P素亏缺.而其中3种原生林植物的N:P在16-19之间, 3种次生林植物的N:P在17-19之间, 平均值均为17.4, 无明显差异(图2 ), 表明经过28年的自然恢复, 次生林对N、P养分的吸收与利用已达到相对稳定的状态, 原生林土壤N:P比低于次生林, 表明原生林土壤N匮乏可能性高于次生林, 次生林P匮乏度高于原生林, 如以N:P作为喀斯特森林N、P养分供应状况的判断指标, 其临界值尚需通过进一步的肥料梯度添加实验加以确定. ...
不同质地湿地土壤碳、氮、磷计量学及厌氧碳分解特征
1
2010
... 生态化学计量学应用的一个重要方面是可根据植物叶片的N:P判断环境对植物生长的养分供应的状况(曾德慧和陈广生, 2005 ), 陆地植物器官中相对恒定的N:P是植物在地球上生存的重要适应机制.N:P可很好地反映植物的生长速率(王维奇等, 2010 ), 低N:P表征植物较快的生长速率(Elser et al ., 2003 ).Koerselman和Meuleman (1996)在欧洲40个地点进行的湿地生态系统的施肥实验得出, N:P小于14表示生态系统是受N限制的, N:P大于16表示生态系统是受P限制的, N:P在14-16时, 生态系统同时受N和P的限制或者养分充足不受限制.Tessier和Raynal (2003)的研究同样指出湿地植物N:P临界值为14和16.Güsewell (2004)则认为N:P < 10时, 植被受N素的限制, N:P > 20时, 植被受P素的限制, 介于10-20之间时, 施肥效应和N:P之间没有明确的相关关系.张丽霞等(2004)在内蒙古羊草草原的施肥实验表明, N:P > 23时为P限制, 而N:P < 21时为N限制.然而, 由于研究区域、植物的生长阶段、植物的组织及植物种类存在差异, 这些因素均会影响N:P化学计量比值临界值的变化(Güsewell, 2004 ; 曾德慧和陈广生, 2005 ).He等(2008)对全国主要草原植被类型的C:N、N:P化学计量比进行了分析, 指出中国草地植物因普遍缺P导致其N:P高于全球其他地区草地生态系统.Han等(2005)对中国的753种高等陆地植物进行了大尺度的化学计量特征研究, 同样认为中国陆地植物生长普遍受到P素限制.本研究中, 桂西北典型喀斯特生态脆弱区6种植物的N:P平均值为18, 大于全国森林的平均值16 (Han et al ., 2005 ), 凋落物N:P平均值为14, 也大于全球木本植物的N:P平均值12 (Kang et al ., 2010 ), 表明喀斯特森林或许存在P素亏缺.而其中3种原生林植物的N:P在16-19之间, 3种次生林植物的N:P在17-19之间, 平均值均为17.4, 无明显差异(图2 ), 表明经过28年的自然恢复, 次生林对N、P养分的吸收与利用已达到相对稳定的状态, 原生林土壤N:P比低于次生林, 表明原生林土壤N匮乏可能性高于次生林, 次生林P匮乏度高于原生林, 如以N:P作为喀斯特森林N、P养分供应状况的判断指标, 其临界值尚需通过进一步的肥料梯度添加实验加以确定. ...
河口湿地植物活体-枯落物-土壤的碳氮磷生态化学计量特征
3
2011
... 凋落物是森林生态系统有机碳和养分的储藏库, 也是土壤与植物间物质交换的枢纽(杨玉盛等, 2004 ), 对森林生态系统的有机质贮存和养分循环等起着重要的作用, 是森林土壤肥力的自然来源之一(Melillo et al ., 1982 ).土壤有机质和养分的积累主要来自于各种形式凋落物的归还(郭剑芬等, 2006 ; 马文济等, 2014 ).植物通过光合作用固定C, 同时将部分C转移到土壤, 并以凋落物的形式将C和养分逐步补偿给土壤(王维奇等, 2011 ).土壤养分供应量、植物养分需求量、植物对其自身养分需求的自我调节以及凋落物分解过程中养分的返还量各自变化又相互影响(Agren & Bosatta, 1998 ), 致使“植物-凋落物-土壤”系统养分含量研究极具复杂性(王维奇等, 2011 ).作为研究生物系统能量和多种元素平衡的“生态化学计量学”为揭示C、N、P等元素在“植物-凋落物-土壤”生态过程中的计量关系和规律提供了一种有效的手段(Agren & Bosatta, 1998 ; Elser et al ., 2000a , 2000b , 2007 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ). ...
... ), 致使“植物-凋落物-土壤”系统养分含量研究极具复杂性(王维奇等, 2011 ).作为研究生物系统能量和多种元素平衡的“生态化学计量学”为揭示C、N、P等元素在“植物-凋落物-土壤”生态过程中的计量关系和规律提供了一种有效的手段(Agren & Bosatta, 1998 ; Elser et al ., 2000a , 2000b , 2007 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ). ...
... 土壤养分组成是植物生长的非常重要的影响因子, 植物光合作用、矿质代谢等生态过程与土壤养分供应状况密切相关(宾振钧等, 2014 ).研究中6个典型喀斯特森林群落下0-10 cm土层的C、N、P含量平均值分别为92.0、6.4、1.5 mg·g-1 , 养分含量绝对值明显高于内蒙古草原相同土层深度(0-10 cm土层)的25.3、1.7、0.1 mg·g-1 (银晓瑞等, 2010 ), 俞月凤等(2014)于同区域其他群落研究得出0-20 cm土层的土壤C、N、P含量平均值为48.40、5.40、0.52 mg·g-1 , 高于黄土高原0-20 cm土层的3.0、0.3、0.3 mg·g-1 (杨雪等, 2011 ) (表3 ), 也明显高于湿地的18.8、2.1、0.8 mg·g-1 (0-15 cm土层) (王维奇等, 2011 ), 可见喀斯特地区森林土层虽薄, 但表层土壤有机质及N、P养分绝对含量高, 可能由于西南喀斯特地区湿热的气候条件利于土壤微生物和小型动物生长, 系统“自肥”能力强于其他区域(曾昭霞等, 2012 ).本研究6个群落表层10 cm土壤C、N、P平均含量明显高于俞月凤等(2014)于同研究区域所分析的0-20 cm土层养分含量, 凸显了喀斯特脆弱区浅薄表层土壤的保水保肥、抗侵蚀能力提升对退化生态系统植被恢复的重要性.俞月凤等(2014)对相同研究区域2种原生林与2种次生林的植物、土壤C、N、P生态化学计量特征进行了分析, 得出原生林植物C、P含量大于次生林, N含量低于次生林, 次生林植物N:P高于原生林但差异不显著, 原生林土壤N含量略低于次生林, 与本研究结果一致(图2 ), 研究同时得出原生林土壤P含量、C:P、N:P均为原生林显著高于次生林, C:N差异不显著, 然而本研究中原生林土壤C:N显著大于次生林, 而C:P、N:P均差异不显著, 表明区域内生境时空差异、植物种类、水热条件的供应不同导致植物、土壤的C:N:P计量特征均具有较大的分异特征(Han et al ., 2005 ).喀斯特峰丛洼地生境复杂、空间异质性高(宋同清等, 2010 ), 因此开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究十分必要. ...
