全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 11 期摇 摇 2012 年 6 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
黑龙江省大兴安岭林区火烧迹地森林更新及其影响因子 蔡文华,杨摇 健,刘志华,等 (3303)…………………
基于 B鄄IBI指数的温榆河生态健康评价 杨摇 柳,李泳慧,王俊才,等 (3313)……………………………………
川西亚高山暗针叶林不同恢复阶段红桦、岷江冷杉土壤种子损耗特征 马姜明,刘世荣,史作民,等 (3323)…
老龄阔叶红松林下层木空间分布的生境关联分析 丁胜建,张春雨,夏富才,等 (3334)…………………………
内蒙古高原荒漠区四种锦鸡儿属植物灌丛沙包形态和固沙能力比较 张媛媛,马成仓,韩摇 磊,等 (3343)……
角果藜的生长动态及其生殖配置 全杜娟,魏摇 岩,周晓青,等 (3352)……………………………………………
基于 MODIS / NDVI时间序列的森林灾害快速评估方法———以贵州省为例
侍摇 昊,王摇 笑,薛建辉,等 (3359)
……………………………………
……………………………………………………………………………
祁连山西水林区土壤阳离子交换量及盐基离子的剖面分布 姜摇 林,耿增超,李珊珊,等 (3368)………………
水分和温度对春玉米出苗速度和出苗率的影响 马树庆,王摇 琪,吕厚荃,等 (3378)……………………………
施氮对水稻土 N2O释放及反硝化功能基因(narG / nosZ)丰度的影响 郑摇 燕,侯海军,秦红灵,等 (3386)……
中国西北潜在蒸散时空演变特征及其定量化成因 曹摇 雯,申双和,段春锋 (3394)……………………………
基于植被降水利用效率和 NDVI的黄河上游地区生态退化研究 杜加强,舒俭民,张林波 (3404)……………
异速生长法计算秋茄红树林生物量 金摇 川,王金旺,郑摇 坚,等 (3414)…………………………………………
乌兰布和沙漠沙蒿与油蒿群落的物种组成与数量特征 马全林,郑庆中,贾举杰,等 (3423)……………………
不同光强下单叶蔓荆的光合蒸腾与离子累积的关系 张摇 萍,刘林德,柏新富,等 (3432)………………………
浑善达克沙地沙地榆种子雨的扩散规律 谷摇 伟,岳永杰,李钢铁,等 (3440)……………………………………
咸水灌溉对沙土土壤盐分和胡杨生理生长的影响 何新林,陈书飞,王振华,等 (3449)…………………………
外源 NO对 NaHCO3 胁迫下黑麦草幼苗光合生理响应的调节 刘建新,王金成,王摇 鑫,等 (3460)……………
呼伦贝尔草地植物群落与土壤化学计量学特征沿经度梯度变化 丁小慧,罗淑政,刘金巍,等 (3467)…………
海南稻田土壤硒与重金属的含量、分布及其安全性 耿建梅,王文斌,温翠萍等 (3477)…………………………
江苏省典型区农田土壤及小麦中重金属含量与评价 陈京都,戴其根,许学宏,等 (3487)………………………
应用稳定同位素研究广西东方洞食物网结构和营养级关系 黎道洪,苏晓梅 (3497)……………………………
利用细胞计数手段和 DGGE技术分析松花江干流部分地区的细菌种群多样性
屠摇 腾,李摇 蕾,毛冠男,等 (3505)
………………………………
……………………………………………………………………………
中国主要入海河流河口集水区划分与分类 黄金良,李青生,黄摇 玲,等 (3516)…………………………………
基于 VGPM模型和 MODIS数据估算梅梁湾浮游植物初级生产力 殷摇 燕,张运林,时志强,等 (3528)………
低温胁迫下虎纹蛙的生存力及免疫和抗氧化能力 王摇 娜,邵摇 晨,颉志刚,等 (3538)…………………………
转 Bt水稻土壤跳虫群落组成及其数量变化 祝向钰,李志毅,常摇 亮,等 (3546)………………………………
尼日利亚非洲蜂和安徽意大利蜜蜂及其杂交二代形态特征与微卫星 DNA遗传多样性
余林生,解文飞,巫厚长,等 (3555)
………………………
……………………………………………………………………………
北京城市公园湿地休憩功能的利用及其社会人口学因素 李摇 芬,孙然好,陈利顶 (3565)……………………
基于协整理论的经济增长与生态环境变化关系分析———以重庆市渝东南地区为例
肖摇 强,胡摇 聃,肖摇 洋,等 (3577)
……………………………
……………………………………………………………………………
感潮河网区环境合作博弈模型及实证 刘红刚,陈新庚,彭晓春 (3586)…………………………………………
专论与综述
国内外生态效率核算方法及其应用研究述评 尹摇 科,王如松,周传斌,等 (3595)………………………………
全球变化背景下的现代生态学———第六届现代生态学讲座纪要 温摇 腾,徐德琳,徐摇 驰,等 (3606)…………
问题讨论
流域环境要素空间尺度特征及其与水生态分区尺度的关系———以辽河流域为例
刘星才,徐宗学,张淑荣,等 (3613)
………………………………
……………………………………………………………………………
研究简报
不同光照强度对兴安落叶松几种主要防御蛋白活力的影响 鲁艺芳,石摇 蕾,严善春 (3621)…………………
木荷种源间光合作用参数分析 熊彩云,曾摇 伟,肖复明,等 (3628)………………………………………………
基于能值分析的深圳市三个小型农业生态经济系统研究 杨卓翔,高摇 阳,赵志强,等 (3635)…………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*342*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*37*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄06
封面图说: 爬升樟木沟的暖湿气流———樟木沟是中国境内横切喜马拉雅山脉南坡的几条著名大沟之一,它位于我国西藏聂拉
木县境内的希夏邦马峰东南侧,延绵 5400km的 318 国道在此沟中到达其最西头。 从聂拉木县城到樟木口岸短短的
30km中,海拔从 4000m急降至 2000m。 在大气环流作用下,来自印度洋的暖湿气流沿樟木沟不断费力地往上爬升,
给该沟谷留下了大量的降水。 尤其是在雨季到来时,山间到处是流水及悬垂崖头的瀑布,翠峰直插云霄,森林茂密
苍郁,溪流碧澄清澈,奇花异葩繁多,风景美如画卷,气势壮丽非凡。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 11 期
2012 年 6 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 11
Jun. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:中国科学院战略性先导科技专项(XDA05060104)
收稿日期:2011鄄05鄄02; 摇 摇 修订日期:2012鄄03鄄07
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: ghliu@ rcees. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201105020571
