茂兰喀斯特森林常见钙生植物叶片元素含量及其化学计量学特征

喀斯特森林植物的生态适应性及其对环境变异的生态响应和调控机制是喀斯特森林生态系统稳定性维护和退化生态系统恢复重建必需明确的关键科学问题。为探讨喀斯特森林植物的生态适应性调控机制,本文以茂兰喀斯特森林几种常见钙生植物为研究对象,分别对其叶片10种必需元素进行了测定分析。结果表明：含量大于10000 mg·kg^-1的元素有N、K和Ca,1000～10000 mg·kg^-1的元素有P、Mg和S,100～1000 mg·kg^-1的元素有Fe和Mn,小于100 mg·kg^-1的元素有Zn和Ni。这些元素中,除 P 外均高于已报道的陆生高等植物所需元素的合适组织浓度,但仍全部处于世界陆生维管植物元素平均含量范围内。元素含量特点是w（Ca）＞w（K）＞w（Mg）型。P、Mg、Fe的频数分布呈正态分布,N、K、Ca、S、Mn、Zn、Ni呈对数正态分布。元素间的相关分析表明,N和S、P和Mg、K和S、Ca和Mg、Ca和Zn具有极显著正相关关系（P≤0.01）, Mg和Zn也具有显著正相关关系,而N和Fe、S和Fe具有显著负相关关系（P≤0.05）。根据植物叶片w（Ca＋Mg）含量,冷水花（Pilea notate）、荔波唇柱苣苔（Chirita liboensis）和掌叶木（Handeliodendron bodinieri）属于嗜钙型植物,石山吴茱萸（Evodia calcicola）属于喜钙型植物,黄梨木（Beniodendron minus）、单性木兰（Kmeria septentrionalis）、南天竹（Nandina domestica）、粗糠柴（Mallotus philippensis）、石山桂（Cinnamomum calcareum）和黔竹（Dendrocalamus tsiangii）属于随遇型植物,贵州悬竹（Ampelocalamus calcareous）属于厌钙型植物,荔波鹅耳枥（Carpinus lipoensis）、石山胡颓子（Elaeagnus calcarea）介于喜钙型植物和随遇型植物之间,石山楠（Phoebe calcarea）介于随遇型植物和厌钙型植物之间。对叶片元素化学计量比值的分析表明,喀斯特钙生植物具有低P、K和高Ca、Mg的特点,绝大部分植物属于P     

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

大尺度的叶片的氮(N)和磷(P)的化学计量学特征是植物对环境条件的长期适应的结果, 并能为大尺度模型的发展提供数据基础. 通过对文献数据的搜集整理, 对中国东部南北样带168个采样点的654种植物的N和P的化学计量学特征、空间格局及其与气候因子(年均温度)的关系进行了研究. 结果表明, 中国东部南北样带654种植物叶片的N和P的化学计量学特征存在很大的变异性. 叶片N的变化范围为2.17～52.61 mg·g^-1, 几何平均数为17.55 mg·g^-1, 叶片P的变化范围为0.10～10.27 mg·g^-1, 几何平均数为1.28 mg·g^-1, 叶片N/P的变化范围为1.7～74.6, 几何平均数为13.5. 中国东部南北样带乃至中国区域叶片P的含量显著低于全球尺度的其它研究结果, 这说明与全球尺度相比, 中国区域植被生长更易受到P的限制. 在所研究的不同功能群间, 以叶片N含量的差异最大, P次之, N/P的差异最小, 这与在多数的功能群内, 其叶片N和P含量间存在显著相关性有关. 另外在系统发育上亲缘越远的功能群N和P含量差异越大(蕨类植物与种子植物), 亲缘越近的差异越小(双子叶植物与单子叶植物). 叶片的N和P含量与纬度和年均温度间存在极显著的相关关系, 随着纬度升高和年均温度的降低, 叶片N和P含量极显著地增加(P<0.001). 可是N/P与纬度和年均温度的相关性较弱(P=0.386和P=0.342), 这可能是由于N和P含量随纬度和年均温度的变化趋势相同且变异性较大, 并且相对于全球尺度而言本研究的区域范围相对较小等多种因素共同导致的.     

