荒漠草原4种优势植物叶片化学计量内稳性特征

探讨植物生态化学计量内稳性特征对了解草原植物的生长适应策略具有重要意义。以内蒙古鄂克托前旗荒漠草原牛枝子(Lespedeza potaninii)、苦豆子(Sophora alopecuroides)、短花针茅(Stipa breviflora)和猪毛蒿(Artemisia scoparia)4种优势植物为研究对象,研究植物叶片氮、磷内稳性特征及其影响因素。结果表明:苦豆子叶片N、N꞉P含量显著高于其他3种优势植物(P<0.05),猪毛蒿叶片P含量显著高于其他3种优势植物;N元素内稳性指数(HN)以牛枝子最高,属于稳态型;P元素内稳性指数(H_(P))以猪毛蒿最高,属于稳态型;N꞉P内稳性指数(H_(N꞉P))以牛枝子最高,属于弱稳态型。冗余分析结果显示,土壤全碳和全氮含量对化学计量内稳性变异解释率分别为56.9%和9.9%,均达到显著水平(P<0.05),但其他土壤理化因子对其无显著影响(P>0.05)。综上所述,在氮含量较低的荒漠草原,多年生植物N内稳性和N꞉P内稳性较高,采用保守养分策略,其中N内稳性较高的灌木牛枝子适应性更强;一年生植物P内稳性较高,N꞉P内稳性比较低,采用奢侈分配策略;影响化学计量内稳性主要因子为土壤全碳和全氮含量。

大针茅种群氮磷化学计量内稳性对纬度梯度的响应

植物种群化学计量内稳性特征反映植物种群在某一生态环境中的适应情况与生存策略,对于维持生态系统稳定性具有重要意义。以欧亚温带草原东缘生态样带上的大针茅植物种群为研究对象,采用单因素方差分析、回归分析与对应分析等方法,对大针茅叶片氮、磷含量和氮磷比的变化及大针茅叶片氮磷比与土壤全氮、全磷含量和氮磷比随着纬度梯度变化的相关性进行分析,探讨大针茅叶片氮磷化学计量内稳性。结果表明:(1)大针茅叶片氮含量、氮磷比与纬度梯度具有显著负相关关系(P<0.05),大针茅叶片磷含量与纬度梯度无显著关系;(2)大针茅叶片氮磷比受20~30 cm土层的全磷、10~20 cm土层的全氮和氮磷比影响较大,且存在明显的回归关系(P<0.15),中低纬度和高纬度的大针茅叶片氮磷比存在明显的分界;(3)大针茅叶片氮、磷和氮磷比的内稳性指数均属于绝对稳态型或弱稳态型,具有较强的内稳性。表明大针茅种群在欧亚温带草原东缘生态样带地区适应性较强,可以通过维持自身化学计量内稳性来适应土壤化学计量变化,在多变的环境中保持优势地位。

翅碱蓬生态化学计量内稳性对模拟氮磷沉降的响应

生物有机体元素组成内稳性是生态化学计量学核心概念之一,研究植物N、P生态化学计量内稳性及N、P分配可以明确其生态策略和适应性、竞争性。采用室内盆栽方法,研究了翅碱蓬(Suaeda heteroptera)N、P内稳性与生长对模拟N、P沉降增加的响应。结果表明,N沉降增加情况下,翅碱蓬吸收积累N表现为"绝对"的生态化学计量内稳性;P沉降增加情况下,翅碱蓬吸收积累P呈现一定的生态化学内稳性,调节系数HP为0.754,HN∶P为0.792。N沉降增加促进了翅碱蓬积累P,翅碱蓬生长可能受N限制。N、P沉降增加情况下,翅碱蓬株重、P吸收积累量与株高间均表现为异速生长。N沉降增加,翅碱蓬株重生长比株高快,P积累相对减慢。P沉降增加,翅碱蓬株高生长比株重快,P积累也相对更快。