河口湿地植物活体-枯落物-土壤的碳氮磷生态化学计量特征
3
2011
... 凋落物是森林生态系统有机碳和养分的储藏库, 也是土壤与植物间物质交换的枢纽(杨玉盛等, 2004 ), 对森林生态系统的有机质贮存和养分循环等起着重要的作用, 是森林土壤肥力的自然来源之一(Melillo et al ., 1982 ).土壤有机质和养分的积累主要来自于各种形式凋落物的归还(郭剑芬等, 2006 ; 马文济等, 2014 ).植物通过光合作用固定C, 同时将部分C转移到土壤, 并以凋落物的形式将C和养分逐步补偿给土壤(王维奇等, 2011 ).土壤养分供应量、植物养分需求量、植物对其自身养分需求的自我调节以及凋落物分解过程中养分的返还量各自变化又相互影响(Agren & Bosatta, 1998 ), 致使“植物-凋落物-土壤”系统养分含量研究极具复杂性(王维奇等, 2011 ).作为研究生物系统能量和多种元素平衡的“生态化学计量学”为揭示C、N、P等元素在“植物-凋落物-土壤”生态过程中的计量关系和规律提供了一种有效的手段(Agren & Bosatta, 1998 ; Elser et al ., 2000a , 2000b , 2007 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ). ...
... ), 致使“植物-凋落物-土壤”系统养分含量研究极具复杂性(王维奇等, 2011 ).作为研究生物系统能量和多种元素平衡的“生态化学计量学”为揭示C、N、P等元素在“植物-凋落物-土壤”生态过程中的计量关系和规律提供了一种有效的手段(Agren & Bosatta, 1998 ; Elser et al ., 2000a , 2000b , 2007 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ). ...
... 土壤养分组成是植物生长的非常重要的影响因子, 植物光合作用、矿质代谢等生态过程与土壤养分供应状况密切相关(宾振钧等, 2014 ).研究中6个典型喀斯特森林群落下0-10 cm土层的C、N、P含量平均值分别为92.0、6.4、1.5 mg·g-1 , 养分含量绝对值明显高于内蒙古草原相同土层深度(0-10 cm土层)的25.3、1.7、0.1 mg·g-1 (银晓瑞等, 2010 ), 俞月凤等(2014)于同区域其他群落研究得出0-20 cm土层的土壤C、N、P含量平均值为48.40、5.40、0.52 mg·g-1 , 高于黄土高原0-20 cm土层的3.0、0.3、0.3 mg·g-1 (杨雪等, 2011 ) (表3 ), 也明显高于湿地的18.8、2.1、0.8 mg·g-1 (0-15 cm土层) (王维奇等, 2011 ), 可见喀斯特地区森林土层虽薄, 但表层土壤有机质及N、P养分绝对含量高, 可能由于西南喀斯特地区湿热的气候条件利于土壤微生物和小型动物生长, 系统“自肥”能力强于其他区域(曾昭霞等, 2012 ).本研究6个群落表层10 cm土壤C、N、P平均含量明显高于俞月凤等(2014)于同研究区域所分析的0-20 cm土层养分含量, 凸显了喀斯特脆弱区浅薄表层土壤的保水保肥、抗侵蚀能力提升对退化生态系统植被恢复的重要性.俞月凤等(2014)对相同研究区域2种原生林与2种次生林的植物、土壤C、N、P生态化学计量特征进行了分析, 得出原生林植物C、P含量大于次生林, N含量低于次生林, 次生林植物N:P高于原生林但差异不显著, 原生林土壤N含量略低于次生林, 与本研究结果一致(图2 ), 研究同时得出原生林土壤P含量、C:P、N:P均为原生林显著高于次生林, C:N差异不显著, 然而本研究中原生林土壤C:N显著大于次生林, 而C:P、N:P均差异不显著, 表明区域内生境时空差异、植物种类、水热条件的供应不同导致植物、土壤的C:N:P计量特征均具有较大的分异特征(Han et al ., 2005 ).喀斯特峰丛洼地生境复杂、空间异质性高(宋同清等, 2010 ), 因此开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究十分必要. ...
森林生态系统碳氮循环功能耦合研究综述
1
2006
... C是构成植物体干物质的最主要元素(项文化等, 2006 ), N和P是生物体蛋白质和遗传物质的基本组成元素, 对植物各种功能影响深刻(平川等, 2014 ), 植物结构性元素C和功能限制性元素N、P之间相互作用, 调节着植物的生长(Güsewell, 2004 ).通常C在大多数植物体内含量高且变异较小, 影响C与N、P比值的主要因素是N、P含量的变化(Reich & Oleksyn, 2004 ).本研究中, 6种典型喀斯特林地植物C含量平均值为427.5 mg·g-1 , 高于王维奇等(2011)所研究的湿地植物的茎、叶C含量的平均值(419.3 mg·g-1 ), 这可能是由于湿地植物的木质素含量较低所致; 但低于Elser等(2000a)的研究中全球492种陆生植物叶片C的平均含量(464 mg·g-1 ), 这可能是由不同植物元素含量的特定区间以及不同区域土壤元素的可利用性所决定, 也可能与本研究的采样时间处于生长阶段有关.研究区6种群落林地植物N含量平均值为21.2 mg·g-1 , 高于全球植物叶片的N平均含量20.09 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 ), 并且高于基于全国753种陆地植物研究得出的平均值18.6 mg·g-1 (Han et al ., 2005 ).有研究表明, 中国陆地植物叶片P含量与全球尺度相比偏低(任书杰等, 2007 ).本研究6种林地植物P含量平均值为1.2 mg·g-1 , 明显低于全球尺度研究的平均值1.77 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 )与1.99 mg·g-1 (Elser et al ., 2000a ), 但与我国753种陆地植物的研究结果 (1.21 mg·g-1 )相近(Han et al ., 2005)(表3 ).植物叶片营养元素含量与自身结构特点和生长节律有很大关系, 不同生长阶段具有较大变异(Baldwin et al. , 2006 ).研究样品采集时间为生长初期, 植物叶片输导组织、支持组织发育都不完善, 细胞大多具有分裂能力, 需要大量的蛋白质和核酸, 因此对N、P的选择性吸收较多, 与孙书存和陈灵芝(2001)研究结果呈现的规律一致. ...
森林生态系统碳氮循环功能耦合研究综述
1
2006
... C是构成植物体干物质的最主要元素(项文化等, 2006 ), N和P是生物体蛋白质和遗传物质的基本组成元素, 对植物各种功能影响深刻(平川等, 2014 ), 植物结构性元素C和功能限制性元素N、P之间相互作用, 调节着植物的生长(Güsewell, 2004 ).通常C在大多数植物体内含量高且变异较小, 影响C与N、P比值的主要因素是N、P含量的变化(Reich & Oleksyn, 2004 ).本研究中, 6种典型喀斯特林地植物C含量平均值为427.5 mg·g-1 , 高于王维奇等(2011)所研究的湿地植物的茎、叶C含量的平均值(419.3 mg·g-1 ), 这可能是由于湿地植物的木质素含量较低所致; 但低于Elser等(2000a)的研究中全球492种陆生植物叶片C的平均含量(464 mg·g-1 ), 这可能是由不同植物元素含量的特定区间以及不同区域土壤元素的可利用性所决定, 也可能与本研究的采样时间处于生长阶段有关.研究区6种群落林地植物N含量平均值为21.2 mg·g-1 , 高于全球植物叶片的N平均含量20.09 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 ), 并且高于基于全国753种陆地植物研究得出的平均值18.6 mg·g-1 (Han et al ., 2005 ).有研究表明, 中国陆地植物叶片P含量与全球尺度相比偏低(任书杰等, 2007 ).本研究6种林地植物P含量平均值为1.2 mg·g-1 , 明显低于全球尺度研究的平均值1.77 mg·g-1 (Reich & Oleksyn, 2004 )与1.99 mg·g-1 (Elser et al ., 2000a ), 但与我国753种陆地植物的研究结果 (1.21 mg·g-1 )相近(Han et al ., 2005)(表3 ).植物叶片营养元素含量与自身结构特点和生长节律有很大关系, 不同生长阶段具有较大变异(Baldwin et al. , 2006 ).研究样品采集时间为生长初期, 植物叶片输导组织、支持组织发育都不完善, 细胞大多具有分裂能力, 需要大量的蛋白质和核酸, 因此对N、P的选择性吸收较多, 与孙书存和陈灵芝(2001)研究结果呈现的规律一致. ...