厌氧氨氧化膨胀污泥床反应器的化学计量学特性

采用厌氧氨氧化膨胀污泥床(ESB)反应器,研究了模拟废水中基质氨和亚硝酸盐对厌氧氨氧化工艺化学计量学的影响.结果表明,当分别只提高1种反应物的浓度时,反应器均表现出对富余基质具有额外吸纳的能力,致使其对富余基质的绝对去除量和相对去除量均增多.从厌氧氨氧化的反应模型和化学平衡的原理出发,可解释厌氧氨氧化工艺化学计量学的特性.根据化学计量学特性,可按需选取相应的进水基质比例,以实现不同的目的.     

南亚热带中幼龄针阔混交林生态化学计量特征

为了解南亚热带中幼龄针阔混交林植物、凋落物和土壤生态化学计量特征,本研究以10-11 a、7-9 a和3-5 a林龄人工针阔混交林为研究对象,通过对植物叶片（乔木、灌木和草本）、凋落物及土壤的碳（C）、氮（N）和磷（P）含量及计量比分析,探讨了中幼龄针阔混交林生态化学计量特征、相互关系及其N、P养分限制。结果表明,1）针阔混交林乔木、灌木和草本叶片碳含量均值分别为502.88、472.18和438.31 mg·g-1,其叶片碳含量表现为乔木〉灌木〉草本;叶片全氮含量均值分别为15.87、19.61和15.72 mg·g-1,叶片全磷含量均值为1-09、1.24和0.91 mg·g-1,其叶片氮和磷含量均表现为灌木〉乔木〉草本;凋落物碳、氮和磷含量均值分别为497-07、11-36和0.45 mg·g-1,凋落物氮和磷含量均低于植物。2）针阔混交林乔木叶片C/N、C/P和N/P均值分别为34.43、517-06和15.63,灌木和草本叶片C/N、C/P和N/P均值分别为26.60和28.55、438.77和507.59、16.52和17.95,而凋落物C/N、C/P和N/P为46.50、1193.26和26.17;不同林龄杉木叶片N/P均低于14,表明杉木生长受N限制;10-11 a林龄阔叶树生长受N的限制,7-9 a和3-5 a林龄阔叶树生长受P的限制,灌木和草本生长基本受P限制。3）植物叶片全氮和全磷含量呈极显著正相关（P〈0.01）,C/N与C/P呈极显著正相关（P〈0.01）,而全磷含量与C/N、C/P、N/P呈极显著和显著负相关（P〈0.01,P〈0-05）;土壤有机碳含量与土壤全氮含量、C/P、N/P呈极显著和显著正相关（P〈0.01,P〈0-05）。本研究为中幼龄人工林抚育及可持续经营提供科学参考。     

