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C, N, P stoichiometric characteristics of tree, shrub, herb leaves and litter in forest community of Shaanxi Province, China.

陕西省森林群落乔灌草叶片和凋落物C、N、P生态化学计量特征


研究陕西省121个森林群落中乔叶、灌叶、草叶和凋落物4个层次的C、N、P化学计量学特征及其变异性,分析了各层次间及其与地理因子间的关系.结果表明: 乔叶C、N含量最高,草叶P含量最高,凋落物C、N、P含量均最低.乔叶、灌叶、草叶和凋落物的C∶N∶P分别为439.4∶14.2∶1、599.2∶13.5∶1、416.5∶13.3∶1、504.8∶15.5∶1,乔叶、灌叶、草叶N∶P值差异不显著,但均与凋落物N∶P值差异显著,表明不同生活型活体植物叶片的N∶P值具有一定的稳定性.与N含量相比,C和P含量在各层次间表现出更好的相关性;C、N、P含量及其比值在草叶与乔叶之间较在灌叶与乔叶之间表现出更好的相关性;凋落物与乔叶和草叶之间C、N、P含量均表现出显著正相关,与灌叶只在P含量之间存在显著正相关.灌叶N、P含量随纬度增加而增加,草叶N、P含量随经度增加而降低,海拔对叶片和凋落物C、N、P含量及其比值的影响较小,只有乔叶N∶P与海拔之间存在显著负相关.各地理因子对草叶的影响大小表现为经度>纬度>海拔,对乔叶、灌叶和凋落物的影响大小表现为纬度>经度>海拔.

A total of 121 sampling sites were selected to study the C, N, P stoichiometric characteristics among the leaves of tree, shrub, herb and the litter of the majority forest community of Shaanxi Province, China. We also studied their relationships with geographical factors. The results showed that C, N concentrations were highest in tree leaf, P concentration was highest in herb leaf, and the C, N, P concentrations were lowest in litter. Leaf C:N:P ratios of tree, shrub, herb leaves and litter were 439.4:14.2:1, 599.2:13.5:1, 416.5:13.3:1, 504.8:15.5:1, respectively. The N:P ratios of tree, shrub and herb leaves were not significantly different, but they were all significantly higher than that of litter layer, indicating N:P ratio of different living life forms’ leaves was stable. Compared with N, C and P had better relationships in each layer, and the relationships of leaf C, N, P stoichiometry between tree and herb leaves were better than those between tree and shrub leaves. The correlations of C, N, P stoichiometry between litter and the tree or herb leaves were highly significantly positive, and the correlations of P stoichiometry between litter and shrub leaves were highly significantly positive. Shrub leaf N, P concentration increased with the increasing latitude, and herb leaf N, P concentrations decreased with the increasing longitude. Compared with the longitude and latitude, the effect of altitude was smaller, and only tree leaf N:P decreased with the increasing latitude. Multivariate linear regression analysis results showed that the influence of geographical factors on herb leaf was longitude > latitude > altitude, while was latitude > longitude >altitude for tree, shrub leaves and litter.


全 文 :陕西省森林群落乔灌草叶片和凋落物
C、N、P生态化学计量特征
姜沛沛1  曹  扬2,3  陈云明2,3∗
( 1西北农林科技大学林学院, 陕西杨凌 712100; 2西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室, 陕西杨
凌 712100; 3中国科学院水利部水土保持研究所, 陕西杨凌 712100)
摘  要  研究陕西省 121 个森林群落中乔叶、灌叶、草叶和凋落物 4 个层次的 C、N、P 化学计
量学特征及其变异性,分析了各层次间及其与地理因子间的关系.结果表明: 乔叶 C、N 含量
最高,草叶 P 含量最高,凋落物 C、N、P 含量均最低.乔叶、灌叶、草叶和凋落物的 C ∶ N ∶ P 分
别为 439.4 ∶ 14.2 ∶ 1、599.2 ∶ 13.5 ∶ 1、416.5 ∶ 13.3 ∶ 1、504.8 ∶ 15.5 ∶ 1,乔叶、灌叶、草叶 N ∶
P 值差异不显著,但均与凋落物 N ∶ P 值差异显著,表明不同生活型活体植物叶片的 N ∶ P 值
具有一定的稳定性.与 N含量相比,C和 P 含量在各层次间表现出更好的相关性;C、N、P 含量
及其比值在草叶与乔叶之间较在灌叶与乔叶之间表现出更好的相关性;凋落物与乔叶和草叶
之间 C、N、P 含量均表现出显著正相关,与灌叶只在 P 含量之间存在显著正相关.灌叶 N、P 含
量随纬度增加而增加,草叶 N、P 含量随经度增加而降低,海拔对叶片和凋落物 C、N、P 含量及
其比值的影响较小,只有乔叶 N ∶ P 与海拔之间存在显著负相关.各地理因子对草叶的影响大
小表现为经度>纬度>海拔,对乔叶、灌叶和凋落物的影响大小表现为纬度>经度>海拔.
关键词  乔木层; 灌木层; 草本层; 凋落物层; 叶片; 地理因子
本文由国家自然科学基金项目(41201088,41371506)、中国科学院西部之光项目(K301021304)、中国科学院陕西省森林固碳现状、速率和潜力
研究项目(XDA05050203⁃05)资助 This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (41201088,41371506), the West
Light Foundation of Chinese Academy of Sciences (K301021304), the Program of Current Situation, Rate and Potential of Carbon Sequestration in
Shaanxi Forest Ecosystem, Chinese Academy of Sciences (XDA05050203⁃05) .