丁小慧,罗淑政,刘金巍,李魁,刘国华.呼伦贝尔草地植物群落与土壤化学计量学特征沿经度梯度变化.生态学报,2012,32(11):3467鄄3476.
Ding X H,Luo S Z, Liu J W,Li K,Liu G H. Longitude gradient changes on plant community and soil stoichiometry characteristics of grassland in
Hulunbeir. Acta Ecologica Sinica,2012,32(11):3467鄄3476.
呼伦贝尔草地植物群落与土壤化学计量学
特征沿经度梯度变化
丁小慧1,2,罗淑政1,2,刘金巍1,2,李摇 魁3,刘国华1,*
(1.中国科学生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室,北京摇 100085;2.中国科学院研究生院,北京摇 100039;
3. 内蒙古自治区呼伦贝尔市环境科学研究所,呼伦贝尔摇 021008)
摘要:植物化学计量学特征在大尺度上主要受纬度和经度两个因素影响。 纬度梯度上温度因子变化对植物化学计量特征的影
响已有大量研究,但是关于经度梯度上降雨因子变化对植物化学计量特征影响的研究却较少。 选取呼伦贝尔草原,研究经度梯
度上植物化学计量特征和土壤养分指标的变化规律,从经度梯度和养分供给两方面分析植物群落化学计量特征的变化规律,研
究结果如下:1)植物群落叶片 C含量变化范围为 440. 76—452. 72 mg / g,N含量变化范围为 17. 79—30. 88 mg / g,P 含量变化范
围为 1. 31—1. 71 mg / g;群落叶片 C含量、C / N随经度升高显著增加;群落叶片 N含量随经度升高显著下降;植物群落 P 含量也
呈下降趋势,但是关系不显著;植物群落 C、N和 P 元素总量随着经度升高而显著增加。 2)0—10 cm土壤全碳、全氮、全磷、有机
碳受降雨量变化和植物群落元素总量影响,随着经度梯度升高而增加;但土壤铵态氮、硝态氮在经度梯度上没有表现出规律性
的变化趋势。 3)土壤全碳、有机碳、全氮、全磷和速效磷与植物群落叶片 C、N和 P 含量没有显著相关关系,但与植物群落 C、N
和 P 元素总量呈显著正相关关系。 该区土壤有效磷含量(8. 13 mg / kg)高于全球平均值(7. 65 mg / kg),但植物群落叶片磷含量
平均值(1. 5 mg / g)低于全球平均值(1. 77 mg / g)。 通过研究结果推测:植物通过对气候条件的长期适应,群落水平 C、N和 P 含
量沿经度梯度形成一定的分布格局;降雨量影响植物群落元素积累的总量,从而与土壤养分含量呈显著正相关关系;植物叶片
P 含量低的原因并非是由于土壤中磷的供给不足所致,而是植物对环境长期适应形成的策略。
关键词:草地生态系统;经度梯度;降雨量;化学计量学;呼伦贝尔
Longitude gradient changes on plant community and soil stoichiometry
characteristics of grassland in Hulunbeir
DING Xiaohui1, 2,LUO Shuzheng1,2, LIU Jinwei1, 2,LI Kui3,LIU Guohua1,*
1 State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Eco鄄Environmental Sciences, Chinese Academey of Sciences, Beijing
100085, China
2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Institute of Environmental Science of Inner Mongolia, Hulunbeir 021008, China
Abstract: In large scale, plant stoichiometry is mainly affected by latitude and longitude. Many works has have been done
to study the effects of temperature on plant stoichiometry along the latitude gradient, while researches on the precipitation
along the longitude gradient are rare. In this research, we studied the stoichiometry characteristics of grassland communities
along the longitude gradient in Hulunbeir. The results showed as follow: 1)the range of leaf carbon was 440. 76—452. 72
mg / g, leaf nitrogen was 17. 79—30. 88 mg / g,and leaf phosphorous was 1. 31—1. 71 mg / g. Both the leaf carbon and C / N
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ratio significantly increased with the increasing longitude. Leaf nitrogen significantly decreased with the increasing
longitude, and leaf phosphorous showed an increasing tendency, however, the relationship between leaf phosphorous and
longitude was not significant. The amount of carbon, nitrogen and phosphorous of grassland communities significantly
increased with the increasing longitude. 2)For the 0—10cm soil depth, total carbon, total nitrogen, total phosphorus and
organic carbon were significantly affected by precipitation and increased with longitude; however, soil ammonium nitrogen
(NH+4 鄄N) and nitrate nitrogen (NH
-
3 鄄N) were less affected by precipitation and didn忆t change significantly with longitude.
