中国东部南北样带森林生态系统叶片生态化学计量学特征的空间格局研究

来源 :中国科学院地理科学与资源研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hotsnow5
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样带技术是全球变化研究中非常重要和独特的研究途径,是连接分散站点观测与区域尺度综合分析的一种有效方法。本研究以全球变化背景下陆地生态系统的响应为切入点,选择中国东部南北样带(NSTEC)为研究对象,采用资料收集与野外调查采样、室内分析相结合的方法,对NSTEC植物叶片和土壤的化学计量学特征开展了统计性研究。研究工作初步明确了NSTEC叶片生态化学计量学指标的总体特征,叶片C、N和P含量及其平衡关系的空间分布规律以及与气候因子和土壤的关系,为区域生物地球化学模型与植被地理模型的构建提供了科学依据。主要得到了以下几个结论:   1)NSTEC土壤的化学计量学特征   通过对NSTEC上1226个典型剖面1m土层土壤有机C、全N和全P含量的研究结果表明:NSTEC土壤有机C、全N和全P含量的几何平均数分别为6.26mg/g、0.67mg/g和0.40mg/g;土壤C/N、C/P和N/P的几何平均数分别为9.37、15.61和1.70。土壤有机C、全N和全P含量以及C/N、C/P和C/K随纬度呈现出相似的变化规律。土壤养分及比例与年均温度(MAT)和年均降雨量(AP)间显著相关。   2)NSTEC叶片的化学计量学特征   通过收集到的位于NSTEC上168个采样点的656个物种的观测数据分析结果表明:NSTEC叶片C、N、P和K含量的几何平均数分别为443.22mg/g、17.57mg/g、1.27mg/g和10.68mg/g;叶片S、Ca、Mg和Ash含量的几何平均数分别为1.15mg/g、9.05mg/g、2.43mg/g和77.84mg/g。叶片的6种大量元素之间的21种比值均存在很大的变异性。其中以N/Ca的变异系数最大,高达332.97%,以C/N的变异最小,为41.48%。叶片的N、P、K、Ca、Mg和Ash含量均随着纬度的增加、MAT和AP的减少而极显著的增加,叶片S的变化不显著,而Mg随纬度和MAT的升高变化未达到显著水平,但随AP的增加而降低。   3)NSTEC东北区叶片化学计量学特征   通过对NSTEC东北区森林生态系统61个采样点41个优势种的研究结果表明:叶片有机C、N、P和K含量的几何平均数分别为522.85mg/g、18.12mg/g、2.61mg/g和16.88mg/g。叶片C含量随纬度的降低、MAT和AP的升高而升高,叶片N和P含量则随纬度、MAT和AP的升高而呈现为先升高而后降低的抛物线变化,且不同生活型植物和同一物种的变化趋势与总体的变化规律基本一致。   对长白山垂直样带9月中旬采集的样品研究结果表明:叶片C和N随海拔的升高呈现先升高而后降低的变化趋势,叶片P和K含量随海拔的升高而呈现出线性的降低趋势;叶片C/N随海拔的升高而无明显变化规律,而叶片的N/P和C/P则随海拔的升高而呈线性增加趋势。   4)叶片和土壤养分关系以及与相关研究结果的比较在NSTCE及其东北区叶片N和P含量与土壤全N和全P含量间均存在极显著的正相关关系。NSTEC的叶片N含量(17.55mg/g)显著低于全国(18.63mg/g)和全球(18.34和17.66mg/g)尺度的平均值,叶片P含量(1.28mg/g)极显著低于全球尺度的平均值(1.42和1.58mg/g),N/P(13.5)显著高于全球尺度(11.8和11)的平均值。与全球尺度的研究结果相比,NSTEC植物生长更易受P限制。   NSTEC东北区森林生态系统叶片N含量为17.29mg/g,与整个NSTEC、中国区域和全球尺度的平均值不存在显著差异;叶片P含量为2.75mg/g,显著高于整个NSTEC、中国区域和全球尺度平均值;N/P为6.30,显著低于整个NSTEC、全国和全球尺度的平均值。植物生长主要受N限制,因此在NSTEC东北区森林生态系统还不存在氮沉降而造成的森林生态系统氮饱和现象。   5)叶片N、P含量与N/P的关系   通过叶片N和P含量与叶片N/P的关系研究发现,不管是在全球尺度还是在区域尺度,热带还是温带,叶片P与叶片N/P的相关性均远高于叶片N与叶片N/P的相关性。这说明在全球范围内叶片P含量是控制着植物叶片N/P的关键因子,由此可以推测,相对于N而言,植物生长可能更容易受到P的限制。
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