2015⁃07⁃27 Received, 2015⁃12⁃13 Accepted.
∗通讯作者 Corresponding author. E⁃mail: ymchen@ ms.iswc.ac.cn
C, N, P stoichiometric characteristics of tree, shrub, herb leaves and litter in forest com⁃
munity of Shaanxi Province, China. JIANG Pei⁃pei1, CAO Yang2,3, CHEN Yun⁃ming2,3∗
( 1College of Forestry, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi, China;2 State Key
Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on Loess Plateau, Northwest A&F University,Yan⁃
gling 712100, Shaanxi, China; 3Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sci⁃
ences and Ministry of Water Resources, Yangling 712100, Shaanxi, China) .
Abstract: A total of 121 sampling sites were selected to study the C, N, P stoichiometric charac⁃
teristics among the leaves of tree, shrub, herb and the litter of the majority forest community of
Shaanxi Province, China. We also studied their relationships with geographical factors. The results
showed that C, N concentrations were highest in tree leaf, P concentration was highest in herb leaf,
and the C, N, P concentrations were lowest in litter. Leaf C:N:P ratios of tree, shrub, herb leaves
and litter were 439.4:14.2:1, 599.2:13.5:1, 416.5:13.3:1, 504.8:15.5:1, respectively. The
N:P ratios of tree, shrub and herb leaves were not significantly different, but they were all signifi⁃
cantly higher than that of litter layer, indicating N:P ratio of different living life forms’ leaves was
stable. Compared with N, C and P had better relationships in each layer, and the relationships of
leaf C, N, P stoichiometry between tree and herb leaves were better than those between tree and
shrub leaves. The correlations of C, N, P stoichiometry between litter and the tree or herb leaves
were highly significantly positive, and the correlations of P stoichiometry between litter and shrub
leaves were highly significantly positive. Shrub leaf N, P concentration increased with the increasing
latitude, and herb leaf N, P concentrations decreased with the increasing longitude. Compared with
应 用 生 态 学 报  2016年 2月  第 27卷  第 2期                                            http: / / www.cjae.net
Chinese Journal of Applied Ecology, Feb. 2016, 27(2): 365-372                    DOI: 10.13287 / j.1001-9332.201602.036
the longitude and latitude, the effect of altitude was smaller, and only tree leaf N:P decreased with
the increasing latitude. Multivariate linear regression analysis results showed that the influence of ge⁃
ographical factors on herb leaf was longitude > latitude > altitude, while was latitude > longitude >
altitude for tree, shrub leaves and litter.
Key words: tree layer; shrub layer; herb layer; litter layer; leaf; geographical factor.
    生态化学计量学是研究生态系统过程中多重化
学元素和能量平衡关系的一门学科,它强调的是活
的有机体及生态系统中主要组成元素碳(C)、氮
(N)和磷(P)等的相互计量关系[1] .植物结构性元
素 C 和限制性元素 N、P 相互作用,调节植物的生
长,在植物体内存在功能上的联系,因此研究植物叶
片 C、N、P 的平衡关系对于认识生态系统碳汇潜力、
区域的养分限制状况及其对全球变化的响应具有重
要意义[2-4] .
目前,对森林群落乔灌草结构间联系的研究主
要集中在物种组成和垂直结构特征[5-7],而对其化
学计量特征关系重视不足,且对森林群落乔灌草 C、
N、P 化学计量特征的研究多局限于对乔木层或对
乔木层和凋落物层的研究[8-11],对灌木层、草本层和
凋落物层等林下层次的研究较少.一般认为,在大尺
度上,叶片 N、P 含量随着纬度的降低和年均温的增
加而降低,N ∶ P 随纬度的降低和年均温的增加而
增加[10,12-14] .然而,Wu 等[15]认为,植物叶片化学计
量特征与经纬度之间存在非线性关系;Zheng 等[16]
在黄土高原地区的研究中发现,N、P 含量与纬度、
温度和降雨量均不存在明显相关性,而 N ∶ P 随着
纬度的升高、温度和降雨量的减少而明显增加.可
见,关于植物叶片 C、N、P 化学计量特征对地理因子
的响应机制存在争议,需要进一步研究.
全国第九次森林资源清查结果显示,陕西省现
有林地面积 887×104 hm2,森林覆盖率达 43.1%;天
然林面积 562×104 hm2,天然林蓄积 43454×104 m3;
人工林面积 247×104 hm2,人工林蓄积 4413×104 m3,
具有重要的生态系统服务价值.因此,本研究选取陕
西省 121个森林群落作为采样点,研究了乔叶、灌叶、
草叶和凋落物 4个层次的 C、N、P 化学计量学特征及
其变异性,探讨各层次间及其与地理因子间的关系,
以期为区域尺度元素化学计量学特征、植被地理模型
与生物地球化学循环模型的融合提供基础数据.