植物养分利用效率研究综述
1
2000
... 植物体的C:N和C:P通常能反映植物N和P的利用效率, 一定程度上也反映了土壤中N和P的供应状况.土壤养分供应状况的改变可明显影响植物的光合作用和矿质代谢等过程, 植物在营养元素供应缺乏的情况下往往具有较高的养分利用效率, 反之, 营养元素供应充足, 元素利用效率则较低(邢雪荣等, 2000 ).本研究6种典型喀斯特林地群落植物C:N和C:P平均值分别是20.3和353.6, 王晶苑等(2011)研究发现长白山温带针阔混交林C:N和C:P分别为24.7和321, 而鼎湖山亚热带常绿阔叶林的C:N与C:P分别为25.5和561, 本研究中6种喀斯特植物C:N均低于温带针阔混交林与亚热带常绿阔叶林, C:P与长白山温带针阔混交林接近, 远低于鼎湖山亚热带常绿阔叶林, 但本研究中植物C:N和C:P均高于北京及周边地区植物(韩文轩等, 2009 )(表3 ), 可能因为北京及周边地区的植物位于森林草原过渡带, 植物具有更快的生长速率因而需要吸收更多的N和P.光合作用中C的同化与植物营养元素的吸收属不同途径, 通常C不是植物生长的限制元素, C在大多数植物体内含量很高且变异较小, 因而, 影响C:N和C:P的主要因素是N和P含量的变化(Hedin, 2004 ).不同立地条件的N、P供给状况通过影响植物的养分吸收而影响其C的固定及储存(阎恩荣等, 2010 ), 并进一步影响凋落物的C:N:P化学计量特征(Aerts & Chapin, 1999 ). ...
植物养分利用效率研究综述
1
2000
... 植物体的C:N和C:P通常能反映植物N和P的利用效率, 一定程度上也反映了土壤中N和P的供应状况.土壤养分供应状况的改变可明显影响植物的光合作用和矿质代谢等过程, 植物在营养元素供应缺乏的情况下往往具有较高的养分利用效率, 反之, 营养元素供应充足, 元素利用效率则较低(邢雪荣等, 2000 ).本研究6种典型喀斯特林地群落植物C:N和C:P平均值分别是20.3和353.6, 王晶苑等(2011)研究发现长白山温带针阔混交林C:N和C:P分别为24.7和321, 而鼎湖山亚热带常绿阔叶林的C:N与C:P分别为25.5和561, 本研究中6种喀斯特植物C:N均低于温带针阔混交林与亚热带常绿阔叶林, C:P与长白山温带针阔混交林接近, 远低于鼎湖山亚热带常绿阔叶林, 但本研究中植物C:N和C:P均高于北京及周边地区植物(韩文轩等, 2009 )(表3 ), 可能因为北京及周边地区的植物位于森林草原过渡带, 植物具有更快的生长速率因而需要吸收更多的N和P.光合作用中C的同化与植物营养元素的吸收属不同途径, 通常C不是植物生长的限制元素, C在大多数植物体内含量很高且变异较小, 因而, 影响C:N和C:P的主要因素是N和P含量的变化(Hedin, 2004 ).不同立地条件的N、P供给状况通过影响植物的养分吸收而影响其C的固定及储存(阎恩荣等, 2010 ), 并进一步影响凋落物的C:N:P化学计量特征(Aerts & Chapin, 1999 ). ...
浙江天童常绿阔叶林、常绿针叶林与落叶阔叶林的C:N:P化学计量特征
1
2010
... 植物体的C:N和C:P通常能反映植物N和P的利用效率, 一定程度上也反映了土壤中N和P的供应状况.土壤养分供应状况的改变可明显影响植物的光合作用和矿质代谢等过程, 植物在营养元素供应缺乏的情况下往往具有较高的养分利用效率, 反之, 营养元素供应充足, 元素利用效率则较低(邢雪荣等, 2000 ).本研究6种典型喀斯特林地群落植物C:N和C:P平均值分别是20.3和353.6, 王晶苑等(2011)研究发现长白山温带针阔混交林C:N和C:P分别为24.7和321, 而鼎湖山亚热带常绿阔叶林的C:N与C:P分别为25.5和561, 本研究中6种喀斯特植物C:N均低于温带针阔混交林与亚热带常绿阔叶林, C:P与长白山温带针阔混交林接近, 远低于鼎湖山亚热带常绿阔叶林, 但本研究中植物C:N和C:P均高于北京及周边地区植物(韩文轩等, 2009 )(表3 ), 可能因为北京及周边地区的植物位于森林草原过渡带, 植物具有更快的生长速率因而需要吸收更多的N和P.光合作用中C的同化与植物营养元素的吸收属不同途径, 通常C不是植物生长的限制元素, C在大多数植物体内含量很高且变异较小, 因而, 影响C:N和C:P的主要因素是N和P含量的变化(Hedin, 2004 ).不同立地条件的N、P供给状况通过影响植物的养分吸收而影响其C的固定及储存(阎恩荣等, 2010 ), 并进一步影响凋落物的C:N:P化学计量特征(Aerts & Chapin, 1999 ). ...
浙江天童常绿阔叶林、常绿针叶林与落叶阔叶林的C:N:P化学计量特征
1
2010
... 植物体的C:N和C:P通常能反映植物N和P的利用效率, 一定程度上也反映了土壤中N和P的供应状况.土壤养分供应状况的改变可明显影响植物的光合作用和矿质代谢等过程, 植物在营养元素供应缺乏的情况下往往具有较高的养分利用效率, 反之, 营养元素供应充足, 元素利用效率则较低(邢雪荣等, 2000 ).本研究6种典型喀斯特林地群落植物C:N和C:P平均值分别是20.3和353.6, 王晶苑等(2011)研究发现长白山温带针阔混交林C:N和C:P分别为24.7和321, 而鼎湖山亚热带常绿阔叶林的C:N与C:P分别为25.5和561, 本研究中6种喀斯特植物C:N均低于温带针阔混交林与亚热带常绿阔叶林, C:P与长白山温带针阔混交林接近, 远低于鼎湖山亚热带常绿阔叶林, 但本研究中植物C:N和C:P均高于北京及周边地区植物(韩文轩等, 2009 )(表3 ), 可能因为北京及周边地区的植物位于森林草原过渡带, 植物具有更快的生长速率因而需要吸收更多的N和P.光合作用中C的同化与植物营养元素的吸收属不同途径, 通常C不是植物生长的限制元素, C在大多数植物体内含量很高且变异较小, 因而, 影响C:N和C:P的主要因素是N和P含量的变化(Hedin, 2004 ).不同立地条件的N、P供给状况通过影响植物的养分吸收而影响其C的固定及储存(阎恩荣等, 2010 ), 并进一步影响凋落物的C:N:P化学计量特征(Aerts & Chapin, 1999 ). ...