3)Soil total carbon, organic carbon, total nitrogen, total phosphorus and available phosphorus did not have significant
effects on plant leave carbon, nitrogen and phosphorus, but had a significant effects on the amount of carbon, nitrogen and
phosphorous of grassland communities. In this studied region, soil available phosphorus was 8. 13 mg / kg, which was
higher than the Global Average Value (7. 65 mg / kg), but the average leaf phosphorous was 1. 5 mg / g and lower than the
Global Average Value ( 1. 77 mg / kg) . Our research suggested that variation in leaf carbon, leaf nitrogen and leaf
phosphorus concentration and its strong correlation with precipitation reveal that, to some extent, stoichiometry
characteristics at the community level are adaptive to local precipitation condition. The amount of carbon, nitrogen and
phosphorus of grassland communities have a high relationship with the local precipitation, and have a significant correlation
with soil total carbon, total nitrogen, total phosphorus. The shortage in soil available phosphorus is not the major factor for
the low plant leaf phosphorus concentration in our studied region, and the low plant leaf phosphorus is a result of
adaptation.
Key Words: grassland ecosystem; longitude; precipitation; stoichiometry; Hulunbeier
生态化学计量学结合了生态学和化学计量学的基本原理,是研究生态系统能量平衡和多重化学元素平衡
的学科,是分析多重化学元素的质量平衡对生态交互作用影响的一种理论[1],它主要强调活有机体 C、N、P 三
种主要组成元素的关系[2]。 植物体叶片 C、N、P 元素化学计量学特征与环境因子关系的研究是当前生态学和
地学研究的主要热点之一[3],尤其是在区域或是更大尺度探讨其变化规律和影响因素更为引起重视。 很多
研究表明,植物体内的 C、N、P 特征在不同尺度上具有变异性[3鄄6]。 而植物化学计量学特征区域尺度效应的研
究,实际上就是探讨区域尺度上温度或水分等环境因子的变化对植物生理生态过程的影响。 Reich 和
Oleksyn[3]通过分析全球 1280 种植物叶片的 N、P 含量数据发现:在全球尺度上,随着纬度降低温度升高,植物
N、P 含量下降,而 N / P 升高;Han等[4]研究了中国 753 种陆生植物,发现中国植物 N、P 含量分布格局与 Reich
和 Oleksyn的研究结果相一致;任书杰[7]分析中国东部南北样带 654 种植物叶片 N和 P 含量,结果也表明:叶
片 N、P 含量随纬度的升高和年均温的降低显著增加。 He[6]在对中国草地 213 种植物的研究显示:气候要素
的变异对叶片 P 含量和 N / P 比只有微弱的影响。 杨阔等[8]结合温度和降水对青藏高原草地植物群落冠层叶
片化学计量学特征与环境因子的关系研究认为:叶片 N、P 含量与年均温有极显著的相关关系。
对于纬度梯度上温度变化对植物叶片 N、P 含量影响的研究,在不同研究尺度上得到的结果基本相同,
即:随着温度降低,植物叶片 N、P 含量增加;但水分变化对植物叶片元素含量特征的影响却较少报导。 我国
的草地生态系统产草量受水、热因子的影响,其中水分因子是最主要的限制性因子。 呼伦贝尔草原位于内蒙
古东侧,自西向东降雨量逐渐增加,降雨量范围为 230. 12—360. 18 mm,蒸发量远大于降雨量,可见水分是影
响该地区草地植物群落的重要因子。 因此,本文选择呼伦贝尔草原作为研究区,沿经度梯度设置样地,分析植
物群落叶片 C、N和 P 化学计量学特征以及土壤的养分含量特征,探讨植物群落化学计量学特征沿经度梯度
(降雨量梯度)变化规律,以期为我国草地生态系统化学计量特征的区域性变化研究提供基础数据。
1摇 研究方法
1. 1摇 研究区域概况和样地设置
研究区位于内蒙古自治区呼伦贝尔市大兴安岭山脉以西地区(48毅04忆0. 2义—50毅11忆29义N,116毅32忆42义—