1  研究地区与研究方法
1􀆰 1  研究区概况
陕西省位于中国西北地区(31°42′—39°35′ N,
105°29′—111°15′ E),面积 20.58×104 km2,地处中
国地形三大阶梯中的第二阶梯,气候从北到南纵跨
温带、暖温带和北亚热带三大气候带,为典型的大陆
性季风气候[17] .南北气候差异较大,陕南属北亚热
带气候,关中及陕北大部属暖温带气候,陕北北部长
城沿线属中温带气候.年降水量为 320~1400 mm,由
北向南递增,降水量主要集中在夏季.境内的秦岭、
巴山地区,山体高大地形复杂,森林植物种类丰
富[18] .陕西省森林覆盖率位居西北 5 省之最,主要
分布在秦岭、巴山、关山、桥山和黄龙山 5大林区,主
要乔木类型有栎类(Quercus spp.)、云杉(Picea aspe⁃
rata)、冷杉(Abies fabri)、油松(Pinus tabuliformis)、
樟子松(Pinus sylvestnis var. mongolica)、落叶松(Lar⁃
ix principis⁃rupprechtii)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、
侧柏(Platycladus orientalis)等[17-19] .
1􀆰 2  研究方法
依据陕西省森林类型、各类型森林面积、蓄积构
成及其地域分布权重,利用数字地图提取样点经纬
度信息,并通过现场 GPS 精确定位得到 121 个样
点,每个样点设置 3 块样地,样地面积 20 m×50 m,
样点分布见图 1.
1􀆰 3  植物样品采集
于 2011年 7月进行野外调查采样,记录样地的
经纬度、海拔、坡向与坡度等信息,对各样地的乔叶、
图 1  样点分布
Fig.1  Distribution of sampling sites.
663 应  用  生  态  学  报                                      27卷
灌叶、草叶和凋落物 4个层次进行取样.在每个样地
内随机取 3~5株优势种样木采摘乔木叶片并混匀;
在样地内按对角线法选择 3个有代表性的 2 m×2 m
样方,收获样方内所有灌叶混装;在样地内按对角线
法选取 3个有代表性的 1 m×1 m样方,收获样方内
所有草本植物叶片并混匀;在样地内沿对角线设置
1 m × 1 m样方 3 个,收集样方内所有凋落物混匀.
各层次均取 300 g 样品装入档案袋,带回实验室.共
采集乔叶样品 363 份、灌叶样品 304 份、草叶样品
355份、凋落物样品 363份.
1􀆰 4  测定项目与方法
所有样品均在 85 ℃下烘干至恒量,称生物量.
所有样品用粉粹机磨碎,过 0.25 mm筛,装入塑封袋
中备用.植物样品 C、N、P 含量分别采用重铬酸钾硫
酸氧化法、半微量凯氏法和钼锑抗比色法测定.
1􀆰 5  数据处理
为使数据更好地满足正态分布,对乔叶、灌叶、
草叶和凋落物 4 个层次的 C、N、P 含量及比值进行
以 10为底的对数转化[12],通过 K⁃S 单个样本检验,
满足正态分布后,进行 one⁃way ANVOA单因素方差
分析.首先检验数据方差齐性,若方差为齐性,用
LSD法进行多重比较;若方差为非齐性,则用 Tam⁃
hane’ s T2 法进行多重比较[16] .对陕西省森林群落
乔叶、灌叶、草叶和凋落物 4 个层次内 C、N、P 含量
和层次间 C、N、P 含量及其比值两两之间的关系,层
次间 C、N、P 含量及其比值与地理因子之间的关系,
进行 Pearson 相关分析.以各层次 C、N、P 含量及其
比值为因变量,纬度、经度、海拔等为自变量进行多
元线性回归分析.利用 SPSS 19.0软件进行数据统计
分析.图表中数据为平均值±标准差.
2  结果与分析
2􀆰 1  乔灌草叶片与凋落物 C、N、P 含量及其化学计
量比的统计特征
由表 1 可以看出,乔叶、灌叶、草叶和凋落物
4个层次的C含量差异显著,表现为乔叶(465.03±
35􀆰 12) mg·g-1>灌叶(448.19±31.46) mg·g-1>草
叶(418.30±34.19) mg·g-1>凋落物(367.40±67.86)
mg·g-1;乔叶 N 含量为(17.07±5.76) mg·g-1,显
著高于林下其他层次,灌叶(13.79±6.83) mg·g-1
与草叶(15.02±6.28) mg·g-1N含量差异不显著,活
体植物叶片的 N 含量均显著高于凋落物 N 含量
(12.03±3.35) mg·g-1;草叶 P 含量(1.34±0.82)
mg·g-1最高,且与乔叶 P 含量(1.30±0.58) mg·g-1
差异不显著,两者均显著高于灌叶 P 含量(1. 11 ±
0􀆰 56) mg·g-1,活体植物叶片 P 含量均显著高于凋
落物 P 含量(0.87±0.33) mg·g-1 .各层次 P 含量的
变异系数最大,C含量的变异系数最小.
    灌叶 C ∶ N(44.42±1.66)最高,显著高于其他 3
个层次,且乔叶 C ∶ N(31. 01 ± 0. 67)、草叶 C ∶ N
(31􀆰 41±0.66)和凋落物 C ∶ N(32.65±0.55)差异不
显著;灌叶 C ∶ P (523. 25 ± 16. 45)和凋落物 C ∶ P
(503.51±18.03)显著高于乔叶 C ∶ P(416.16±8.77)
和草叶 C ∶ P(402.9±11.32),其中灌叶 C ∶ P 与凋
落物 C ∶ P 差异不显著,乔叶 C ∶ P 与草叶 C ∶ P 差
异不显著;凋落物 N ∶ P(15.46±0.39)最高,显著高
于其他 3 个层次,且乔叶 N ∶ P(14.17±0.23)、灌叶
N ∶ P(13.49±0􀆰 33)和草叶 N ∶ P(13.26±0.42)差异
不显著(图 2).