两种白刺叶片及沙堆土壤化学计量学特征的比较
1
2011
... 土壤养分组成是植物生长的非常重要的影响因子, 植物光合作用、矿质代谢等生态过程与土壤养分供应状况密切相关(宾振钧等, 2014 ).研究中6个典型喀斯特森林群落下0-10 cm土层的C、N、P含量平均值分别为92.0、6.4、1.5 mg·g-1 , 养分含量绝对值明显高于内蒙古草原相同土层深度(0-10 cm土层)的25.3、1.7、0.1 mg·g-1 (银晓瑞等, 2010 ), 俞月凤等(2014)于同区域其他群落研究得出0-20 cm土层的土壤C、N、P含量平均值为48.40、5.40、0.52 mg·g-1 , 高于黄土高原0-20 cm土层的3.0、0.3、0.3 mg·g-1 (杨雪等, 2011 ) (表3 ), 也明显高于湿地的18.8、2.1、0.8 mg·g-1 (0-15 cm土层) (王维奇等, 2011 ), 可见喀斯特地区森林土层虽薄, 但表层土壤有机质及N、P养分绝对含量高, 可能由于西南喀斯特地区湿热的气候条件利于土壤微生物和小型动物生长, 系统“自肥”能力强于其他区域(曾昭霞等, 2012 ).本研究6个群落表层10 cm土壤C、N、P平均含量明显高于俞月凤等(2014)于同研究区域所分析的0-20 cm土层养分含量, 凸显了喀斯特脆弱区浅薄表层土壤的保水保肥、抗侵蚀能力提升对退化生态系统植被恢复的重要性.俞月凤等(2014)对相同研究区域2种原生林与2种次生林的植物、土壤C、N、P生态化学计量特征进行了分析, 得出原生林植物C、P含量大于次生林, N含量低于次生林, 次生林植物N:P高于原生林但差异不显著, 原生林土壤N含量略低于次生林, 与本研究结果一致(图2 ), 研究同时得出原生林土壤P含量、C:P、N:P均为原生林显著高于次生林, C:N差异不显著, 然而本研究中原生林土壤C:N显著大于次生林, 而C:P、N:P均差异不显著, 表明区域内生境时空差异、植物种类、水热条件的供应不同导致植物、土壤的C:N:P计量特征均具有较大的分异特征(Han et al ., 2005 ).喀斯特峰丛洼地生境复杂、空间异质性高(宋同清等, 2010 ), 因此开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究十分必要. ...
两种白刺叶片及沙堆土壤化学计量学特征的比较
1
2011
... 土壤养分组成是植物生长的非常重要的影响因子, 植物光合作用、矿质代谢等生态过程与土壤养分供应状况密切相关(宾振钧等, 2014 ).研究中6个典型喀斯特森林群落下0-10 cm土层的C、N、P含量平均值分别为92.0、6.4、1.5 mg·g-1 , 养分含量绝对值明显高于内蒙古草原相同土层深度(0-10 cm土层)的25.3、1.7、0.1 mg·g-1 (银晓瑞等, 2010 ), 俞月凤等(2014)于同区域其他群落研究得出0-20 cm土层的土壤C、N、P含量平均值为48.40、5.40、0.52 mg·g-1 , 高于黄土高原0-20 cm土层的3.0、0.3、0.3 mg·g-1 (杨雪等, 2011 ) (表3 ), 也明显高于湿地的18.8、2.1、0.8 mg·g-1 (0-15 cm土层) (王维奇等, 2011 ), 可见喀斯特地区森林土层虽薄, 但表层土壤有机质及N、P养分绝对含量高, 可能由于西南喀斯特地区湿热的气候条件利于土壤微生物和小型动物生长, 系统“自肥”能力强于其他区域(曾昭霞等, 2012 ).本研究6个群落表层10 cm土壤C、N、P平均含量明显高于俞月凤等(2014)于同研究区域所分析的0-20 cm土层养分含量, 凸显了喀斯特脆弱区浅薄表层土壤的保水保肥、抗侵蚀能力提升对退化生态系统植被恢复的重要性.俞月凤等(2014)对相同研究区域2种原生林与2种次生林的植物、土壤C、N、P生态化学计量特征进行了分析, 得出原生林植物C、P含量大于次生林, N含量低于次生林, 次生林植物N:P高于原生林但差异不显著, 原生林土壤N含量略低于次生林, 与本研究结果一致(图2 ), 研究同时得出原生林土壤P含量、C:P、N:P均为原生林显著高于次生林, C:N差异不显著, 然而本研究中原生林土壤C:N显著大于次生林, 而C:P、N:P均差异不显著, 表明区域内生境时空差异、植物种类、水热条件的供应不同导致植物、土壤的C:N:P计量特征均具有较大的分异特征(Han et al ., 2005 ).喀斯特峰丛洼地生境复杂、空间异质性高(宋同清等, 2010 ), 因此开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究十分必要. ...
格氏栲天然林与人工林枯枝落叶层碳库及养分库
1
2004
... 凋落物是森林生态系统有机碳和养分的储藏库, 也是土壤与植物间物质交换的枢纽(杨玉盛等, 2004 ), 对森林生态系统的有机质贮存和养分循环等起着重要的作用, 是森林土壤肥力的自然来源之一(Melillo et al ., 1982 ).土壤有机质和养分的积累主要来自于各种形式凋落物的归还(郭剑芬等, 2006 ; 马文济等, 2014 ).植物通过光合作用固定C, 同时将部分C转移到土壤, 并以凋落物的形式将C和养分逐步补偿给土壤(王维奇等, 2011 ).土壤养分供应量、植物养分需求量、植物对其自身养分需求的自我调节以及凋落物分解过程中养分的返还量各自变化又相互影响(Agren & Bosatta, 1998 ), 致使“植物-凋落物-土壤”系统养分含量研究极具复杂性(王维奇等, 2011 ).作为研究生物系统能量和多种元素平衡的“生态化学计量学”为揭示C、N、P等元素在“植物-凋落物-土壤”生态过程中的计量关系和规律提供了一种有效的手段(Agren & Bosatta, 1998 ; Elser et al ., 2000a , 2000b , 2007 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ). ...
格氏栲天然林与人工林枯枝落叶层碳库及养分库
1
2004
... 凋落物是森林生态系统有机碳和养分的储藏库, 也是土壤与植物间物质交换的枢纽(杨玉盛等, 2004 ), 对森林生态系统的有机质贮存和养分循环等起着重要的作用, 是森林土壤肥力的自然来源之一(Melillo et al ., 1982 ).土壤有机质和养分的积累主要来自于各种形式凋落物的归还(郭剑芬等, 2006 ; 马文济等, 2014 ).植物通过光合作用固定C, 同时将部分C转移到土壤, 并以凋落物的形式将C和养分逐步补偿给土壤(王维奇等, 2011 ).土壤养分供应量、植物养分需求量、植物对其自身养分需求的自我调节以及凋落物分解过程中养分的返还量各自变化又相互影响(Agren & Bosatta, 1998 ), 致使“植物-凋落物-土壤”系统养分含量研究极具复杂性(王维奇等, 2011 ).作为研究生物系统能量和多种元素平衡的“生态化学计量学”为揭示C、N、P等元素在“植物-凋落物-土壤”生态过程中的计量关系和规律提供了一种有效的手段(Agren & Bosatta, 1998 ; Elser et al ., 2000a , 2000b , 2007 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ). ...
内蒙古典型草原不同恢复演替阶段植物养分化学计量学
1
2010
... 土壤养分组成是植物生长的非常重要的影响因子, 植物光合作用、矿质代谢等生态过程与土壤养分供应状况密切相关(宾振钧等, 2014 ).研究中6个典型喀斯特森林群落下0-10 cm土层的C、N、P含量平均值分别为92.0、6.4、1.5 mg·g-1 , 养分含量绝对值明显高于内蒙古草原相同土层深度(0-10 cm土层)的25.3、1.7、0.1 mg·g-1 (银晓瑞等, 2010 ), 俞月凤等(2014)于同区域其他群落研究得出0-20 cm土层的土壤C、N、P含量平均值为48.40、5.40、0.52 mg·g-1 , 高于黄土高原0-20 cm土层的3.0、0.3、0.3 mg·g-1 (杨雪等, 2011 ) (表3 ), 也明显高于湿地的18.8、2.1、0.8 mg·g-1 (0-15 cm土层) (王维奇等, 2011 ), 可见喀斯特地区森林土层虽薄, 但表层土壤有机质及N、P养分绝对含量高, 可能由于西南喀斯特地区湿热的气候条件利于土壤微生物和小型动物生长, 系统“自肥”能力强于其他区域(曾昭霞等, 2012 ).本研究6个群落表层10 cm土壤C、N、P平均含量明显高于俞月凤等(2014)于同研究区域所分析的0-20 cm土层养分含量, 凸显了喀斯特脆弱区浅薄表层土壤的保水保肥、抗侵蚀能力提升对退化生态系统植被恢复的重要性.俞月凤等(2014)对相同研究区域2种原生林与2种次生林的植物、土壤C、N、P生态化学计量特征进行了分析, 得出原生林植物C、P含量大于次生林, N含量低于次生林, 次生林植物N:P高于原生林但差异不显著, 原生林土壤N含量略低于次生林, 与本研究结果一致(图2 ), 研究同时得出原生林土壤P含量、C:P、N:P均为原生林显著高于次生林, C:N差异不显著, 然而本研究中原生林土壤C:N显著大于次生林, 而C:P、N:P均差异不显著, 表明区域内生境时空差异、植物种类、水热条件的供应不同导致植物、土壤的C:N:P计量特征均具有较大的分异特征(Han et al ., 2005 ).喀斯特峰丛洼地生境复杂、空间异质性高(宋同清等, 2010 ), 因此开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究十分必要. ...