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120毅18忆29义E)。 地处内蒙古东部,总体属于高原型地貌,是亚洲中部蒙古高原的组成部分。 由于纬度偏高,远
离海洋,属于温带大陆性季风气候。 年均温-5—2 益,多年平均降水量 339 mm,年蒸发量 950—1900 mm,无
霜期 40—130 d[9]。 该地区草地类型丰富,主要代表群系有日阴菅(Carex pediformis) 、糙隐子草(Cleistogenes
squarrosa) 、大针茅(Stipa grandis) 、羊草(Leymus chinensis) 、贝加尔针茅(Stipa baicalensis)等。
沿经度梯度在呼伦贝尔草原自西向东设置 7 个研究样地(表 1,图 1),尽量选取人类干扰少草地作为研究
对象。 每个样地开展草地生物量测定、群落结构、植物取样和土壤调查研究。
表 1摇 呼伦贝尔草原沿经度梯度的样地概况
Table 1摇 Basic information of sample sites in the grasslands at Hulunber along the longitudinal gradient
样地
Site
经度
Langitude
纬度
Latitude
群落类型
Community
1 117毅2忆32. 1义E 48毅29忆25. 3义N 麻花头+冷蒿草原
2 117毅25忆11. 6义E 48毅26忆14. 9义N 大针茅草原
3 117毅46忆29义E 48毅21忆13义N 大针茅+杂草草原
4 118毅4忆9. 4义E 48毅20忆33义N 糙隐子草草原
5 118毅49忆17义E 48毅5忆41义N 贝加尔针茅+杂草草原
6 118毅59忆25义E 48毅4忆0. 2义N 羊草+杂草草原
7 119毅39忆20义E 48毅28忆00义N 羽茅+羊草+杂草草原
图 1摇 研究区植被类型图
Fig. 1摇 Vegetation map of studied region
1. 2摇 试验方法
植物调查和取样时间为 2009 年 8 月 5—18 日。 在每个样地设置一条 50 m 的样带,沿样带每隔 10 m 设
置一个 1 m伊1 m的样方,共 5 个样方。 在样方中开展草地生物量测定、群落结构和土壤调查研究,。 群落调
查包括物种组成、高度、盖度、丛数等。 物种地上生物量用收割法获取,随机挑选 3 个样方齐地面分物种将植
物剪下,称量其鲜重,装入纸信封。 植株带回实验室后,在 80 益下烘至恒重,称量干重,获取每个物种的含水
率和生物量,最后得到样地中草地的总生物量。
土壤样品取样时间为 2010 年 7 月 16 日—8 月 2 日。 由于土壤养分在年际间的变异不大[10鄄14],因此取
9643摇 11 期 摇 摇 摇 丁小慧摇 等:呼伦贝尔草地植物群落与土壤化学计量学特征沿经度梯度变化 摇
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2010 年土壤数据作为补充。 在每个样地沿样方调查设置的样线随机挖 3 个土壤剖面,采集 0—10 cm 土层的
土壤样品 100 g,装入土袋中,共采集土壤样品 21 个。 用环刀采集 0—10 cm 土层的土壤样品,装入铝盒中。
将土壤样品带回实验室,放至通风干燥处, 剔除石粒和草根等杂物, 自然风干备用。
1. 3摇 样品的分析测定
1. 3. 1摇 植物样品的分析测定
从采回的植物样品中挑选足够的健康叶片使用研磨仪粉碎,利用 C / N元素分析仪,进行 C、N 含量测定。
植物 P 含量采用全谱直读等离子体发射光谱仪测定,用微波消解萃取系统(CEM)进行前处理,样品回收率
84%—90% 。
1. 3. 2摇 土壤样品的分析测定
土壤样品使用研磨仪粉碎,分别过 2 目和 100 目筛,备用。 利用 C / N 元素分析仪,进行 C、N 含量测定。
土壤全磷使用浓硝酸,氢氟酸,高氯酸消解 ICP鄄OES 测定;速效磷使用(NH4) 2CO3 提取,ICP鄄OES 测定;有机
碳使用重铬酸钾容量法测定;硝态氮和铵态氮分别采用 1颐5 水土比水杨酸钠法和 1颐5 水土比硫酸肼还原法测
定。 土壤 pH值采用 1颐2. 5 电位法测定。 土壤含水量采用烘干法测定。
1. 4摇 统计方法
为方便与国内外参考文献比较, 植物各养分含量均用质量份数表示。 植物群落养分含量采用的是群落
植物的加权平均值,权重因子为重要值。 采用 SPSS 17. 0 统计软件对数据进行统计分析,相关分析采用的是
Pearson相关法。
重要值计算公式:重要值=(相对生物量+相对高度+相对盖度) / 3
式中,相对生物量=物种生物量 i /总生物量;相对高度=物种高度 i /总高度;相对盖度=物种盖度 i /总盖度。
2摇 研究结果
图 2摇 植物群落生态化学计量学特征沿经度变化规律
Fig. 2摇 The trend of eco鄄stoichiometry traits of plant community along the longitudinal gradient
2. 1摇 植物群落叶片生态化学计量学特征沿经度变化
植物群落叶片生态化学计量学指标呈现不同的变化趋势(图 2)。 群落叶片 C含量(440. 76—452. 72 mg /
g)随着经度增加而显著升高(P=0. 0029),但群落叶片 N 含量(17. 79—30. 88 mg / g)随经度的升高而显著降
低(P=0. 0038),群落叶片 P 含量(1. 31—1. 71 mg / g)则随经度增加降低,但变化趋势不显著(P=0. 073)。 群