图 2  乔灌草叶片与凋落物 C、N、P 生态化学计量比
Fig.2  C, N, P stoichiometry of tree, shrub, herb leaves and
litter.
Ⅰ: 乔叶 Tree leaf; Ⅱ:灌叶 Shrub leaf; Ⅲ:草叶Herb leaf; Ⅳ:凋落
物 Litter. 下同 The same below. 不同字母表示差异显著(P<0.05)Dif⁃
ferent letters meant significant difference at 0.05 level.
表 1  乔灌草叶片与凋落物 C、N、P含量
Table 1  C, N, P concentrations of tree, shrub, herb leaves and litter
组分
Component

平均值
Mean (mg·g-1)
变异系数
CV

平均值
Mean (mg·g-1)
变异系数
CV

平均值
Mean (mg·g-1)
变异系数
CV
乔叶 Tree leaf 465.03±35.12a 0.08 17.06±5.76a 0.34 1.30±0.58a 0.45
灌叶 Shrub leaf 448.19±31.46b 0.07 13.79±6.83b 0.50 1.11±0.56b 0.50
草叶 Herb leaf 418.30±34.19c 0.08 15.02±6.28b 0.42 1.34±0.82a 0.61
凋落物 Litter 367.40±67.86d 0.18 12.03±3.35c 0.28 0.87±0.33c 0.38
同列不同字母表示差异显著(P<0.05)Different letters in the same column meant significant difference at 0.05 level.
7632期                  姜沛沛等: 陕西省森林群落乔灌草叶片和凋落物 C、N、P 生态化学计量特征       
2􀆰 2  乔灌草叶片与凋落物 C、N、P 含量及其化学计
量比的相关性
由图 3可以看出,C 含量与 N、P 含量在乔叶和
草叶中呈显著负相关,在灌叶中相关性不显著,在凋
落物中 C 含量与 N 含量呈显著正相关;N 含量与 P
含量在乔叶、灌叶、草叶和凋落物中均呈显著正
相关.
由表 2可以看出,乔叶与草叶、乔叶与凋落物、
草叶与凋落物之间,C、N、P 含量及其比值均呈显著
正相关;在乔叶与灌叶和灌叶与草叶之间,C、P 含量
和 C ∶ P、N ∶ P 存在显著的正相关;在灌叶与凋落物
之间,P 含量、C ∶ P、N ∶ P 存在显著正相关.
2􀆰 3  地理因子对乔灌草叶片与凋落物 C、N、P 含量
及化学计量比的影响
由表 3可以看出,与经纬度相比,海拔对叶片与
凋落物 C、N、P 含量及其比值的影响较小,只有乔叶
N ∶ P 与海拔呈显著负相关.叶片和凋落物与纬度的
关系中,灌叶与纬度的关系最紧密,其 C 含量和
C ∶ N、C ∶ P 与纬度均呈显著负相关,N、P 含量和
N ∶ P与纬度均呈显著正相关;乔叶C含量和C ∶ N
图 3  层次内乔灌草叶片与凋落物 C、N、P 含量的相关性
Fig.3  Correlations of tree, shrub, herb leaves and litter C, N, P concentrations in the same layer.
表 2  层次间乔灌草叶片与凋落物 C、N、P含量及化学计量的相关系数
Table 2  Correlation coefficients among tree, shrub, herb leaves and litter C, N, P stoichiometry in different layers
lgC lgN lgP lg(C:N) lg(C:P) lg(N:P)
乔叶与灌叶 Between tree and shrub leaves 0.312∗∗ -0.023 0.236∗∗ -0.012 0.233∗∗ 0.183∗∗
乔叶与草叶 Between tree and herb leaves 0.355∗∗ 0.267∗∗ 0.451∗∗ 0.304∗∗ 0.472∗∗ 0.280∗∗
乔叶与凋落物 Between tree leaf and litter 0.272∗∗ 0.331∗∗ 0.404∗∗ 0.508∗∗ 0.435∗∗ 0.205∗∗
灌叶与草叶 Between shrub and herb leaves 0.221∗ 0.052 0.338∗∗ 0.033 0.312∗∗ 0.388∗∗
灌叶与凋落物 Between shrub leaf and litter 0.097 0.037 0.271∗∗ 0.069 0.272∗∗ 0.170∗∗
草叶与凋落物 Between herb leaf and litter 0.135∗∗ 0.394∗∗ 0.454∗∗ 0.354∗∗ 0.384∗∗ 0.317∗∗
∗P<0.05; ∗∗P<0.01. 下同 The same below.