施用生物炭对塿土土壤微生物代谢养分限制和碳利用效率的影响

土壤微生物代谢对土壤养分循环和生态系统的稳定至关重要.为明确施加生物炭对土壤微生物代谢养分限制和碳利用效率(carbon use efficiency, CUE)的长效影响机制,于2012年将果树树干、枝条生物炭(450℃、限氧条件下裂解)以不同用量(0、 20、 40、 60和80 t·hm~(-2))施入塿土,与耕层土壤(0～20cm)混匀,小麦玉米轮作7 a后,通过生态酶化学计量学对土壤微生物代谢养分限制特征进行了定量分析和比较.结果表明:①随生物炭施用量的增加,土壤含水量、有机碳、全氮、碳氮比、碳磷比和氮磷比显著提高,碳氮磷活性组分、微生物生物量碳氮磷和总磷未表现出明显的规律性,而5种胞外酶活性(β-1,4-葡萄糖苷酶、纤维素酶、亮氨酸氨基多肽酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和磷酸酶)显著降低.②所有处理土壤微生物均受磷限制;在施加生物炭各处理中,随施用量的增加微生物代谢碳和磷限制显著提高,微生物CUE显著降低;当生物炭施用量为20 t·hm~(-2)时,碳限制(0.625±0.022)和磷限制(62.153°±0.892°)最低,微生物CUE(0.511±0.007)最高.③偏最小二乘路径建模分析表明,土壤碳氮磷及其元素化学计量比对磷限制产生了直接的极显著正效应(P0.01),碳限制与磷限制呈正相关关系(R~2=0.242,P0.001),而碳磷限制又对CUE产生了极显著的负效应(P0.001).综上,过量施用生物炭使土壤元素化学计量失衡是导致土壤微生物代谢磷限制加剧的重要因素,继而诱导了微生物碳限制的增强和CUE的降低.当生物炭施加量为20 t·hm~(-2)时,微生物代谢所受碳磷限制最低,且具有最高的微生物CUE,对于调节土壤微生物代谢、维持生态功能和减少微生物二氧化碳排放最优.     

模拟增温和降雨增加对撂荒草地土壤胞外酶活性及计量特征的影响

土壤胞外酶活性是催化土壤有机质分解的关键限速步骤,而且对外界环境的变化极其敏感,然而却很少有研究聚焦于土壤胞外酶活性对气候变化的响应,尤其是在黄土高原地区.以黄土丘陵区撂荒草地为研究对象,野外模拟气候变暖和降水增加,通过测定土壤理化性质、植被群落特征和土壤酶活性,探究土壤酶活性及计量比对气候变化的响应特征及驱动因素.结果表明,增温、增雨以及二者的交互作用均显著降低了土壤β-1,4-葡糖苷酶(BG)和纤维二糖水解酶(CBH)活性,然而,土壤β-1,4-木糖苷酶(BX)活性在气候变化处理下却呈现出增加趋势,其中,增温处理的增幅最大,达到了63.15%.增温增雨的交互显著增加了β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和亮氨酸胺肽酶(LAP)以及碱性磷酸酶(ALP)活性,分别增加了34.32%、 12.97%和44.86%.增温显著增加了过氧化物酶(PER)活性,而增雨显著降低了PER酶活性,增雨以及增温增雨显著降低了多酚氧化酶(PPO)活性,这主要归因于植物群落科组成的变化.增雨和增温增雨处理下碳降解酶活性∶氮降解酶活性(CEs∶NEs)和氮降解酶活性∶磷降解酶活性(NEs∶PEs)显著...     

不同利用方式对江西省农田土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响

根据江西省2013年采集的16582个农田耕层(0～20 cm)土壤样点数据,运用实地调查、经典统计学与地统计学等相结合方法,研究了江西省耕地土壤碳氮磷生态化学计量特征的空间变异性及不同农田利用方式对其的影响.研究结果表明:江西省耕地土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)平均含量分别为17.90、1.58和0.52 g·kg~(-1),土壤碳氮比(C∶N)、碳磷比(C∶P)和氮磷比(N∶P)平均值分别为11.72、38.29和3.38,土壤C∶N∶P比平均值为34.44∶3.03∶1,说明P是江西省耕地土壤主要的限制因素.此外,由于碳、氮、磷三者之间并不存在显著的两两相关性,表明江西省耕地土壤中不存在稳定的"Redfield ratio";半方差函数表明,江西省土壤碳、氮、磷生态化学计量特征具有中等程度的空间变异性,其空间变异特征主要受到随机性因素的影响;经ANOVA检验显示,不同农田利用方式对土壤碳氮磷生态化学计量特征影响显著(p0.05),土壤SOC和TN平均含量依次表现为:两季水田水旱轮作一季水田一季旱地两季旱地,土壤TP平均含量依次表现为:两季旱地两季水田一季水田一季旱地水旱轮作,土壤C∶N依次表现为:两季水田两季旱地一季水田水旱轮作一季旱地,土壤C∶P平均值依次表现为:水旱轮作两季水田一季水田一季旱地两季旱地,土壤N∶P平均值依次表现为:水旱轮作一季旱地两季水田一季水田两季旱地.总体而言,土壤碳、氮、磷生态化学计量比的变化特征是农田利用方式和环境因子综合作用的结果,土壤C∶N∶P比对土壤碳、氮、磷储量及养分的限制性具有重要的指示作用.     