0743 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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落叶片 C,N和 P 中变异最大的是 N 含量(变异系数为 19. 9% ),其次为 P 含量(10. 4% ),C 含量变异最小
(1郾 0% )。 群落叶片 C / N(16. 12—26. 92)经度的升高显著增加(P=0. 025),C / P(281. 06—366. 43)与 C / N比
表现出相同的变化趋势(P=0. 05),但群落叶片 N / P(12. 79—20. 64)随经度升高而下降(P = 0. 14)。 植物群
落全 C、全 N和全 P 随着经度梯度的升高极显著增加(图 3)。
图 3摇 植物群落水平 C、N和 P总量沿经度梯度变化规律
Fig. 3摇 The trend of total C, N and P of grassland community along the longitudinal gradient
图 4摇 0—10cm土壤养分含量沿经度变化规律
Fig. 4摇 The trend of soil total and available nutrient concentrations along the longitudinal gradient
1. 4摇 0—10 cm土壤理化性质沿经度变化
0—10 cm表层土壤的全 C(9. 31—33. 23 mg / g)、全 N(1. 30—3. 06 mg / g)和全 P(280. 56—592. 8 mg / g)
含量随着经度升高而增加,土壤速效养分指标没有表现出相同变化趋势(图 4)。 其中土壤全碳和土壤有机 C
(8. 04—35. 08 mg / g)变化趋势相同,随着经度升高和增加。 土壤全 N 含量随着经度升高而显著增加(P =
0郾 034),但土壤铵态 N(3. 50—5. 60 mg / kg)和硝态 N(1. 23—3. 18 mg / kg)含量没有显著变化。 土壤全 P 随着
1743摇 11 期 摇 摇 摇 丁小慧摇 等:呼伦贝尔草地植物群落与土壤化学计量学特征沿经度梯度变化 摇
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经度梯度升高而显著增加(P = 0. 005),土壤速效 P(3. 69—12. 56 mg / kg)也表现出相同的变化趋势(P =
0郾 008)。
土壤 pH值和土壤含水量是影响土壤理化性质的重要指标之一。 本文的研究结果表明(图 5),随着经度
梯度的升高土壤 pH值下降,但关系不显著;土壤含水量随着经度梯度的升高而显著增加。 研究表明(表 2),
土壤 pH值与土壤铵态 N显著相关,而土壤含水量与土壤有机 C、土壤全 P 呈极显著正相关关系,与土壤全 N
呈显著正相关关系。
图 5摇 土壤 pH值和土壤含水量沿经度梯度变化规律
Fig. 5摇 The trend of pH and water content of soil along the longitudinal gradient
表 2摇 土壤 pH值、土壤含水量与 0—10 cm土壤养分的相关关系
Table 2摇 Correlations between pH and 0—10cm soil忆s nutrient content, water content of soil and 0—10cm soil忆s nutrient content
STC SOC STN SNO SNH STP SP
pH -0. 078 -0. 375 -0. 167 -0. 272 -0. 778* -0. 324 -0. 43
兹m 0. 744 0. 93** 0. 821* 0. 086 0. 421 0. 886** 0. 842*
摇 摇 STN:土壤总氮;STC:土壤全氮;STP:全磷;SOC:土壤有机氮;SP:速效磷;SNO:硝态氮;SNH:铵态氮;*表示达到显著水平,P <0. 05;**代
表达到极显著水平,P <0. 01
2. 3摇 植物群落化学计量学特征与 0—10 cm土壤养分的关系
植物群落叶片 C、N、P 含量与土壤养分元素含量无显著相关关系(表 3)。 植物群落全 C 含量与土壤全 C
和有机 C含量正相关,与土壤有机 C含量相关系极显著;植物群落全 N含量与土壤全 N,硝态 N和铵态 N量
呈正正相关,但只与土壤全 N含量相关关系显著;植物群落全 N含量与土壤全 P 和速效 P 含量均呈极显著正
相关关系。
表 3摇 植物群落水平全 C、全 N和全 P含量与 0—10 cm土壤养分的相关关系
Table 3摇 Correlations between plant eco鄄stoichiometry traits of community and 0—10cm soil忆s nutrient content
STC SOC STN SNO SNH STP SP
C 0. 690 0. 590 — — — — —
PTC 0. 701 0. 916** — — — — —
N — — -0. 455 0. 303 -0. 530 — —
PTN — — 0. 759* 0. 210 0. 564 — —
P — — — — — -0. 283 0. 064
PTP — — — — — 0. 903** 0. 896**