863 应  用  生  态  学  报                                      27卷
表 3  乔灌草叶片与凋落物 C、N、P含量及化学计量比与地理因子的相关系数
Table 3  Correlation coefficients among tree, shrub, herb leaves and litter stoichiometry and geographical factors
项目
Item
组分
Component
lgC lgN lgP lg(C:N) lg(C:P) lg(N:P)
纬度 乔叶 Tree leaf -0.213∗∗ 0.088 -0.046 -0.123∗ 0.002 0.129∗
Latitude 灌叶 Shrub leaf -0.182∗∗ 0.336∗∗ 0.229∗∗ -0.352∗∗ -0.250∗∗ 0.158∗∗
草叶 Herb leaf -0.103 -0.082 -0.131∗ 0.052 0.107∗ 0.087
凋落物 Litter -0.424∗∗ -0.145∗∗ -0.023 -0.154∗∗ -0.174∗∗ -0.081
经度 乔叶 Tree leaf -0.015 -0.037 -0.086 0.031 0.077 0.052
Longitude 灌叶 Shrub leaf -0.118∗ -0.086 -0.078 -0.069 0.059 -0.019
草叶 Herb leaf 0.025 -0.151∗∗ -0.227∗∗ 0.147∗∗ 0.219∗∗ 0.145∗∗
凋落物 Litter -0.268∗∗ -0.063 -0.138∗∗ -0.122∗ -0.004 0.099
海拔 乔叶 Tree leaf 0.071 -0.085 0.097 0.092 -0.077 -0.178∗∗
Altitude 灌叶 Shrub leaf 0.036 0.023 0.056 -0.018 -0.049 -0.033
草叶 Herb leaf 0.050 0.046 0.064 -0.031 -0.052 -0.038
凋落物 Litter 0.015 0.076 0.02 -0.055 -0.01 0.035
表 4  乔灌草叶片与凋落物 C、N、P含量及其比值各影响因
子偏相关系数
Table 4  Partial correlation coefficients of factors influen⁃
cing tree, shrub, herb leaves and litter C, N, P stoichio⁃
metry
组分
Component
纬度
Latitude
经度
Longitude
海拔
Altitude
常数
Constant
R2
Ⅰ lgC -0.017 -0.013 -4.749×10-5 2.092 0.029
lgN 0.017 0.003 1.192×10-5 2.588 0.062
lgP - - - - -
lg(C:N) -0.024 0.016 5.941×10-5 0.496 0.034
lg(C:P) - - - - -
lg(N:P) 0.023 -0.005 -8.762×10-5 0.998 0.057
Ⅱ lg C -0.005 -0.001 5.674×10-6 2.962 0.209
lgN 0.085 -0.045 -7.815×10-5 3.025 0.162
lgP 0.051 -0.030 -2.746×10-5 1.512 0.075
lg(C:N) -0.090 0.044 8.383×10-5 -0.243 0.170
lg(C:P) -0.055 0.028 3.313×10-5 1.450 0.082
lg(N:P) 0.034 -0.016 -5.070×10-5 1.693 0.039
Ⅲ lgC -0.005 0.003 8.632×10-6 0.013 0.024
lgN -0.005 -0.015 1.326×10-5 2.973 0.025
lgP -0.012 -0.034 2.795×10-5 4.121 0.057
lg(C:N) - - - - -
lg(C:P) 0.007 0.037 -1.932×10-5 -1.681 0.050
lg(N:P) 0.007 0.018 -1.470×10-5 1.426 0.035
Ⅳ lgC -0.027 -0.008 2.307×10-5 4.362 0.205
lgN -0.016 0.001 3.416×10-5 1.426 0.035
lgP - - - - -
lg(C:N) -0.012 -0.010 -1.109×10-5 2.936 0.030
lg(C:P) -0.031 0.013 2.309×10-5 2.304 0.037
lg(N:P) -0.019 0.022 3.418×10-5 -0.632 0.025
Ⅰ: 乔叶 Tree leaf; Ⅱ:灌叶 Shrub leaf; Ⅲ:草叶Herb leaf; Ⅳ:凋落
物 Litter. - 未经过显著性检验 Not pass the test of significance.
与纬度呈显著负相关,N ∶ P 与纬度呈显著正相关;
草叶 P 含量与纬度呈显著负相关,C ∶ P 与纬度呈
显著正相关;凋落物 C、N 含量和 C ∶ N、C ∶ P 与纬
度均呈显著负相关.叶片和凋落物与经度的关系中,
草叶与经度的关系最紧密,其 N、P 含量与经度呈显
著负相关,C ∶ N、C ∶ P、N ∶ P 与经度呈显著正相
关;乔叶的 C、N、P 含量及化学计量比与经度没有显
著相关性;灌叶中只有 C 含量与经度呈显著负相
关;凋落物 C、P 含量和 C ∶ N与经度呈显著负相关.
由表 4可以看出,除乔叶 P 含量和 C ∶ P 与各
影响因子未通过显著性检验外,乔叶和灌叶中 C、N、
P 含量及其比值的偏相关系数均表现为 |纬度 | > |经
度 | > |海拔 | ,所以地理因子对 C、N、P 含量及其比值
的影响大小表现为纬度>经度>海拔;草叶中 C ∶ N
与各影响因子未通过显著性检验,对 C 含量的影响
大小表现为纬度>经度>海拔,对 N、P 含量和 C ∶ P、
N ∶ P 的影响大小表现为经度>纬度>海拔;凋落物
中 P 含量与各影响因子未通过显著性检验,对N ∶ P
的影响大小表现为经度>纬度>海拔,对 C、N含量和
C ∶ N、C ∶ P 的影响大小表现为纬度>经度>海拔,这
与相关分析的结果基本一致.
