论文部分内容阅读
碳(C)、氮(N)、磷(P)是生物地球化学循环中的重要元素和生态系统物质循环的主要研究对象。近年来由于全球变化和人类活动的强烈影响,这三种元素的循环在速度和规模上都发生了前所未有的改变,导致一系列环境问题的出现。因此,利用C、N、P化学计量学探讨森林生态系统如何响应这一系列环境变化就显得尤为重要。本研究首先通过测定亚热带六个典型森林植被与土壤的C、N、P化学计量学值,找出C、N、P化学计量学的空间分异规律,并对南亚热带季风常绿阔叶林以及其演替前期阶段森林的C、N、P化学计量学开展深入研究,以时空互代的方法获取常绿阔叶林C、N、P化学计量学的时间变化规律。同时设立不同施肥梯度来改变土壤N/P的盆栽控制实验,模拟不同N、P比值环境下,植株水平的C、N、P变化规律,并从化学计量学角度分析其内在机制。初步形成如下结论:
1.中国亚热带不同地区六个森林(中亚热带:天童山、大岗山、会同;南亚热带:西双版纳、鼎湖山、厦门)土壤C、N、P的分布具有明显的纬度地带性规律。土壤的C含量与温度和降水的紧密相关,气候因子的地带性导致了土壤有机碳(SOC)分布的区域分异规律。森林土壤N含量在南亚热带森林高于中亚热带(天童山除外)。南亚热带森林土壤有效磷(AP)占P的比例要高于中亚热带森林。这为缺P的南亚热带甚至热带森林维持稳定性提供了养分的基础。
2.亚热带森林植被C、N、P含量和化学计量学特征具有明显的种间差异。马尾松和荷木叶片的C、N、P含量和化学计量学特征在不同地区差异较小,表明这两个树种的内稳态较高,这也是它们能够广泛分布的原因。不同地区的亚热带森林中,绝大多数树种叶片对P具有较高的再吸收率。这也是亚热带植物对土壤P缺乏的一种养分适应策略。作为针叶树种的马尾松对N和P的再吸收率都要高于阔叶树种。这可能是可以解释马尾松为什么能在贫瘠土壤条件下存活的部分原因。
3.鼎湖山森林演替过程中三个森林(马尾松林,初期;混交林,中期和季风常绿阔叶林,后期)土壤C、N含量随演替进行而增加,而土壤P含量在混交林最为丰富。马尾松林叶片P含量高于混交林和季风林,后二者非常接近;群落根系的P含量排序为:马尾松林>季风林>混交林;叶片的P含量均高于根系。各土层中氮磷比(N/P)随演替的进行呈现明显增加趋势;植物各器官中N/P随演替的进行也呈增加趋势。结果表明随着演替进行,土壤和植被变得相对富N和缺P。
4.N添加的控制实验中,N添加降低了土壤的pH值,并且pH随着N添加量的增加而上升。这主要是由于低N的添加导致土壤中硝化作用强度相对较高引起的。N添加增加了土壤中的N和无机氮(IN,铵态氮(NH4-N)和硝态氮(NO3-N)之和),其中NH4-N的含量显著高于NO3-N。N添加促进了土壤P向AP的转化。N添加降低了土壤渗透水的pH,提高了土壤渗透水的总有机碳(TOC),N,钙(Ca),铝(Al)和铁(Fe)的含量。一方面说明N添加促进了土壤中Ca、Al、Fe的活化,并可能使土壤中被这些金属离子结合的难溶P释出。另一方面说明N添加导致土壤TOC流失加剧。N添加显著降低了荷木和海南红豆的光合速率,对锥栗的影响不明显。N添加抑制了荷木和海南红豆的生长,基径和株高的增长受限,但是却轻微促进了锥栗的生长,表明N沉降可能通过对幼苗生理的影响进而影响森林的更新。