摇 摇 STN:土壤总氮;STC:土壤全氮;STP:全磷;SOC:土壤有机氮;SP:速效磷;SNO:硝态氮;SNH:铵态氮;PTC:植物全碳;PTN:植物全氮;PTP:植
物全磷;C、N和 P 代表植物群路叶片质量浓度; *表示达到显著水平,P <0. 05;**代表达到极显著水平,P <0. 01
3摇 结论与讨论
3. 1摇 植物群落化学计量特征沿经度梯度变化规律
元素之间的相互作用及与外界环境的关系共同决定着植物的营养水平和生长发育过程[15鄄16]。 已有的研
2743 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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究表明,不论在全球尺度还是区域尺度,植物个体和群落水平叶片 N和 P 的含量都与温度呈负相关关系。 已
有尺度研究表明,气候因子虽然对对植物叶片元素含量有显著影响,但无论是气候还是土壤对植物 N、P 含量
变异解释量十分有限[6,17]。
呼伦贝尔草原的降雨量自东向西逐渐减少从 360 mm 降低到 230 mm[22鄄23],因此经度梯度上植物群落化
学计量学变化特征,也反映了沿水分梯度的变化。 研究结果表明,随着经度升高,植物叶片 C 含量显著升高、
N和 P 含量呈降低的趋势,这也在一定程度上反应了植物群落 C、N和 P 含量沿水分梯度的变化趋势,植物群
落 C含量随着降雨量的增加显著上升,而 N和 P 含量随着降雨量的增加而降低。 在东北样带的研究结果中
也观测到随着经度的增加植物叶片 N 含量增加,但是植物叶片 C 含量没有显著变异[18],这可能与东北样带
的研究中叶片 C含量基于物种尺度的原因,而本研究的植物群落 C 含量是通过物种 C 含量加权而来。 植物
群落 C含量虽然随着降雨量的增加显著上升,但 C 含量的变化范围为 440. 76—452. 72 mg / g,变异系数只有
1. 0% ,C在植物体内主要起到骨架的作用,因此在植物群落水平变异很小。 目前,关于植物体内 C 含量的研
究较少,可能是 C不直接参与生产活动有关。
干旱的条件下,植物通过增加叶片内部非光合器官或组织 N的投入,提高细胞内部的渗透压, 增强对体
内水分的保护作用[19鄄21],提高自身对水分的利用效率,从而适应干旱少雨的环境。 在本研究区内,随着经度
的升高,降雨量也随之增加,水分胁迫作用逐渐减缓,因此植物不在需要分配大量的 N 叶片内部非光合器官
或组织中,叶片 N含量下降。 植物群落叶片 P 呈下降趋势,但是变化不显著。
植物群落 C、N和 P 含量高低,在一定程度上体现了植物群落对当地气候条件的一种适应;植物群落全
C、全 N和全 P 含量则是反映植物群落元素积累总量在环境梯度上的变化。 本文研究结果表明,植物群落全
C、全 N和全 P 含量随经度梯度显著增加。 在呼伦比尔草原,水分是植物生产力的主要限制因素[22鄄23],随着经
度梯度的升高,降雨量显著增加,植物群落元素总量在经度梯度上也呈现出显著增加的趋势。
由于植物群落 C含量随经度梯度升高,而 N含量随经度梯度下降,因此 C / N比呈现显著的上升趋势。 群
落 C / P 变化与 C / N比变化趋势相同。 一般认为植物具有较低 C / N 比、C / P 比时,通常具有较高的生长速
率[24],但是在群落水平上则不能简单的用 C / N比、C / P 比高低来预测植物的生长速率。
3. 2摇 土壤养分指标沿经度梯度变化规律与植物群落元素计量学特征的关系
植物地上部分元素特征通常与土壤养分含量具有一定相关性[25鄄27]。 土壤碳素含量取决于进入土壤的有
机质数量及其腐殖化系数的大小,土壤氮素主要来源是生物固氮和随降水进入土壤中的氮,土壤磷素主要是
来自岩石风化[28]。
本文通过对植物群落 C、N和 P 元素的总量与土壤养分含量的相关性分析,以及植物群落 C、N和 P 质量
浓度与土壤养分含量的相关性分析进行分析表明,植物群落 C、N 和 P 的质量浓度与土壤养分含量之间没有
显著的相关关系,但植物群落 C、N和 P 元素的总量与土壤养分含量之间存在显著的相关关系。 降雨量沿经
度梯度逐渐增加,植物群落养分全量也自西向东显著增加,使得每年向土壤中输入的凋落物中 C、N和 P 的全
量也显著增加。 同时,随着经度升高土壤含水量也显著增加,土壤湿度对凋落物的分解速率、土壤的矿化速率
及硝化速率、岩石的风化速率都有显著地影响[29鄄30]。 因此,植物群落元素 C、N和 P 总量与土壤元素全碳、全
氮和全磷呈显著正相关关系。
植物群落元素总量的增加,也必然导致植物生长过程中对从土壤中吸收的养分含量需求增大。 植物根系
吸收作用是土壤速效养分输出的重要组成部分,植物可以直接利用铵态氮、硝态氮和速效磷。 因此土壤速效
养分含量除了要考虑外界环境养分输入和气候因子对成土过程的影响两个方面,还要考虑植物对土壤速效养
分的吸收作用。 周才平[30]研究表明,土壤氮的矿化速率和消化速率与温度和湿度成正相关,但是在本研究
区,随着土壤湿度的增加,硝态氮和铵态氮并没有呈现出一致的变化规律。 植物在长期的进化中,对 N 素的
需求相对稳定,但是土壤铵态氮和硝态氮含量除了植物影响以外,还有受到土壤温度和湿度的影响,过程更复
杂,没有呈现出一定的规律。 土壤有效磷来自土壤有机磷的矿化和无机磷的释放。 随着降雨量的增加,土壤
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pH值下降,氧化还原电位降低,土壤中金属离子对 P 的吸附作用降低,从而速效磷的含量增加。 植物吸收对
速效磷的影响比较微弱。 本文研究结果显示,土壤铵态氮和硝态氮含量随经度梯度的变化没有显著性规律,
