黄土高原退耕还草地C、N、P生态化学计量特征对植物多样性的影响

为探讨退耕还草地生态化学计量特征随恢复年限的变化以及其对植物多样性的影响,选取黄土高原不同恢复年限退耕还草地为研究对象,分别为农田(对照)、恢复8 a、15 a、25 a和35 a,测定了植物地上部分和土壤C、N、P含量,并分析了其C∶N∶P化学计量特征与植物多样性之间的关系。结果表明:(1)总体上,随着恢复年限的增加,植物地上部分C、N、P含量呈现增长趋势,而其C∶N、C∶P以及N∶P呈现降低趋势,其中C含量在恢复35 a时达到最大值(434.95 g/kg);N含量在农田阶段最高(2.29 g/kg),P含量在恢复25 a时达到最高(1.23 g/kg)。(2)土壤C、N、P含量及N∶P随恢复年限的增加总体上呈现增加趋势,C∶N呈现降低趋势,而C∶P基本保持不变;土壤C、N、P含量的最大值均出现在恢复35 a,其值分别为10.94 g/kg、0.07 g/kg、0.06 g/kg。(3)随着植物地上部分C含量和C∶N的增加,Shannon-Weiner指数降低;植物地上部分C含量和土壤P含量是影响Simpson指数的主要因子,其与植物地上部分C含量负相关,而与土壤P含量显著正相关;Pielou均匀度指数与土壤N含量、N∶P、C∶P以及植物地上部分C含量等因子正相关;Margalef指数与植物地上部分N含量、P含量等因子正相关。研究表明草地恢复中植物和土壤C∶N∶P化学计量特征对植物多样性具有重要的影响。

秦岭东段栓皮栎叶片非结构性碳水化合物含量的季节动态

研究树木叶片非结构性碳水化合物(Nonstructural carbohydrate,NSC)组分的季节变化是掌握树木碳代谢规律的基础,也有利于判断以往研究仅凭生长季单次或几次(<5次)的取样方法是否存在一定局限性。以秦岭东段栓皮栎(Quercus variabilis Blume)优势群落为研究对象,在其分布的海拔上下限(650 m和970 m),于2016年5月至2017年5月,通过月尺度周期性取样(共计9次),测定栓皮栎叶片NSC及其组分含量,并观测同期叶片物候变化。结果显示:(1)栓皮栎叶片NSC及其组分季节变化差异显著(P<0.05),可溶性糖、淀粉和NSC变异系数分别为20.99%、52.28%和25.96%;(2)整体而言,栓皮栎叶片NSC最小值在展叶初期(3月末—4月初,5%左右),最大值在展叶末期(5月上旬,12%左右),之后NSC呈持续下降趋势。不同海拔NSC极值出现时间略有不同,叶片物候可能是影响年内极值的主要原因。(3)栓皮栎叶片NSC组成以可溶性糖为主(65%),这可能是树种在暖温带所采取的生长策略。(4)海拔对栓皮栎叶片NSC及其组分影响差异不显著,低海拔栓皮栎叶片NSC及其组分含量略大于高海拔。研究结果,栓皮栎叶片NSC含量存在明显的季节波动,适当加大NSC采样频率对于正确理解树木碳代谢十分必要。

黄土高原退耕还草地植物群落动态对生态系统碳储量的影响

退化农地通过植被恢复能够提高生态系统的固碳能力,但是植被恢复中植物群落特征如何影响生态系统碳储量仍存在不确定性。以农田为对照,选取自然恢复8、15、25、35 a草地为对象,探讨退耕还草地植物群落特征对生态系统碳储量的影响。结果表明:群落盖度随着恢复年限的增加而显著增加,恢复35 a时达到最大值(64.0%),优势种从达乌里胡枝子、赖草、茵陈蒿演变为长芒草、铁杆蒿;禾草类、多年生草本和灌木逐渐成为优势种。Shannon-Weiner指数、Patrick指数均呈先上升后下降的趋势,均在第15年达到最大值。地上植被碳储量和地下植被碳储量在恢复期间呈直线增加的趋势,且均在35 a达最大值,分别为0.83 Mg C/hm^(2)、1.49 Mg C/hm^(2),而凋落物碳储量在第25年达到最大值,为0.40 Mg C/hm^(2)。土壤碳储量与有机碳含量总体呈先下降后上升的趋势,在第8年达到最低值,在第35年恢复到农田水平之上,占生态系统碳储量的93.3%—99.6%;表层0—10 cm土壤碳储量占0—30 cm碳储量的38.9%—50.3%,呈表聚现象。生态系统碳储量与土壤碳储量趋势一致,即恢复到第8年最低,为24.32 Mg C/hm^(2),恢复到第35年最高,为43.70 Mg C/hm^(2)。群落盖度、地上生物量、凋落物生物量、禾草、豆科以及多年生植物的重要值与生态系统碳储量呈显著正相关(P<0.05),杂草和一年生植物重要值与生态系统碳储量呈显著负相关(P<0.05)。研究表明植被群落组成的动态变化通过增加植被碳储量和土壤碳储量实现生态系统碳储量的增加,而多年生植物、杂草与禾草的重要值和地下生物量与凋落物生物量是影响生态系统碳储量的重要植被因子。

秦岭东段栓皮栎枝条非结构性碳水化合物含量的季节动态

枝条是碳供应器官和碳需求器官的连接者,研究其非结构性碳水化合物(NSC)含量的季节变化对理解树木体内的碳分配至关重要。该研究以秦岭东段栓皮栎(Quercus variabilis)优势群落为研究对象,于2016年5月至2017年5月,在其分布的海拔上下限(650m和970m),通过在展叶期采用旬尺度和在非展叶期采用月尺度相结合的周期性取样方法(共计12次),测定栓皮栎枝条NSC组分及含量,并观测同期叶片物候变化。结果表明:(1)栓皮栎枝条NSC含量随季节波动较小,变化差异不显著。但枝条可溶性糖含量(高海拔)或淀粉含量(低海拔)在一定生境条件下,均存在明显的季节波动,说明栓皮栎枝条可溶性糖和淀粉之间存在动态转化过程。(2)栓皮栎枝条NSC组成以可溶性糖为主(61%),这可能是该树种在暖温带季风气候区所采取的生长策略。(3)土壤含水量(正相关)和饱和水汽压差(负相关)分别是在高海拔和低海拔影响栓皮栎枝条NSC含量的主导环境因子,说明相比高海拔,低海拔的栓皮栎可能对高温引起的水分胁迫更敏感。(4)结合叶片物候发现,栓皮栎枝条NSC含量最大值出现在萌芽前(3月中下旬, 11%左右),最小值出现在展叶后期(4月末, 5%左右),叶片萌芽展叶后枝条NSC含量下降。总体而言,枝条NSC含量在高低海拔不存在显著差异,但春季萌芽前后存在显著差异,海拔引起的叶片物候时间差极可能是造成这一现象的主要原因。研究结果说明,栓皮栎叶片物候会直接影响枝条NSC含量的季节变化,枝条NSC含量对叶片萌芽生长至关重要,研究结果有助于加深对栓皮栎树体内碳调配机制的理解。