闽江河口湿地3种植物化学计量内稳性特征

植物化学计量内稳性特征是植物在长期的进化过程中,适应环境变化的结果,是其生理和生化调节的反映。为了阐明闽江河口湿地植物化学计量内稳性特征,对研究区互花米草（Spartina alterniflora）、短叶茳芏（Cyperus malaccensis）和芦苇（Phragmites australis）沼泽土壤及植物器官的氮和磷元素进行测定与分析,并计算植物内稳性指数（H）。研究结果表明,土壤有效氮和有效磷含量随植物生长过程总体在波动减少,植物全氮和全磷含量波动变化,植物不同器官的全磷含量变化趋势相似;植物类型、生长阶段、元素组成与植物器官都对植物内稳性指数具有一定影响,互花米草内稳性指数HN、HP和HN︰P的变化范围分别为0.18~7.67、0.33~14.22和1.02~14.12,平均值分别为1.56、3.30和3.52,短叶茳芏内稳性指数HN、HP和HN︰P的变化范围分别为1.11~2.78、1.10~14.12和1~3.95,平均值分别为1.40、5.24和2.31,芦苇内稳性指数HN、HP和HN︰P的变化范围分别为0.12~4.55、1.3~10.19和0.63~19.23,平均值分别为2.02、3.98和4.03;芦苇HN的平均值最大,其他依次为互花米草HN、短叶茳芏HN,短叶茳芏HP的平均值最大,其他依次为芦苇HP、互花米草HP,芦苇HN︰P的平均值最大,其他依次为互花米草HN︰P、短叶茳芏HN︰P;同种植物地上部分和地下部分的内稳性指数排序存在倒序关系。

长江源区退化高寒草甸植物和土壤化学计量特征

为了探究草地退化对高寒草甸植物和土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征及植物群落内稳性的影响,以长江源多年冻土区未退化、中度退化和严重退化高寒草甸为研究对象,测定了不同退化程度高寒草甸植物群落叶片和土壤C、N、P含量,分析了其化学计量比及植物群落内稳性特征,以期为科学调控退化高寒草甸植物修复进程提供依据。结果表明:1)随着退化程度加剧,植物群落叶片C和N含量呈现先降低后增加趋势,土壤C和N含量呈现降低趋势,叶片P含量呈增加趋势,土壤P含量呈现先降低后增加趋势。2)未退化和严重退化阶段植物群落叶片N:P均大于16,植物群落倾向于受P限制;中度退化阶段植物群落叶片N:P小于14,植物群落倾向于受N限制。3)同一退化程度高寒草甸优势种间N:P也有较大差异,意味着不同物种可能受到不同营养元素的限制。4)植物群落叶片N和N:P表现出稳态型,P表现出绝对稳态型。本研究结果表明,未退化和严重退化阶段植物倾向于受P限制,中度退化阶段植物倾向于受N限制;在多年冻土区高寒草甸植物群落中,叶片N和P均具有较强的内稳性。

科尔沁沙地优势固沙灌木叶片氮磷化学计量内稳性

为科学认识科尔沁沙地优势固沙灌木的生态适应性和固沙植被演变规律,该研究对科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘和丘间低地的优势固沙灌木小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和盐蒿(Artemisia halodendron)进行野外调查,研究了这两种固沙灌木的叶片氮(N)、磷(P)化学计量特征、灌丛土壤养分状况以及内稳性特征。结果表明:1)与盐蒿相比,灌木小叶锦鸡儿具有较高的叶片N含量及N:P,而P含量仅为盐蒿的1/2; 2)两种优势固沙灌木灌丛下土壤的全N、全P含量及速效N、速效P含量高于该地区土壤的平均水平,小叶锦鸡儿灌丛下土壤养分含量显著高于盐蒿灌丛下土壤; 3)盐蒿叶片N、P化学计量内稳性指数(H)表现为HP> HN:P> HN,说明盐蒿更易受土壤N的限制;小叶锦鸡儿叶片N、P化学计量内稳性指数表现为HN:P>HN>HP,意味着小叶锦鸡儿更易受土壤P的限制。在N含量较低的沙化草地,HN较高的固沙灌木小叶锦鸡儿比盐蒿更具生长优势,对于该地区生态恢复及保护具有不可替代的作用。然而,小叶锦鸡儿额外吸收的N,使其生长过程可能易受P的限制,因此在沙地恢复过程中应注意土壤P的供应。