内蒙古典型草原不同恢复演替阶段植物养分化学计量学
1
2010
... 土壤养分组成是植物生长的非常重要的影响因子, 植物光合作用、矿质代谢等生态过程与土壤养分供应状况密切相关(宾振钧等, 2014 ).研究中6个典型喀斯特森林群落下0-10 cm土层的C、N、P含量平均值分别为92.0、6.4、1.5 mg·g-1 , 养分含量绝对值明显高于内蒙古草原相同土层深度(0-10 cm土层)的25.3、1.7、0.1 mg·g-1 (银晓瑞等, 2010 ), 俞月凤等(2014)于同区域其他群落研究得出0-20 cm土层的土壤C、N、P含量平均值为48.40、5.40、0.52 mg·g-1 , 高于黄土高原0-20 cm土层的3.0、0.3、0.3 mg·g-1 (杨雪等, 2011 ) (表3 ), 也明显高于湿地的18.8、2.1、0.8 mg·g-1 (0-15 cm土层) (王维奇等, 2011 ), 可见喀斯特地区森林土层虽薄, 但表层土壤有机质及N、P养分绝对含量高, 可能由于西南喀斯特地区湿热的气候条件利于土壤微生物和小型动物生长, 系统“自肥”能力强于其他区域(曾昭霞等, 2012 ).本研究6个群落表层10 cm土壤C、N、P平均含量明显高于俞月凤等(2014)于同研究区域所分析的0-20 cm土层养分含量, 凸显了喀斯特脆弱区浅薄表层土壤的保水保肥、抗侵蚀能力提升对退化生态系统植被恢复的重要性.俞月凤等(2014)对相同研究区域2种原生林与2种次生林的植物、土壤C、N、P生态化学计量特征进行了分析, 得出原生林植物C、P含量大于次生林, N含量低于次生林, 次生林植物N:P高于原生林但差异不显著, 原生林土壤N含量略低于次生林, 与本研究结果一致(图2 ), 研究同时得出原生林土壤P含量、C:P、N:P均为原生林显著高于次生林, C:N差异不显著, 然而本研究中原生林土壤C:N显著大于次生林, 而C:P、N:P均差异不显著, 表明区域内生境时空差异、植物种类、水热条件的供应不同导致植物、土壤的C:N:P计量特征均具有较大的分异特征(Han et al ., 2005 ).喀斯特峰丛洼地生境复杂、空间异质性高(宋同清等, 2010 ), 因此开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究十分必要. ...
喀斯特峰丛洼地不同森林类型植物和土壤C、N、P化学计量特征
1
2014
... 西南喀斯特地区是中国四大生态环境脆弱区之一, 桂西北喀斯特是其代表性区域, 独特的地质环境背景, 加上不合理的土地开发方式, 造成该区土壤侵蚀、土壤质量退化严重, 区域生态环境质量不断恶化, 生态服务功能下降(王克林, 2001 ; 曾馥平等, 2007 ).自20世纪80年代中期一系列环境保护措施实施后, 我国西南喀斯特地区人为干扰逐步减少, 植被得到缓慢恢复(宋同清等, 2010 ), 在地表凋落物、植物或者土壤的总体特征等方面已有很多研究, 但这些研究多以凋落物、植物、土壤中的任一个(宋同清等, 2010 )或某两者(俞月凤等, 2014 )为研究对象, 对“植物-凋落物-土壤”连续体C、N、P生态化学计量特征的差异及其内在关联的研究尚显不足, 本文选取桂西北喀斯特地区域3个原生林群落与3个自然恢复28年的次生林群落, 研究其植物、凋落物、土壤的C、N、P元素含量, 试图回答以下2个问题: 1)喀斯特森林“植物-凋落物-土壤” C、N、P生态化学计量学特征; 2)西南喀斯特脆弱区森林生态系统“植物-凋落物-土壤”连续体主要元素计量特征的内在关联; 探明喀斯特植被恢复重建背景下, 森林植物、凋落物和土壤C、N、P化学计量特征, 有助于我们更深入地认识喀斯特森林生态系统养分循环规律和系统稳定机制. ...
喀斯特峰丛洼地不同森林类型植物和土壤C、N、P化学计量特征
1
2014
... 西南喀斯特地区是中国四大生态环境脆弱区之一, 桂西北喀斯特是其代表性区域, 独特的地质环境背景, 加上不合理的土地开发方式, 造成该区土壤侵蚀、土壤质量退化严重, 区域生态环境质量不断恶化, 生态服务功能下降(王克林, 2001 ; 曾馥平等, 2007 ).自20世纪80年代中期一系列环境保护措施实施后, 我国西南喀斯特地区人为干扰逐步减少, 植被得到缓慢恢复(宋同清等, 2010 ), 在地表凋落物、植物或者土壤的总体特征等方面已有很多研究, 但这些研究多以凋落物、植物、土壤中的任一个(宋同清等, 2010 )或某两者(俞月凤等, 2014 )为研究对象, 对“植物-凋落物-土壤”连续体C、N、P生态化学计量特征的差异及其内在关联的研究尚显不足, 本文选取桂西北喀斯特地区域3个原生林群落与3个自然恢复28年的次生林群落, 研究其植物、凋落物、土壤的C、N、P元素含量, 试图回答以下2个问题: 1)喀斯特森林“植物-凋落物-土壤” C、N、P生态化学计量学特征; 2)西南喀斯特脆弱区森林生态系统“植物-凋落物-土壤”连续体主要元素计量特征的内在关联; 探明喀斯特植被恢复重建背景下, 森林植物、凋落物和土壤C、N、P化学计量特征, 有助于我们更深入地认识喀斯特森林生态系统养分循环规律和系统稳定机制. ...
生态化学计量学: 复杂生命系统奥秘的探索
4
2005
... 生态化学计量学(ecological stoichiometry)是研究生物系统能量平衡和多重化学元素平衡的科学, 为研究碳(C)、氮(N)、磷(P)等元素在生态系统过程中的耦合关系提供了一种综合方法(Elser et al ., 2000a ; Sterner & Elser, 2002 ; 曾德慧和陈广生, 2005 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ).N和P是自然陆地生态系统的主要限制性元素, 在植物生长过程中的各种生理代谢活动中发挥着十分重要的作用, 相互独立而又相互影响(Han et al ., 2005 ), 并对植物叶片C固定产生影响.生态系统内部的C、N、P循环在植物、凋落物和土壤之间相互转换(王绍强和于贵瑞, 2008 ), 森林生态系统植物-凋落物-土壤生态化学计量特征研究具有十分重要的理论和现实意义. ...
