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内稳性是生物在长期进化过程中适应环境的结果,是化学计量生态学的基础,具有重要的生态学和进化学意义。生长率假说是当前化学计量生态学研究的热点问题,它从分子和元素的角度来解释生物的生长率。研究生态系统的限制性元素和C:N:P化学计量学对生态系统管理具有重要意义。草原是中国最重要的生态系统类型之一,研究草原植物内稳性、C:N:P及其与生长率间的关系以及限制性元素,不仅具有重要的理论意义,还将为草原生态系统管理提供科学的依据。
通过沙培和野外N/P添加试验、并结合长期监测数据,本论文围绕草原植物的内稳性、生长率和限制性元素三个科学问题展开研究,主要研究结论如下:
1.内稳性模型y=cx1/H可很好地揭示草原植物自身N、P元素浓度和N:P与环境中的N、P浓度和N:P的关系。
2.物种间的内稳性指数(H)差异较大,植物功能群能有效的区分物种间的差异。H值受植物生长发育阶段、器官、元素含量等因素的影响。成熟的植物具有较高的H；叶子和根是相互协调的整体,如果叶子的H比较高,根的H就比较低；N的H高于P,而N:P高于对应的N和P的H；N、P含量高且N:P低的植物H较低。
3.H与其对应的N、P浓度和N:P的变异系数(CV)紧密负相关(R2=0.84),植物的内稳性能有效控制N、P浓度和N:P的变异。
4.H能充分解释草原群落各植物种类的优势度和稳定性；两年的施肥试验和28年的长期数据都证明,植物的H值越高,其优势度和稳定性也越高。H不仅能够解释营养条件的变化引起的生物量变异,还能解释水分、温度等因素引起的变异。H与植物优势度和稳定性的关系对植物育种、全球变化下群落演替、植物入侵、富营养化防治等领域的研究具有重要的指导作用。
5.内蒙古草原植物不符合传统的生长率假说。当N限制时,植物的生长率与N:P正相关；当P限制时,植物的生长率与N:P负相关；在N和P不过量的情况下,植物的生长率与N:C成正比,与P:C是正相关关系(二次方)。
6.内蒙古羊草草原的C:N:P是307:15.5:1,相对于全球水平,羊草草原的N相对丰富、而P相对缺乏；其生产力受到N和P共同限制。另外,草原植物群落地上生产力的年际变异(1980-2007)远大于施肥引起的变异,其生产力主要受降水量的影响。
7.植物的C:N:P受生长发育阶段和叶龄的影响较大。如果把N:P作为判断群落水平或者物种水平元素缺乏的指标时,必须对应特定的生长阶段,而且要充分考虑物种竞争的作用。旺盛生长期的内蒙古草原,植被的平均N:P>20是P限制,而N:P<10是N限制。