但土壤有机碳和速效磷含量随经度梯度的升高显著增加。
3. 3摇 植物群落 N、P 质量浓度特征与土壤 N 、P 养分指标关系
Ordo觡ez等[31]收集了全球 99 个地点 474 种植物叶片和土壤全磷含量的数据,发现在全球尺度上土壤全 P
解释了叶片 P 变异的 48% 。 但本文研究结果表明土壤全磷、速效磷含量与植物群落叶片 P 含量没有显著相
关性;土壤氮素含量与植物叶片 N含量之间也没有显著相关性。 这主要因为植物对土壤中矿质元素的吸收
及其在体内的运输、储藏、利用是一个复杂而精细的过程,不仅仅受营养元素影响,还且受土壤水分、温度、
pH、微生物活性及种内、种间竞争等多种因子调控[32鄄35]。 其次,土壤全 N、全 P 含量只是代表了土壤中这些元
素的总量,对植物来说只是一个潜在的元素库,而且只有部分是能被植物直接利用,元素的转化和吸收还涉及
到土壤微生物以及土壤其他性质。 再者,植物叶片 N、P 含量没有受土壤速效养分含量影响,可能是因为植物
叶片 N、P 含量由植物的系统位置、进化历史、生活史、遗传和外界环境因素共同决定,元素供给对于改变叶片
N、P 含量的贡献有限[16]。 因此,在本文的研究尺度上,植物群落 N含量与土壤氮素没有显著相关性,植物群
落 P 与土壤磷素也没有显著的相关性。
Han[4]对中国 753 种高等陆生植物叶片 N、P 含量与气候和土壤等环境因子关系进行研究,发现中国植物
一个重要特征是 P 含量(1. 46 mg / g)显著低于全球平均值(1. 77 mg / g),推测导致上述现象的原因是中国土
壤 P 含量低于全球土壤平均 P 含量导致。 本文研究结果表明,呼伦贝尔草原土壤有效 P 含量(8. 13 mg / kg)
高于全球平均值(7. 65 mg / kg),但植物群落叶片 P 含量平均值(1. 5 mg / g)低于全球平均值(1. 77 mg / g),植
物叶片 P 含量并没有因为土壤有效磷含量高而随之升高。 耿燕[36]对内蒙古植物叶片 P 含量与土壤速效磷进
行分析,也认为土壤速效磷对植物群落群落叶片 P 含量高低影响是微弱的。 由此可见,土壤速效磷和全磷含
量高低对植物叶片 P 含量影响不大。 Han[4]关于中国土壤磷含量低导致植物叶片 P 含量低的推论,在大尺度
研究中可能适用,但在本文所研究的尺度上,植物群落 P 含量较低可能不是由于土壤磷素含量低导致,而是
植物群落在长期进化过程中对环境的一种适应策略。
致谢:内蒙古自治区呼伦贝尔市环境科学研究所张玉刚、赵家明所长和孟志涛主任给予支持,王东波,周建华,
白晓宇、陈丽等人在野外植被调查中给予帮助,中国科学院生态环境研究中心李宗善博士后、靳甜甜博士帮助
修改文章,特此致谢。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 11 June,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Controls of post鄄fire tree recruitment in Great Xing忆an Mountains in Heilongjiang Province
CAI Wenhua, YANG Jian, LIU Zhihua, et al (3303)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
The assessment of river health using Benthic鄄Index of biotic integrity for Wenyu River
YANG Liu,LI Yonghui, WANG Juncai, et al (3313)
…………………………………………………
………………………………………………………………………………
Consume of soil seeds of Betula albo鄄sinensis and Abies faxoniana in different natural successional stages of subalpine dark
coniferous forest in western Sichuan, China MA Jiangming, LIU Shirong, SHI Zuomin, et al (3323)……………………………
Habitat associations of understorey species spatial distribution in old growth broad鄄leaved Korean pine (Pinus koraiensis) forest
DING Shengjian, ZHANG Chunyu, XIA Fucai, et al (3334)
……
………………………………………………………………………
Nabkha morphology and sand鄄fixing capability of four dominant Caragana species in the desert region of the Inner Mongolia
Plateau ZHANG Yuanyuan, MA Chengcang, HAN Lei, et al (3343)……………………………………………………………
Growth dynamics,biomass allocation and ecological adaptation in Ceratocarpus arenarius L.