... 生态化学计量学应用的一个重要方面是可根据植物叶片的N:P判断环境对植物生长的养分供应的状况(曾德慧和陈广生, 2005 ), 陆地植物器官中相对恒定的N:P是植物在地球上生存的重要适应机制.N:P可很好地反映植物的生长速率(王维奇等, 2010 ), 低N:P表征植物较快的生长速率(Elser et al ., 2003 ).Koerselman和Meuleman (1996)在欧洲40个地点进行的湿地生态系统的施肥实验得出, N:P小于14表示生态系统是受N限制的, N:P大于16表示生态系统是受P限制的, N:P在14-16时, 生态系统同时受N和P的限制或者养分充足不受限制.Tessier和Raynal (2003)的研究同样指出湿地植物N:P临界值为14和16.Güsewell (2004)则认为N:P < 10时, 植被受N素的限制, N:P > 20时, 植被受P素的限制, 介于10-20之间时, 施肥效应和N:P之间没有明确的相关关系.张丽霞等(2004)在内蒙古羊草草原的施肥实验表明, N:P > 23时为P限制, 而N:P < 21时为N限制.然而, 由于研究区域、植物的生长阶段、植物的组织及植物种类存在差异, 这些因素均会影响N:P化学计量比值临界值的变化(Güsewell, 2004 ; 曾德慧和陈广生, 2005 ).He等(2008)对全国主要草原植被类型的C:N、N:P化学计量比进行了分析, 指出中国草地植物因普遍缺P导致其N:P高于全球其他地区草地生态系统.Han等(2005)对中国的753种高等陆地植物进行了大尺度的化学计量特征研究, 同样认为中国陆地植物生长普遍受到P素限制.本研究中, 桂西北典型喀斯特生态脆弱区6种植物的N:P平均值为18, 大于全国森林的平均值16 (Han et al ., 2005 ), 凋落物N:P平均值为14, 也大于全球木本植物的N:P平均值12 (Kang et al ., 2010 ), 表明喀斯特森林或许存在P素亏缺.而其中3种原生林植物的N:P在16-19之间, 3种次生林植物的N:P在17-19之间, 平均值均为17.4, 无明显差异(图2 ), 表明经过28年的自然恢复, 次生林对N、P养分的吸收与利用已达到相对稳定的状态, 原生林土壤N:P比低于次生林, 表明原生林土壤N匮乏可能性高于次生林, 次生林P匮乏度高于原生林, 如以N:P作为喀斯特森林N、P养分供应状况的判断指标, 其临界值尚需通过进一步的肥料梯度添加实验加以确定. ...
... ; 曾德慧和陈广生, 2005 ).He等(2008)对全国主要草原植被类型的C:N、N:P化学计量比进行了分析, 指出中国草地植物因普遍缺P导致其N:P高于全球其他地区草地生态系统.Han等(2005)对中国的753种高等陆地植物进行了大尺度的化学计量特征研究, 同样认为中国陆地植物生长普遍受到P素限制.本研究中, 桂西北典型喀斯特生态脆弱区6种植物的N:P平均值为18, 大于全国森林的平均值16 (Han et al ., 2005 ), 凋落物N:P平均值为14, 也大于全球木本植物的N:P平均值12 (Kang et al ., 2010 ), 表明喀斯特森林或许存在P素亏缺.而其中3种原生林植物的N:P在16-19之间, 3种次生林植物的N:P在17-19之间, 平均值均为17.4, 无明显差异(图2 ), 表明经过28年的自然恢复, 次生林对N、P养分的吸收与利用已达到相对稳定的状态, 原生林土壤N:P比低于次生林, 表明原生林土壤N匮乏可能性高于次生林, 次生林P匮乏度高于原生林, 如以N:P作为喀斯特森林N、P养分供应状况的判断指标, 其临界值尚需通过进一步的肥料梯度添加实验加以确定. ...
... 植物在长期的进化过程中逐渐发育了较强的生理生化调节能力(可塑性)以适应环境因子的波动, 即植物能够主动地调整养分需求灵活地适应周围生长环境的变化(曾德慧和陈广生, 2005 ), 而由于植物体内光合和矿质代谢之间的内在联系(Sterner & Elser, 2002 ), 植物体的C与N、P含量随环境不断变化, 但相互之间具有明显的相关性.喀斯特脆弱区土层浅薄不连续, 水养涵养能力弱, 物质(有机质与养分)流失严重, 植物养分主要来源于凋落物的归还, C、N、P元素循环在“植物-凋落物-土壤”连续体之间是相互转换的, 其间C-N-P元素计量特征及相关性则可以反映森林生态系统养分循环速率及养分利用效率.本研究结果显示, 喀斯特地区植物N、P含量呈极显著正相关, 土壤N、P含量则呈显著负相关, 凋落物与土壤中N含量变异不大, P含量则在不同群落中呈现较大变异, 活体植物中N含量变异较大(图3 ), N:P在植物、凋落物、土壤中依次降低.植物从土壤中吸收N和P, 在叶片凋落之前又通过养分再吸收过程对N、P进行了重吸收, 因此凋落物C:N、C:P均高于植物的, 植物的大于土壤的.喀斯特地区土壤N、P含量绝对值相对偏高, 而植物的N、P养分再吸收率却偏低, 表明喀斯特地区植物主要通过吸收土壤养分而非进行养分的再吸收满足生长需求.可见喀斯特地区地表凋落物有机层与浅薄土壤层的保肥抗水土流失能力的提高对于喀斯特退化生态系统植被恢复尤其关键.因水热供应的气候、地理条件差异, 植物叶片的N、P含量和C:N:P计量特征存在大尺度上的变异规律, 且在不同生境、不同树种之间均呈现较大的分异特征(Reich & Oleksyn, 2004 ; Han et al ., 2005 ), 这也反映了植物对当地营养条件的适应.本研究中土壤的C:N与N:P呈显著负相关关系(p < 0.05), 凋落物的C:P与N:P呈极显著正相关关系(p < 0.001), 而植物中C:N或C:P与N:P则无显著相关关系(图4 ).因研究所选植物种类和研究区域范围有限, 十分有必要在喀斯特生态脆弱区开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究. ...
生态化学计量学: 复杂生命系统奥秘的探索
4
2005
... 生态化学计量学(ecological stoichiometry)是研究生物系统能量平衡和多重化学元素平衡的科学, 为研究碳(C)、氮(N)、磷(P)等元素在生态系统过程中的耦合关系提供了一种综合方法(Elser et al ., 2000a ; Sterner & Elser, 2002 ; 曾德慧和陈广生, 2005 ; 贺金生和韩兴国, 2010 ).N和P是自然陆地生态系统的主要限制性元素, 在植物生长过程中的各种生理代谢活动中发挥着十分重要的作用, 相互独立而又相互影响(Han et al ., 2005 ), 并对植物叶片C固定产生影响.生态系统内部的C、N、P循环在植物、凋落物和土壤之间相互转换(王绍强和于贵瑞, 2008 ), 森林生态系统植物-凋落物-土壤生态化学计量特征研究具有十分重要的理论和现实意义. ...
