半干旱黄土小流域不同植被类型下植物-凋落物-土壤生态化学计量特征研究

来源 :山西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jerrykfczz
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生态化学计量学是研究生态系统元素平衡与能量流动的有效方法,明确不同植被类型下植物与凋落物生态化学计量特征,阐明土壤养分及化学计量比随土层深度的变化规律,以及了解养分在植物、凋落物和土壤三者之间相互联系,有助于揭示黄土高原植被恢复中生态系统养分转换和平衡机制。本研究以典型半干旱黄土小流域长芒草草地(Stipa bungeana grassland)、赖草草地(Leymus secalinus grassland)、苜蓿草地(Medicago sativa grassland)、柠条灌丛(Caragana korshinskii shrub)、山杏林(Armeniaca sibirica forest)5种典型植被为研究对象,分析不同植被类型下叶、茎、根和凋落物碳(C)、氮(N)、磷(P)及化学计量比特征,以及土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量及化学计量比的垂直变化特征,结果表明:(1)5种典型植被中各器官养分含量均表现为叶>茎>根。C、N、P含量及化学计量比变化分别受器官和植被类型影响显著,但当器官与植被类型交互作用时,只对植物C、N含量具有显著影响。在不同植被类型间,山杏各器官及凋落物C含量均显著最高,长芒草显著最低;柠条各器官N含量、N:P及凋落物C:P、N:P均显著高于其他植被类型;叶、茎、根的C:N、C:P分别表现为赖草显著最高,柠条显著最低;凋落物N、P含量、C:N在5种典型植被间的差异未达到显著水平。总体上,各植被类型下叶片C、N、P含量均高于凋落物C、N、P含量,C:N、C:P及N:P则与之相反。5种典型植被养分元素的再吸收率及养分利用效率均为P元素最高,C元素最低。其中,不同植被类型对C、P元素的养分再吸收率和养分利用效率无显著差异,柠条、苜蓿N养分再吸收率最高,但养分利用效率最低。(2)植被类型和土层深度对土壤SOC、TN、TP变化均有显著影响,但两者相互作用时只对土壤TN含量有显著影响。各植被类型下土壤SOC、TN含量间的差异主要集中于0-20 cm的土层中,表现为柠条灌丛土壤SOC、TN含量显著最高,赖草草地土壤SOC、TN含量显著最低。不同土层中土壤TP含量在5种典型植被间的差异性未达显著水平。除赖草草地土壤C:N在0-20 cm和20-40 cm的土层中显著最高外,土壤C:P、N:P均表现为柠条灌丛显著最高。5种植被类型下土壤SOC、TN、TP含量相关性在彼此呈显著正相关,土壤C:N与C:P、C:P与N:P间均呈正相关,C:N与N:P间呈负相关。(3)整体上,C、N含量及C:N、N:P的相关性在植物与凋落物间达到显著水平,分别呈显著正相关,P含量、C:P相关性在植物与凋落物间则未达到显著水平。N含量、N:P相关性在各器官与土壤间分别呈显著正相关,C:P则为显著负相关,C、P含量相关性在植物各器官与土壤间未达到显著水平。C、N、P含量及C:N、C:P、N:P相关性在凋落物与土壤间也均未达到显著水平。但在不同植被类型间,C、N、P含量及C:N、C:P、C:P的相关性在植物、凋落物和土壤间具有显著差异。通过线性回归分析可得,柠条、山杏各器官C、N、P含量及化学计量比为绝对内稳态,长芒草、苜蓿各器官C、N、P及化学计量比内稳性整体稍强于赖草。从元素水平看,该研究区N元素的内稳性最强为内稳态;C元素及N:P次之,除苜蓿、赖草根的C元素及N:P为敏感态外,其余指标均为内稳态。从器官水平看,茎的C、N、P元素及化学计量比内稳性最强,除赖草P元素、苜蓿C:N为弱稳态外,其他均为内稳态;根的C、N、P元素及化学计量比内稳性最弱,多为敏感态。综上,植被类型对黄土小流域植物、凋落物和土壤的化学计量特征变化有影响显著,三者生态化学计量特征变化存在一定相关性。除此之外,植物养分及其比值的变化还与各器官间养分的分配与权衡相关,不同植物可调节自身养分再吸收效率和利用效率来维持自身元素的内稳性来应对环境变化。凋落物的养分变化主要受植物叶片养分变化调控,土壤养分及其比值变化还受到土层深度影响。该研究区内,柠条灌丛生态化学计量特征综合更强,养分利用率及内稳性相对较高,更有利于改善当地土壤质量及促进养分循环。
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