氮磷添加对亚热带杉木林植物-凋落物-土壤化学计量特征的影响

【目的】碳(C)、氮(N)和磷(P)在植物生长及调节生理机能等方面起着重要作用,其化学计量特征能够反映植物生长速率和养分限制等。人类活动引起的氮磷沉降对植物、凋落物和土壤的化学计量特征响应机理尚不清楚。因此剖析以植物-凋落物-土壤三者为一个耦合系统C∶N∶P化学计量特征对外源养分添加的响应,能更好地理解植物养分限制和生态系统养分循环动态。【方法】以亚热带退化红壤区杉木(Cunninghamia lanceolata)林为研究对象,在2011年开始布设氮磷添加随机区组试验,为5个区组6个处理共计30个20 m×20 m样地,施肥处理包括N0(CK,只加沙)、N5(5 g/(m^(2)·a))、N10(10 g/(m^(2)·a))、P5(5 g/(m^(2)·a))、N5+P5(N 5 g/(m^(2)·a)+P 5 g/(m^(2)·a))、N10+P5(N 10 g/(m^(2)·a)+P 5 g/(m^(2)·a)),N和P添加分别以NH4NO3和NaH2PO4形式拌沙洒施。在处理后第9年采集植物新鲜叶片、凋落叶片、0~5 cm土壤样品,测定其C、N、P含量及化学计量,量化了叶片的N、P利用效率与再吸收效率,探讨长期N、P添加对杉木植物-凋落物-土壤化学计量特征的影响。【结果】与对照组相比,P添加显著提高植物叶片P含量56.5%,对杉木叶片C、N含量无显著影响,但是降低叶片C/P、N/P;N添加对叶片C、P含量均无显著影响,对C/N、C/P、N/P无显著影响。P添加分别显著提高凋落叶片N、P含量25.7%和51.1%,对C含量没有影响,但降低C/N、C/P、N/P;N添加对凋落叶片C、P和C/N、C/P、N/P均无显著影响。P添加显著提高0~5 cm土壤P含量184.6%,对C、N含量没有影响,但显著降低C/P、N/P;N添加对土壤N含量、C/N、C/P、N/P均无显著影响;而N、P的交互作用对植物、凋落物及土壤的C、N、P含量及其化学计量特征均无显著影响。P添加显著降低了35.3%的植物P的利用效率,但对植物P的再吸收效率无显著影响。随着土壤养分含量的变化,植物、凋落物的内稳态呈现出不同的响应,其中植物P、N/P和凋落物P呈现弱稳态,1/H(内稳态平衡系数)分别为0.2882、0.3065、0.2527。【结论】亚热带杉木林植物-凋落物-土壤生态系统对P添加响应更为敏感,其通过改变P利用效率调节杉木林植物-凋落物-土壤化学计量特征。该研究结果对深入理解植物-凋落物-土壤生态系统之间的养分循环及其调节策略具有重要意义。