... 生态化学计量学应用的一个重要方面是可根据植物叶片的N:P判断环境对植物生长的养分供应的状况(曾德慧和陈广生, 2005 ), 陆地植物器官中相对恒定的N:P是植物在地球上生存的重要适应机制.N:P可很好地反映植物的生长速率(王维奇等, 2010 ), 低N:P表征植物较快的生长速率(Elser et al ., 2003 ).Koerselman和Meuleman (1996)在欧洲40个地点进行的湿地生态系统的施肥实验得出, N:P小于14表示生态系统是受N限制的, N:P大于16表示生态系统是受P限制的, N:P在14-16时, 生态系统同时受N和P的限制或者养分充足不受限制.Tessier和Raynal (2003)的研究同样指出湿地植物N:P临界值为14和16.Güsewell (2004)则认为N:P < 10时, 植被受N素的限制, N:P > 20时, 植被受P素的限制, 介于10-20之间时, 施肥效应和N:P之间没有明确的相关关系.张丽霞等(2004)在内蒙古羊草草原的施肥实验表明, N:P > 23时为P限制, 而N:P < 21时为N限制.然而, 由于研究区域、植物的生长阶段、植物的组织及植物种类存在差异, 这些因素均会影响N:P化学计量比值临界值的变化(Güsewell, 2004 ; 曾德慧和陈广生, 2005 ).He等(2008)对全国主要草原植被类型的C:N、N:P化学计量比进行了分析, 指出中国草地植物因普遍缺P导致其N:P高于全球其他地区草地生态系统.Han等(2005)对中国的753种高等陆地植物进行了大尺度的化学计量特征研究, 同样认为中国陆地植物生长普遍受到P素限制.本研究中, 桂西北典型喀斯特生态脆弱区6种植物的N:P平均值为18, 大于全国森林的平均值16 (Han et al ., 2005 ), 凋落物N:P平均值为14, 也大于全球木本植物的N:P平均值12 (Kang et al ., 2010 ), 表明喀斯特森林或许存在P素亏缺.而其中3种原生林植物的N:P在16-19之间, 3种次生林植物的N:P在17-19之间, 平均值均为17.4, 无明显差异(图2 ), 表明经过28年的自然恢复, 次生林对N、P养分的吸收与利用已达到相对稳定的状态, 原生林土壤N:P比低于次生林, 表明原生林土壤N匮乏可能性高于次生林, 次生林P匮乏度高于原生林, 如以N:P作为喀斯特森林N、P养分供应状况的判断指标, 其临界值尚需通过进一步的肥料梯度添加实验加以确定. ...
... ; 曾德慧和陈广生, 2005 ).He等(2008)对全国主要草原植被类型的C:N、N:P化学计量比进行了分析, 指出中国草地植物因普遍缺P导致其N:P高于全球其他地区草地生态系统.Han等(2005)对中国的753种高等陆地植物进行了大尺度的化学计量特征研究, 同样认为中国陆地植物生长普遍受到P素限制.本研究中, 桂西北典型喀斯特生态脆弱区6种植物的N:P平均值为18, 大于全国森林的平均值16 (Han et al ., 2005 ), 凋落物N:P平均值为14, 也大于全球木本植物的N:P平均值12 (Kang et al ., 2010 ), 表明喀斯特森林或许存在P素亏缺.而其中3种原生林植物的N:P在16-19之间, 3种次生林植物的N:P在17-19之间, 平均值均为17.4, 无明显差异(图2 ), 表明经过28年的自然恢复, 次生林对N、P养分的吸收与利用已达到相对稳定的状态, 原生林土壤N:P比低于次生林, 表明原生林土壤N匮乏可能性高于次生林, 次生林P匮乏度高于原生林, 如以N:P作为喀斯特森林N、P养分供应状况的判断指标, 其临界值尚需通过进一步的肥料梯度添加实验加以确定. ...
... 植物在长期的进化过程中逐渐发育了较强的生理生化调节能力(可塑性)以适应环境因子的波动, 即植物能够主动地调整养分需求灵活地适应周围生长环境的变化(曾德慧和陈广生, 2005 ), 而由于植物体内光合和矿质代谢之间的内在联系(Sterner & Elser, 2002 ), 植物体的C与N、P含量随环境不断变化, 但相互之间具有明显的相关性.喀斯特脆弱区土层浅薄不连续, 水养涵养能力弱, 物质(有机质与养分)流失严重, 植物养分主要来源于凋落物的归还, C、N、P元素循环在“植物-凋落物-土壤”连续体之间是相互转换的, 其间C-N-P元素计量特征及相关性则可以反映森林生态系统养分循环速率及养分利用效率.本研究结果显示, 喀斯特地区植物N、P含量呈极显著正相关, 土壤N、P含量则呈显著负相关, 凋落物与土壤中N含量变异不大, P含量则在不同群落中呈现较大变异, 活体植物中N含量变异较大(图3 ), N:P在植物、凋落物、土壤中依次降低.植物从土壤中吸收N和P, 在叶片凋落之前又通过养分再吸收过程对N、P进行了重吸收, 因此凋落物C:N、C:P均高于植物的, 植物的大于土壤的.喀斯特地区土壤N、P含量绝对值相对偏高, 而植物的N、P养分再吸收率却偏低, 表明喀斯特地区植物主要通过吸收土壤养分而非进行养分的再吸收满足生长需求.可见喀斯特地区地表凋落物有机层与浅薄土壤层的保肥抗水土流失能力的提高对于喀斯特退化生态系统植被恢复尤其关键.因水热供应的气候、地理条件差异, 植物叶片的N、P含量和C:N:P计量特征存在大尺度上的变异规律, 且在不同生境、不同树种之间均呈现较大的分异特征(Reich & Oleksyn, 2004 ; Han et al ., 2005 ), 这也反映了植物对当地营养条件的适应.本研究中土壤的C:N与N:P呈显著负相关关系(p < 0.05), 凋落物的C:P与N:P呈极显著正相关关系(p < 0.001), 而植物中C:N或C:P与N:P则无显著相关关系(图4 ).因研究所选植物种类和研究区域范围有限, 十分有必要在喀斯特生态脆弱区开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究. ...
桂西北喀斯特人为干扰区植被自然恢复22年后群落特征
1
2007
... 西南喀斯特地区是中国四大生态环境脆弱区之一, 桂西北喀斯特是其代表性区域, 独特的地质环境背景, 加上不合理的土地开发方式, 造成该区土壤侵蚀、土壤质量退化严重, 区域生态环境质量不断恶化, 生态服务功能下降(王克林, 2001 ; 曾馥平等, 2007 ).自20世纪80年代中期一系列环境保护措施实施后, 我国西南喀斯特地区人为干扰逐步减少, 植被得到缓慢恢复(宋同清等, 2010 ), 在地表凋落物、植物或者土壤的总体特征等方面已有很多研究, 但这些研究多以凋落物、植物、土壤中的任一个(宋同清等, 2010 )或某两者(俞月凤等, 2014 )为研究对象, 对“植物-凋落物-土壤”连续体C、N、P生态化学计量特征的差异及其内在关联的研究尚显不足, 本文选取桂西北喀斯特地区域3个原生林群落与3个自然恢复28年的次生林群落, 研究其植物、凋落物、土壤的C、N、P元素含量, 试图回答以下2个问题: 1)喀斯特森林“植物-凋落物-土壤” C、N、P生态化学计量学特征; 2)西南喀斯特脆弱区森林生态系统“植物-凋落物-土壤”连续体主要元素计量特征的内在关联; 探明喀斯特植被恢复重建背景下, 森林植物、凋落物和土壤C、N、P化学计量特征, 有助于我们更深入地认识喀斯特森林生态系统养分循环规律和系统稳定机制. ...
桂西北喀斯特人为干扰区植被自然恢复22年后群落特征
1
2007
... 西南喀斯特地区是中国四大生态环境脆弱区之一, 桂西北喀斯特是其代表性区域, 独特的地质环境背景, 加上不合理的土地开发方式, 造成该区土壤侵蚀、土壤质量退化严重, 区域生态环境质量不断恶化, 生态服务功能下降(王克林, 2001 ; 曾馥平等, 2007 ).自20世纪80年代中期一系列环境保护措施实施后, 我国西南喀斯特地区人为干扰逐步减少, 植被得到缓慢恢复(宋同清等, 2010 ), 在地表凋落物、植物或者土壤的总体特征等方面已有很多研究, 但这些研究多以凋落物、植物、土壤中的任一个(宋同清等, 2010 )或某两者(俞月凤等, 2014 )为研究对象, 对“植物-凋落物-土壤”连续体C、N、P生态化学计量特征的差异及其内在关联的研究尚显不足, 本文选取桂西北喀斯特地区域3个原生林群落与3个自然恢复28年的次生林群落, 研究其植物、凋落物、土壤的C、N、P元素含量, 试图回答以下2个问题: 1)喀斯特森林“植物-凋落物-土壤” C、N、P生态化学计量学特征; 2)西南喀斯特脆弱区森林生态系统“植物-凋落物-土壤”连续体主要元素计量特征的内在关联; 探明喀斯特植被恢复重建背景下, 森林植物、凋落物和土壤C、N、P化学计量特征, 有助于我们更深入地认识喀斯特森林生态系统养分循环规律和系统稳定机制. ...