3  讨    论
3􀆰 1  乔灌草叶片与凋落物 C、N、P 含量及化学计量
比统计特征
本研究中,乔木叶片 N含量为 17.06 mg·g-1,P
含量为 1.30 mg·g-1,明显低于中国区域的 N 含量
(20.2 mg·g-1)和 P 含量(1.46 mg·g-1) [14]以及全
球尺度的 N 含量(20. 6 mg·g-1)和 P 含量(1. 99
mg·g-1) [20] .在较小区域尺度上,植物叶片 N、P 含
量存在较大变异性,如本研究中乔木叶片 N、P 含量
均高于浙江天童山 32 种乔木叶片 N 含量(16. 06
mg·g-1)和 P 含量(0.86 mg·g-1) [21],低于北京及
周边地区乔木叶片的 N含量(26.2 mg·g-1)和 P 含
量(1.7 mg·g-1) [22],这可能是因为从天童山、本研
9632期                  姜沛沛等: 陕西省森林群落乔灌草叶片和凋落物 C、N、P 生态化学计量特征       
究区到北京及周边地区纬度逐渐增加,这与以往大
尺度研究[12,14]中得到的叶片 N、P 含量随纬度增加
而增加的结论一致.本研究中,乔木叶片 N ∶ P 为
14􀆰 17,高于 Elser等[20]和 McGroddy 等[23]在全球范
围内的研究结果,与 Zheng 等[16]在黄土高原地区和
Han等[14]在全国范围内的研究结果一致,这可能与
中国土壤中 P 含量普遍较低有关;叶片 C ∶ N、C ∶
P、N ∶ P 略高于任书杰等[10]在中国东部南北样带森
林群落得到的 C ∶ N(29.1)、C ∶ P (313.9)、N ∶ P
(11.5),一般认为低的 C ∶ P 和 N ∶ P 表征植物较快
的生长速率[24],表明中国东部南北样带森林群落比
陕西省森林群落具有更高的生长速率.本研究中,凋
落物 C ∶ N、C ∶ P 和 N ∶ P 分别为 32.65、503.51、
15􀆰 46,低于 McGroddy等[23]对全球范围森林凋落物
的研究结果;C ∶ N、C ∶ P 低于长白山温带针阔混交
林[8],高于天童山栲群落[25]的结果,N ∶ P 则高于王
晶苑等[8]、低于马文济等[25]的研究结果.一般认为,
较低的凋落物 C ∶ N 具有较高的分解速率[3];本研
究中 C ∶ N 较低,表明该地区具有较高的分解速率.
本研究中,C、N、P 含量中 C 含量的变异系数最小,
表明富 C结构性物质含量相对稳定,而富 N、P 功能
性物质和贮藏性物质变化较大[26-27] .Zheng 等[16]和
Han等[14]认为,N和 P 共同参与植物体内的各种代
谢活动,在植物体内表现出高度的相关性,受外界环
境的影响相同,导致不同生活型之间的 N ∶ P 差异
不显著,这与本研究中活体植物叶片 N ∶ P 差异不
显著一致.
3􀆰 2  乔灌草叶片与凋落物 C、N、P 含量及化学计量
比的相关性分析
C与 N、P 含量在乔叶和草叶中均呈显著负相
关,在灌叶中虽然没有显著相关性,但 N、P 含量亦
随 C 含量增加而减少,表明植物叶片养分在用于结
构建成与植物快速生长之间的分配较为矛盾[16];而
N与 P 含量在各层次均呈显著正相关,表明 N、P 在
植物体内表现出高度的一致性.与 N含量相比,C 和
P 含量在各层次间表现出更好的相关性,这可能是
因为结构性的 C 和作为遗传物质核酸的重要组成
元素 P 在各层次具有相似性,表明植物在进化过程
中保持了一定的稳定性.林下草本与灌木相比,与乔
木 C、N、P 含量及其比值具有更好的相关性,这可能
是因为灌木受乔木层遮阴影响了其光合作用,而草
本更易在乔木叶片空隙下的阳光中生长,表明森林
群落林下植被中草本具有更强的竞争力.植物通过
光合作用固定 C,并以凋落物的形式将 C、N和 P 等
养分补给土壤,凋落物及其分解过程是联系植被和
土壤的纽带[11],因此,凋落物层与乔木层和草本层
呈显著正相关,但与灌木层之间只与 P 含量呈显著
正相关的原因,需进一步分析.
3􀆰 3  地理因子对乔灌草叶片与凋落物 C、N、P 含量
及化学计量特征的影响
本研究中,灌叶 N、P 含量随纬度增加而增加,
这与 Han等[14]在中国草地生态系统、任书杰等[10]
在中国东部南北样带和 Reich 等[12]在全球范围内
的研究结论基本一致,可以用“温度⁃植物生理假说”
解释,随着纬度的增加和温度的降低,植物会以增加
体内 N、P 含量来抵消温度降低导致的生理活性的
下降;灌叶 N ∶ P 也随纬度增加而增加,这与 Reich
等[12]、Kerkhoff等[13]认为的全球尺度叶片 N ∶ P 随
纬度增加而降低的结论矛盾,但与 Zheng 等[16]对黄
土高原区的研究结果一致.凋落物 N、C ∶ P 随纬度
增加而降低,这与 Yuan等[28]认为的衰老叶片中 N、
C ∶ P 随温度增加而增加的结论基本一致,但本研究
中凋落物 C ∶ N 也随着纬度的增加而降低,这与该
研究中衰老叶片 C ∶ N随温度增加而降低的结论矛
盾.草叶 N、P 含量随经度升高而下降,这与丁小慧
等[29]在呼伦贝尔草地的研究结果一致,反映出植物
N、P 含量沿水分梯度的变化趋势,即 N、P 含量随着
降雨量的增加而降低[29] .乔叶 N ∶ P 随着海拔升高
而降低,这与 Kang 等[30]在欧洲区域得出的结论一
致,其他各层次与海拔均不存在显著相关性,这可能
与本研究尺度和所选样地的海拔分布范围较小有
关.乔叶、灌叶、草叶与纬度、经度和海拔的关系不尽
相同,其中灌叶与纬度关系最紧密,草叶与经度关系
最紧密(表 3);多元线性回归分析表明,各地理因子
对草叶的影响大小表现为经度>纬度>海拔,对乔
叶、灌叶、凋落物的影响大小表现为纬度>经度>海
拔(表 4),与相关分析结果基本一致,表明不同生活
型植物具有不同的生活策略,有助于更好地分配森
林群落中的各种资源.