武夷山五种竹子叶、枝、秆碳氮磷化学计量对生长阶段和海拔的响应

探究竹子化学计量特征对生长阶段和海拔的响应对于了解其生理生态特征及生长适应策略至关重要。对武夷山沿海拔分布的五种典型竹子叶、枝、秆的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及化学计量内稳态指数(H)进行两个生长阶段的测定。结果显示不论生长阶段的变化,各器官N、P含量的变异系数均显著大于C含量,且秆的N、P含量变异系数要显著大于叶片和竹枝,但不同生长阶段并未改变秆的N∶P(12∶1)。毛竹4月份枝和8月份叶的N、P含量均随海拔增加而降低,而箬竹叶的N、P含量均随海拔增加而增加。海拔和生长阶段的交互作用显著提高了竹秆N含量对生长阶段变化的响应。竹叶N和秆的N、P含量在不同生长阶段具有明显的内稳性调控机制,但竹枝N、P的内稳性特征表现不明显。总而言之,这些结果一方面反映了武夷山五种竹子偏向于选择维持叶N含量的内稳态机制,另一方面调节秆N、P含量的协变来应对海拔和生长阶段变化中养分的利用策略。

不同林龄榧树根、枝、叶的C、N、P化学计量及内稳性特征

【目的】了解不同林龄榧树根、枝、叶的生态化学计量特征和内稳性特征的变化情况,为榧树的科学管理和保护提供基础数据。【方法】以浙江省诸暨市香榧国家森林公园0-100、≥100-300、≥300-500和≥500 a共4个林龄段的实生榧树为研究对象,通过野外采集榧树植株样品(根、枝、叶)和0-20 cm层土壤样品,分析不同林龄榧树根、枝、叶的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量特征变化和榧树内稳性特征。【结果】不同林龄榧树C、N、P含量及化学计量特征均无显著差异,根、枝、叶的C、N、P含量均以≥300-500 a的榧树表现最高,枝和叶的C、N含量以≥500 a的榧树最低,而根P含量以≥100-300 a的最低;不同林龄榧树叶的N/P(N、P质量比)均小于N限制的阈值(14);榧树根、枝、叶的C、N、P含量存在一定的变化趋势,整体上表现为叶>枝>根,叶和枝的C、P含量显著高于根的,叶N含量显著高于根和枝的,各器官N和P含量均为正相关关系,且枝中N、P相关性达到极显著水平(P<0.01);榧树根、枝、叶的化学计量特征存在差异,根和枝的C/N(C、N质量比)显著高于叶的,根的C/P(C、P质量比)显著高于枝、叶的;内稳性指数H_(N/P)(20.00)>H_(P)(11.76),即内稳性以N/P大于P。【结论】榧树C、N、P化学计量特征随林龄增长未表现出差异,而榧树根、枝、叶的C、N、P含量及化学计量特征存在差异,并且榧树整个生长过程中均受到N素的限制,需要合理施N肥来促进榧树的生长。

亚热带苔藓结皮对土壤-微生物-胞外酶化学计量特征的影响

生物结皮的形成和发育显著影响土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)循环及其化学计量特征,土壤微生物如何适应环境资源的化学计量变化仍不明确。本研究以三峡库区苔藓结皮为对象,分析结皮盖度(0、1%~20%、20%~40%、40%~60%、60%~80%和80%~100%)对土壤理化性质(0~5和5~10 cm土层)、微生物生物量和胞外酶活性[(β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、酸性磷酸酶(AP)]的影响,探索土壤-微生物-胞外酶C∶N∶P化学计量特征间的协变性。结果表明:生物结皮发育显著提高了土壤黏粒、水稳性团聚体和土壤C、N、P含量,显著降低了土壤容重和砂粒含量;微生物生物量C、N、P和胞外酶活性均随结皮盖度的增大而显著增加;土层深度对土壤理化性质及C∶N∶P均无显著影响,但显著影响微生物生物量、胞外酶活性及BG∶AP和NAG∶AP。相关分析显示,土壤C、N、P含量与微生物生物量和胞外酶活性呈显著正相关,与BG∶NAG呈显著负相关,与NAG∶AP呈显著正相关,但与微生物生物量C∶N∶P无显著相关性;土壤-微生物、微生物-胞外酶C∶N∶P相关性均不显著,BG∶NAG∶AP随着微生物与土壤间C∶N∶P化学计量不平衡性的增加而逐渐降低。表明微生物养分代谢同时受N和P的限制,且P的限制较强烈,微生物可以通过调整自身生物量以及胞外酶C∶N∶P适应生物结皮发育驱动的土壤化学计量变化,从而维持内稳态。

