秦岭中段植被恢复过程中植物-土壤-微生物生态化学计量特征及耦合关系

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wu000mengya
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植被恢复是退化生态系统改善的有效措施。植被恢复对生态系统各组分的影响机制受到广泛关注和研究,但植被恢复过程中植物-土壤-微生物变化特征及其耦合关系等方面的研究薄弱。本研究以秦岭中段不同恢复年限的撂荒地为研究对象,采用空间代替时间的方法,选择恢复1、8、16、31和50年的典型撂荒地作为研究样地,通过野外调查和室内测定,运用Pearson相关性分析、冗余分析、主成分分析、随机森林测试等分析方法,探讨了植被恢复对植物群落多样性和植物、土壤、微生物及土壤胞外酶生态化学计量特征的影响以及植物-土壤-微生物的相互作用,揭示了秦岭中段撂荒地植被恢复过程中群落动态及其地上-地下养分变化关系,为改善自然恢复后林地的管理,提高林分质量提供理论依据。研究取得以下主要结论:(1)恢复后期群落结构趋于复杂,稳定性提高。随着植被恢复年限增加,植物群落Patrick指数、Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数的变化趋势均为先降低后升高。植被恢复过程中植物碳和氮含量呈波动式变化,而植物磷含量随恢复年限呈显著下降趋势,植物氮磷比显著增大,植物群落氮限制逐渐减缓,恢复50年时开始向磷限制转变。(2)植被恢复改善了土壤理化性质,增加了土壤有机碳、全氮及速效氮含量,而降低了土壤磷有效性。耕地撂荒后,土壤微生物生物量碳、氮、磷含量持续增大而微生物生物量碳氮比及氮磷比呈先上升后下降的变化趋势,表明微生物在植被恢复后期可能受到更强烈的磷限制。(3)植被恢复显著改变了土壤酶化学计量比和微生物代谢限制特征。土壤碳、氮和磷循环酶活性及酶碳磷比都随植被恢复呈先增大后减小的变化趋势。土壤酶碳氮比随植被恢复年限显著降低而酶氮磷比则显著增强。此外,在植被恢复早期,土壤微生物受到氮元素的限制,微生物氮限制随着恢复年限的增加逐渐减缓,在恢复31年时开始转变为磷限制。(4)虽然植被恢复改变了土壤环境,且土壤水分和磷元素的变化分别对植物和微生物养分计量比有显著影响,但植物和微生物会通过调整自身元素组成来适应外界资源的变化,微生物碳氮磷化学计量比和植物碳氮比仍可以保持严格的内稳态。此外,植被恢复过程中植物养分限制的变化与微生物养分限制的变化规律一致,但与植物群落相比土壤微生物较早出现了磷限制。土壤碳氮比是影响植物和微生物群落养分限制的主要因素,表明土壤碳氮比的不平衡可能决定了微生物养分的获取,进而介导了植物养分化学计量比的变化。
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