4  结    论
本研究中,乔叶 C、N 含量最高,草叶 P 含量最
高,凋落物 C、N、P 含量均表现为最低.乔叶、灌叶、
草叶 N ∶ P 差异不显著,但均与凋落物 N ∶ P 差异显
著,表明不同生活型活体植物叶片 N ∶ P 具有一定
的稳定性.林下草本比灌木与乔木 C、N、P 含量及其
比值具有更好的相关性,表明林下植被中草本层有
更强的竞争力.相关分析表明,乔叶、灌叶、草叶与纬
073 应  用  生  态  学  报                                      27卷
度、经度和海拔的关系不尽相同,其中灌叶与纬度关
系最紧密,草叶与经度关系最紧密;多元线性回归分
析表明,各地理因子对草叶的影响大小表现为经度
>纬度>海拔,对乔叶、灌叶、凋落物的影响大小表现
为纬度>经度>海拔,表明不同生活型植物具有不同
的生活策略,有助于更好地分配森林群落中的各种
资源.
参考文献
[1]  He J⁃S (贺金生), Han X⁃G (韩兴国). Ecological
stoichiometry: Searching for unifying principles from in⁃
dividuals to ecosystems. Chinese Journal of Plant Ecolo⁃
gy (植物生态学报), 2010, 34(1): 2- 6 ( in Chi⁃
nese)
[2]  Elser JJ, Bracken MES, Cleland EE, et al. Global analy⁃
sis of nitrogen and phosphorus limitation of primary pro⁃
ducers in freshwater, marine and terrestrial ecosystems.
Ecology Letters, 2007, 10: 1135-1142
[3]  Wang S⁃Q (王绍强), Yu G⁃R (于贵瑞). Ecological
stoichiometry characteristics of ecosystem carbon, nitro⁃
gen and phosphorus elements. Acta Ecologica Sinica (生
态学报), 2008, 28(8): 3937-3947 (in Chinese)
[4]   He JS, Fang JY, Wang ZH, et al. Stoichiometry and
large⁃scale patterns of leaf carbon and nitrogen in the
herbland biomes of China. Oecologia, 2006, 149: 115-
122
[5]  Zheng H⁃F (郑海峰), Chen L⁃D (陈利顶), Yu H⁃B
(于洪波). Spatial allocation of tree, shrub and herb
plants in hilly area of the Loess Plateau: A case study of
Dingxi, Gansu Province. Geographical Research (地理
研究), 2007, 26(1): 101-110 (in Chinese)
[6]  Kuang X (匡  旭), Xing D⁃L (邢丁亮), Zhang Z⁃C
(张昭臣), et al. Species composition and community
structure of a spruce⁃fir forest and a larch forest on the
northern slope of Changbai Mountains, Northeast China.
Chinese Journal of Applied Ecology (应用生态学报),
2014, 25(8): 2149-2157 (in Chinese)
[7]  Zhu B (朱  彪), Chen A⁃P (陈安平), Liu Z⁃L (刘
增力), et al. Plant community composition and tree
species diversity on eastern and western Nanling
Mountains, China. Biodiversity Science (生物多样性),
2004, 12(1): 53-62 (in Chinese)
[8]  Wang J⁃Y (王晶苑), Wang S⁃Q (王绍强), Li R⁃L
(李纫兰), et al. C: N: P stoichiometric characteristics
of four forest types’ dominant tree species in China.
Chinese Journal of Plant Ecology (植物生态学报),
2011, 35(6): 587-595 (in Chinese)
[9]  Yan E⁃R (阎恩荣), Wang X⁃H (王希华), Guo M
(郭  明), et al. C:N:P stoichiometry across evergreen
broad⁃leaved forests, evergreen coniferous forests and
deciduous broad⁃leaved forests in the Tiantong region,
Zhejiang Province, eastern China. Chinese Journal of
Plant Ecology (植物生态学报), 2010, 34(1): 48-
57 (in Chinese)
[10]  Ren S⁃J (任书杰), Yu G⁃R (于贵瑞), Jiang C⁃M
(姜春明), et al. Stoichiometric characteristics of leaf
carbon, nitrogen, and phosphorus of 102 dominant spe⁃
cies in forest ecosystems along the North⁃South Transect
of East China. Chinese Journal of Applied Ecology (应用
生态学报), 2012, 23(3): 581-586 (in Chinese)
[11]  Yang J⁃J (杨佳佳), Zhang X⁃R (张向茹), Ma L⁃S
(马露莎), et al. Ecological stochiometric relationships
between components of Robinia pseudoacacia forest in
Loess Plateau. Acta Pedologica Sincia (土壤学报),
2014, 51(1): 133-142 (in Chinese)
[12]  Reich PB, Oleksyn J. Global patterns of plant leaf N
and P in relation to temperature and latitude. Procee⁃
dings of the National Academy of Sciences of the United
States of America, 2004, 101: 11001-11006
[13]  Kerkhoff AJ, Enquist BJ, Elser JJ, et al. Plant allome⁃
try, stoichiometry and the temperature dependence of
primary productivity. Global Ecology and Biogeography,
2005, 14: 585-598
[14]  Han WX, Fang JY, Guo DL, et al. Leaf nitrogen and
phosphorus stoichiometry across 753 terrestrial plant
species in China. New Phytologist, 2005, 168: 377 -
385
[15]   Wu TG, Yu MK, Wang GG, et al. Leaf nitrogen and
phosphorus stoichiometry across forty⁃two woody species
in Southeast China. Biochemical Systematics and Ecolo⁃
gy, 2012, 44: 255-263
[16]  Zheng SX, Shangguan ZP. Spatial patterns of leaf nutri⁃
ent traits of the plants in the Loess Plateau of China.