青藏高原高寒草地退化对土壤及微生物化学计量特征的影响

草地是我国陆地生态系统的重要组成部分,具有重要的生产和生态功能。过去几十年来,受气候变化和过度放牧等因素影响,我国90%的天然草地发生不同程度退化。草地退化打破了土壤养分平衡,影响草地生态系统的结构和功能。该研究以青藏高原高寒草地为研究对象,基于三江源区多点采样和整个青藏高原高寒草地的meta分析相结合的手段,解析了表层0-10cm土壤和微生物碳氮磷含量及其化学计量特征随不同草地退化程度(未退化、中度和重度退化)的变化规律。结果显示,草地退化整体上降低土壤有机碳、总氮和总磷含量及其化学计量比。土壤微生物碳氮含量随着退化程度的加剧而下降,微生物磷含量不受退化的影响。微生物碳氮磷化学计量比沿退化梯度没有显著的变化规律,且土壤和微生物元素化学计量比之间未呈现显著相关关系。以上结果表明,草地退化致使土壤养分化学计量关系发生显著改变,微生物群落自身却能维持一定的养分平衡。在长时间尺度上,基于养分平衡的土壤质量提升技术可有效地促进退化高寒草地恢复,改善其生态系统服务功能。

长期生态学研究和试验示范为草原生态保护和草牧业可持续发展提供科技支撑

长期以来,我国在畜牧业生产中过度利用草地的生产功能,忽视其生态功能,造成草地大面积退化,草–畜关系失衡,传统草原畜牧业难以为继,亟须探索适宜于牧区特点的生态保护与草牧业发展新模式,依靠科技创新推动草牧业发展。中科院内蒙古草原生态系统定位研究站(以下简称"内蒙古站")自建站以来,立足于我国温带草原,长期开展草原生态系统水、土、气、生等要素监测,草原生态学基础研究,以及退化草地恢复、人工草地建设和生态系统管理等方面的应用研究,并通过示范推广为内蒙古草原的保护和可持续利用提供科技支撑。基于长期监测、养分添加和放牧控制试验,揭示了内蒙古草原生物多样性和生态系统稳定性的维持机制,主要发现:(1)不同物种和功能群之间的补偿效应是生态系统稳定性维持的重要机制;(2)物种和群落水平的化学计量内稳性是生态系统稳定性维持的基础,由化学计量内稳性高的物种占优势的群落,具有更高的生产力和稳定性;(3)混合利用方式(放牧和打草轮换)有利于多样性、生产力和生态系统稳定性的维持。基于以上基础研究和长期试验示范,内蒙古草原站研发了多年生混播人工草地的草种配置及高效人工草地建植技术体系。该体系提高了多年生人工草地的生产力和稳定性,延长了人工草地的利用年限,提高了牧草品质。为了进一步探索适宜于牧区特点的生态保护与草业发展新模式,内蒙古站提出了草地生产功能与生态功能合理配置技术体系。该体系通过建设高效人工草地和基本草牧场,解决饲草的生产问题,同时通过退化草地恢复和天然草地合理利用,提升草地的生态功能。这些研究成果不仅使我国的草地生态学研究达到国际先进水平,也使得内蒙古站成为草原科技成果转化的基地和开展国内外合作研究的重要平台。

Stoichiometric homeostasis in response to variable water and nutrient supply in a Robinia pseudoacacia plant-soil system

All organisms need elements in fixed proportions for carrying out normal metabolic processes and how flexible they are depends on how effective they are utilizing these resources from external sources.It is important to understand the interactions among plant,soil and microbial biomass carbon(C),nitrogen(N)and phosphorus(P)stoichiometry under different conditions of resource supply.We conducted a pot experiment on 1-year-old Robinia pseudoacacia seedlings for nearly 5 months under different water,nitrogen and phosphorus supplies,and we determined plant,soil and microbial biomass C,N and P stoichiometry.We found that plant,soil and microbial nutrients and stoichiometry exhibited a certain degree of plasticity in response to the changes in water and nutrient conditions in their environments.Variation partitioning analysis showed that root stoichiometry accounted for a large part of the variance in microbial stoichiometry.Structural equation modeling further revealed that root stoichiometry and leaf stoichiometry were two direct factors affecting microbial biomass C:N and C:P,and that root stoichiometry had the greatest direct effect.In addition,the degree of homeostasis for microbial biomass C and C:P was more sensitive to changes in soil nutrients than changes in other factors,and other elements and elemental ratios displayed strict homeostasis.These results highlight the importance of studying microbial stoichiometry in improving our understanding of nutrient cycling of the plant-soil system under different water and nutrient supply.