桂西北喀斯特地区原生林与次生林凋落叶降解和养分释放
1
2012
... 土壤养分组成是植物生长的非常重要的影响因子, 植物光合作用、矿质代谢等生态过程与土壤养分供应状况密切相关(宾振钧等, 2014 ).研究中6个典型喀斯特森林群落下0-10 cm土层的C、N、P含量平均值分别为92.0、6.4、1.5 mg·g-1 , 养分含量绝对值明显高于内蒙古草原相同土层深度(0-10 cm土层)的25.3、1.7、0.1 mg·g-1 (银晓瑞等, 2010 ), 俞月凤等(2014)于同区域其他群落研究得出0-20 cm土层的土壤C、N、P含量平均值为48.40、5.40、0.52 mg·g-1 , 高于黄土高原0-20 cm土层的3.0、0.3、0.3 mg·g-1 (杨雪等, 2011 ) (表3 ), 也明显高于湿地的18.8、2.1、0.8 mg·g-1 (0-15 cm土层) (王维奇等, 2011 ), 可见喀斯特地区森林土层虽薄, 但表层土壤有机质及N、P养分绝对含量高, 可能由于西南喀斯特地区湿热的气候条件利于土壤微生物和小型动物生长, 系统“自肥”能力强于其他区域(曾昭霞等, 2012 ).本研究6个群落表层10 cm土壤C、N、P平均含量明显高于俞月凤等(2014)于同研究区域所分析的0-20 cm土层养分含量, 凸显了喀斯特脆弱区浅薄表层土壤的保水保肥、抗侵蚀能力提升对退化生态系统植被恢复的重要性.俞月凤等(2014)对相同研究区域2种原生林与2种次生林的植物、土壤C、N、P生态化学计量特征进行了分析, 得出原生林植物C、P含量大于次生林, N含量低于次生林, 次生林植物N:P高于原生林但差异不显著, 原生林土壤N含量略低于次生林, 与本研究结果一致(图2 ), 研究同时得出原生林土壤P含量、C:P、N:P均为原生林显著高于次生林, C:N差异不显著, 然而本研究中原生林土壤C:N显著大于次生林, 而C:P、N:P均差异不显著, 表明区域内生境时空差异、植物种类、水热条件的供应不同导致植物、土壤的C:N:P计量特征均具有较大的分异特征(Han et al ., 2005 ).喀斯特峰丛洼地生境复杂、空间异质性高(宋同清等, 2010 ), 因此开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究十分必要. ...
桂西北喀斯特地区原生林与次生林凋落叶降解和养分释放
1
2012
... 土壤养分组成是植物生长的非常重要的影响因子, 植物光合作用、矿质代谢等生态过程与土壤养分供应状况密切相关(宾振钧等, 2014 ).研究中6个典型喀斯特森林群落下0-10 cm土层的C、N、P含量平均值分别为92.0、6.4、1.5 mg·g-1 , 养分含量绝对值明显高于内蒙古草原相同土层深度(0-10 cm土层)的25.3、1.7、0.1 mg·g-1 (银晓瑞等, 2010 ), 俞月凤等(2014)于同区域其他群落研究得出0-20 cm土层的土壤C、N、P含量平均值为48.40、5.40、0.52 mg·g-1 , 高于黄土高原0-20 cm土层的3.0、0.3、0.3 mg·g-1 (杨雪等, 2011 ) (表3 ), 也明显高于湿地的18.8、2.1、0.8 mg·g-1 (0-15 cm土层) (王维奇等, 2011 ), 可见喀斯特地区森林土层虽薄, 但表层土壤有机质及N、P养分绝对含量高, 可能由于西南喀斯特地区湿热的气候条件利于土壤微生物和小型动物生长, 系统“自肥”能力强于其他区域(曾昭霞等, 2012 ).本研究6个群落表层10 cm土壤C、N、P平均含量明显高于俞月凤等(2014)于同研究区域所分析的0-20 cm土层养分含量, 凸显了喀斯特脆弱区浅薄表层土壤的保水保肥、抗侵蚀能力提升对退化生态系统植被恢复的重要性.俞月凤等(2014)对相同研究区域2种原生林与2种次生林的植物、土壤C、N、P生态化学计量特征进行了分析, 得出原生林植物C、P含量大于次生林, N含量低于次生林, 次生林植物N:P高于原生林但差异不显著, 原生林土壤N含量略低于次生林, 与本研究结果一致(图2 ), 研究同时得出原生林土壤P含量、C:P、N:P均为原生林显著高于次生林, C:N差异不显著, 然而本研究中原生林土壤C:N显著大于次生林, 而C:P、N:P均差异不显著, 表明区域内生境时空差异、植物种类、水热条件的供应不同导致植物、土壤的C:N:P计量特征均具有较大的分异特征(Han et al ., 2005 ).喀斯特峰丛洼地生境复杂、空间异质性高(宋同清等, 2010 ), 因此开展更大尺度、更多林地类型的“植物-凋落物-土壤”连续体的C、N、P生态化学计量学研究十分必要. ...
内蒙古典型草原生态系统中N素添加对羊草和黄囊苔草N:P化学计量学特征的影响
2004
内蒙古典型草原生态系统中N素添加对羊草和黄囊苔草N:P化学计量学特征的影响
2004
我国热带亚热带森林凋落物及其对土壤的影响
1
1991
... 凋落物是养分回归土壤的主要途径, 是森林生态系统生物地球化学流的一个重要组成部分, 已有研究表明森林生长所需70%-90%的养分来自凋落物的降解(赵其国等, 1991 ).研究中6种林地凋落物C、N、P平均含量分别为396.2、12.7、0.9 mg·g-1 , 相对于王瑾和黄建辉(2001)对暖温带主要林地类型凋落物的研究结果而言, 其C含量低于后者, 而N、P含量高于后者(表3 ).与王晶苑等(2011)对长白山温带针阔混交林与鼎湖山亚热带常绿阔叶林所做的研究比较, 本研究中凋落物C素含量也相对较低.而N素含量高于全球水平, P素含量与全球水平一致(Kang et al ., 2010 ) (表3 ).喀斯特森林凋落物中的C、N、P含量相对其他非喀斯特地区域而言, 呈现出的这种低C高N格局与植物中的规律一致, 即喀斯特森林植物与凋落物均表现出相对较低的C:N, 这说明凋落物完全秉承了植物的特性, 这也与王维奇等(2011)对湿地植物-凋落物计量特征研究结果吻合. ...
我国热带亚热带森林凋落物及其对土壤的影响
1
1991
... 凋落物是养分回归土壤的主要途径, 是森林生态系统生物地球化学流的一个重要组成部分, 已有研究表明森林生长所需70%-90%的养分来自凋落物的降解(赵其国等, 1991 ).研究中6种林地凋落物C、N、P平均含量分别为396.2、12.7、0.9 mg·g-1 , 相对于王瑾和黄建辉(2001)对暖温带主要林地类型凋落物的研究结果而言, 其C含量低于后者, 而N、P含量高于后者(表3 ).与王晶苑等(2011)对长白山温带针阔混交林与鼎湖山亚热带常绿阔叶林所做的研究比较, 本研究中凋落物C素含量也相对较低.而N素含量高于全球水平, P素含量与全球水平一致(Kang et al ., 2010 ) (表3 ).喀斯特森林凋落物中的C、N、P含量相对其他非喀斯特地区域而言, 呈现出的这种低C高N格局与植物中的规律一致, 即喀斯特森林植物与凋落物均表现出相对较低的C:N, 这说明凋落物完全秉承了植物的特性, 这也与王维奇等(2011)对湿地植物-凋落物计量特征研究结果吻合. ...
, 王克林