Trees, 2007, 191: 279-293
[17]  Ma C⁃X (马长欣), Liu J⁃J (刘建军), Kang B⁃W (康
博文), et al. Evaluation of forest ecosystem carbon fixa⁃
tion and oxygen release services in Shaanxi Province
from 1999 to 2003. Acta Ecologica Sinica (生态学报),
2010, 30(6): 1412-1422 (in Chinese)
[18]  Ma Q (马   琪), Liu K (刘   康), Zhang H (张  
慧). Carbon storage by forest vegetation and its spatial
distribution in Shaanxi. Resource Science (资源科学),
2012, 34(9): 1781-1789 (in Chinese)
[19]  Cao Y (曹  扬), Chen Y⁃M (陈云明), Qu M (渠 
美). Dynamic change of carbon storage, production and
value of carbon capture and oxygen release by forest in
Shaanxi province. Journal of Northwest A&F University
(Natural Science) (西北农林科技大学学报: 自然科
学版), 2013, 41(5): 113-120 (in Chinese)
[20]  Elser JJ, Fagan WF, Denno RF, et al. Nutritional con⁃
straints in terrestrial and freshwater food webs. Nature,
2000, 408: 578-580
[21]  Huang J⁃J (黄建军), Wang X⁃H (王希华). Leaf nu⁃
trient and structural characteristics of 32 evergreen
broad⁃leaved species. Journal of East China Normal
University (Natural Science) (华东师范大学学报: 自
然科学版), 2003(1): 92-97 (in Chinese)
[22]  Han W⁃X (韩文轩), Wu Y (吴  漪), Tang L⁃Y (汤
璐瑛). Leaf carbon, nitrogen and phosphorus stoichio⁃
metry across plant species in Beijing and its periphery.
Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis (北
1732期                  姜沛沛等: 陕西省森林群落乔灌草叶片和凋落物 C、N、P 生态化学计量特征       
京大学学报: 自然科学版), 2009, 45(5): 855-860
(in Chinese)
[23]  McGroddy ME, Daufresne T, Hedin LO. Scaling of
C:N:P stoichiometry in forests worldwide: Implications
of terrestrial Redfield⁃type ratios. Ecology, 2004, 85:
2390-2401
[24]  Elser JJ, Acharya K, Kyle M, et al. Growth rate⁃stoi⁃
chiometry couplings in diverse biota. Ecology Letters,
2003, 6: 936-943
[25]  Ma W⁃J (马文济), Zhao Y⁃T (赵延涛), Zhang Q⁃Q
(张晴晴), et al. C ∶ N ∶ P stoichiometry in forest floor
litter of evergreen broad⁃leaved forests at different suc⁃
cessional stages in Tiantong, Zhejiang, Eastern China.
Chinese Journal of Plant Ecology (植物生态学报),
2014, 38(8): 833-842 (in Chinese)
[26]  Kerkhoff AJ, Fagan WF, Elser JJ, et al. Phylogenetic
and growth form variation in the scaling of nitrogen and
phosphorus in the seed plants. American Naturalist,
2006, 168: 103-122
[27]  Sterner RW, Elser JJ. Ecological Stoichiometry: The Bi⁃
ology of Elements from Molecules to the Biosphere. Prin⁃
ceton: Princeton University Press, 2002
[28]   Yuan ZY, Chen HYH. Global trends in senesced⁃leaf
nitrogen and phosphorus. Global Ecology and Biogeogra⁃
phy, 2009, 18: 532-542
[29]  Ding X⁃H (丁小慧), Luo S⁃Z (罗淑政), Liu J⁃W
(刘金巍), et al. Longitude gradient changes on plant
community and soil stoichiometry characteristics of herb⁃
land in Hulunbeir. Acta Ecologica Sinica (生态学报),
2012, 32(11): 3467-3476 (in Chinese)
[30]  Kang HZ, Xin ZJ, Berg B, et al. Global pattern of leaf
litter nitrogen and phosphorus in woody plants. Annals of
Forest Science, 2010, 67: 811
作者简介  姜沛沛,女,1990年生,硕士研究生. 主要从事森
林生态和水土保持研究. E⁃mail: peipei769049728@ 126.com
责任编辑  孙  菊
姜沛沛, 曹扬, 陈云明. 陕西省森林群落乔灌草叶片和凋落物 C、N、P 生态化学计量特征. 应用生态学报, 2016, 27(2): 365-
372
Jiang P⁃P, Cao Y, Chen Y⁃M. C, N, P stoichiometric characteristics of tree, shrub, herb leaves and litter in forest community of
Shaanxi Province, China. Chinese Journal of Applied Ecology, 2016, 27(2): 365-372 (in Chinese)
273 应  用  生  态  学  报                                      27卷