黄河下游典型湿地土壤养分及其生态化学计量特征

土壤中碳氮磷钾是植物生长发育所需的必要养分元素,其含量和生态化学计量比能够反映土壤质量与养分限制状况.选取黄河下游河南段的花园口黄河浮桥湿地为研究对象,运用方差分析、冗余分析和线性回归拟合等研究方法,分析黄河下游典型湿地土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）、全钾（TK）、碱解氮（AN）、速效磷（AP）、速效钾（AK）及其生态化学计量特征,明确土壤养分的限制性元素,揭示影响湿地土壤养分及其生态化学计量比的关键理化因子.结果表明,湿地土壤ω（SOC）、ω（TN）、ω（TP）、ω（TK）、ω（AN）、ω（AP）和ω（AK）的均值分别为： 5.46 g·kg^-1、0.60 g·kg^-1、0.28 g·kg^-1、17.06 g·kg^-1、13.75 mg·kg^-1、6.54 mg·kg^-1和158.56 mg·kg^-1,其空间分布呈现出从河岸向滩地波动增加的变化趋势,高植被盖度区普遍高于低植被盖度区,且土壤SOC、TN、TP和TK之间具有较强的相关性;土壤C/P、C/K、N/P和N/K呈现出和土壤养分一致的变化趋势,而C/N则相反;土壤SOC、TN、AN、N/P和N/K变异系数超过50.00%,其空间差异性较强;湿地土壤C/N均值为11.882,接近中国土壤均值,而C/P和N/P的均值分别为49.119和4.516,两者均低于中国土壤平均水平,并且土壤N/P远小于14,研究区土壤受N限制;土壤黏粒占比和电导率共同解释了土壤养分变异与其生态化学计量比变异的61.4%和43.9%,是影响花园口黄河浮桥湿地土壤养分和生态化学计量比的主要理化因子.研究结果有助于加深对黄河下游湿地土壤养分及其影响因素的认知,为黄河下游湿地生态修复与管理提供重要科学依据.     

中亚热带不同林龄马尾松林土壤酶学计量特征

土壤酶活性是表征土壤微生物养分需求与养分限制状况的重要指标.本文以中亚热带不同林龄(9、17、26、34和43 a)马尾松人工林为研究对象,通过测定β-葡萄糖苷酶(BG)、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)、酸性磷酸酶(AP)、多酚氧化酶(POX)和过氧化物酶(POD)活性,并计算土壤酶化...     

黄土高原两种针叶树种不同器官水碳氮磷分配格局及其生态化学计量特征

植物不同器官水、碳、氮、磷等元素含量及其生态化学计量特征能够反映植物的生态策略及其环境适应性。本研究以黄土高原两种乡土树种油松(Pinus tabulaeformis)和柴松(Pinus tabulaefirmis f.shekanensis)为研究对象,分析了研究区两种树种水、碳、氮和磷在不同器官的含量及其生态化学计量特征,探讨了两种树种基于水、碳、氮和磷分配格局的生态适应策略。结果表明:(1)油松和柴松对水分和碳素的分配格局总体表现为根和叶最大,其次为枝和干,树皮最小;对氮、磷的分配格局则表现为叶片显著高于其他器官。(2)油松将更多的水和氮分配给叶、根等生产性器官,而柴松将更多的水和碳分配给枝、干等防御性器官,反映了柴松较油松具有更加保守的生长策略,能够更好适应逆境条件。(3)植物器官不同元素间通过相互耦合后可以表现出较好的相关性,反映了植物元素之间具有高度复杂的协同关系,这种协同关系的体现形式可能与植物类型及其对外界环境变化的生长适应策略密切相关。