QUAN Dujuan, WEI Yan, ZHOU Xiaoqing, et al (3352)
……………………………………………
…………………………………………………………………………
A rapid assessment method for forest disaster based on MODIS / NDVI time series: a case study from Guizhou Province
SHI Hao, WANG Xiao, XUE Jianhui, et al (3359)
……………
………………………………………………………………………………
Soil cation exchange capacity and exchangeable base cation content in the profiles of four typical soils in the Xi鄄Shui Forest Zone
of the Qilian Mountains JIANG Lin, GENG Zengchao, LI Shanshan, et al (3368)………………………………………………
Impact of water and temperature on spring maize emergence speed and emergence rate
MA Shuqing, WANG Qi, L譈 Houquan, et al (3378)
………………………………………………
………………………………………………………………………………
Effect of N application on the abundance of denitrifying genes (narG / nosZ) and N2O emission in paddy soil
ZHENG Yan, HOU Haijun, QIN Hongling, et al (3386)
………………………
…………………………………………………………………………
Temporal鄄spatial variations of potential evapotranspiration and quantification of the causes in Northwest China
CAO Wen, SHEN Shuanghe, DUAN Chunfeng (3394)
………………………
……………………………………………………………………………
Analysis of ecosystem degradation and recovery using precipitation use efficiency and NDVI in the headwater catchment of the
Yellow River basin DU Jiaqiang, SHU Jianmin,ZHANG Linbo (3404)……………………………………………………………
An assessment method of Kandelia obovata population biomass JIN Chuan, WANG Jinwang, ZHENG Jian, et al (3414)……………
Quantitative characteristics and species composition of Artemisia sphaerocephala and A. ordosica communities in the Ulanbuh Desert
MA Quanlin,ZHENG Qingzhong,JIA Jujie,et al (3423)
…
……………………………………………………………………………
Photosynthesis and transpiration in relation to ion accumulation in Vitex trifolia under varied light intensity
ZHANG Ping,LIU Linde, BAI Xinfu, et al (3432)
…………………………
…………………………………………………………………………………
Diffusion of elm seed rain in Otindag Sand Land GU Wei,YUE Yongjie,LI Gangtie,et al (3440)……………………………………
Effect of saline water irrigation on sand soil salt and the physiology and growth of Populus euphratica Oliv.
HE Xinlin, CHEN Shufei, WANG Zhenhua, et al (3449)
……………………………
…………………………………………………………………………
Regulation of exogenous nitric oxide on photosynthetic physiological response of Lolium perenne seedlings under NaHCO3 Stress
LIU Jianxin, WANG Jincheng, WANG Xin, et al (3460)
……
…………………………………………………………………………
Longitude gradient changes on plant community and soil stoichiometry characteristics of grassland in Hulunbeir
DING Xiaohui,LUO Shuzheng, LIU Jinwei,et al (3467)
………………………
……………………………………………………………………………
Concentrations and distributions of selenium and heavy metals in Hainan paddy soil and assessment of ecological security
GENG Jianmei,WANG Wenbin,WEN Cuiping,et al (3477)
……………
………………………………………………………………………
Heavy metal contents and evaluation of farmland soil and wheat in typical area of Jiangsu Province
CHEN Jingdu, DAI Qigen, XU Xuehong, et al (3487)
……………………………………
……………………………………………………………………………
The studies on the food web structures and trophic relationships in Guangxi Dongfang Cave by means of stable carbon and nitro鄄
gen isotopes LI Daohong, SU Xiaomei (3497)……………………………………………………………………………………
Analysis of bacterial diversity in the Songhua River based on nested PCR and DGGE
TU Teng, LI Lei, MAO Guannan, et al (3505)
…………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Preliminary delineation and classification of estuarine drainage areas for major coastal rivers in China
HUANG Jinliang, LI Qingsheng, HUANG Ling, et al (3516)
…………………………………
………………………………………………………………………
Estimation of spatial and seasonal changes in phytoplankton primary production in Meiliang Bay, Lake Taihu, based on the
Vertically Generalized Production Model and MODIS data YIN Yan, ZHANG Yunlin, SHI Zhiqiang, et al (3528)……………
Viability and changes of physiological functions in the tiger frog (Hoplobatrachus rugulosus) exposed to cold stress
WANG Na, SHAO Chen, XIE Zhigang, et al (3538)
…………………
………………………………………………………………………………
Community structure and abundance dynamics of soil collembolans in transgenic Bt rice paddyfields
ZHU Xiangyu, LI Zhiyi, CHANG Liang, et al (3546)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Morphological characteristics and microsatellite DNA genetic diversity of Nigeria African honey bee, Anhui Apis mellifera and
theirs hybrid generation域 YU Linsheng, XIE Wenfei, WU Houchang,et al (3555)………………………………………………
Effects of social鄄demographic factors on the recreational service of park wetlands in Beijing
LI Fen, SUN Ranhao, CHEN Liding (3565)
……………………………………………
………………………………………………………………………………………
Co鄄integration theory鄄based analysis on relationships between economic growth and eco鄄environmental changes: taking the south鄄
east district in Chongqing city as an example XIAO Qiang, HU Dan, XIAO Yang, et al (3577)………………………………
The cooperative environmental game model in the Tidal River Network Regions and its empirical research
LIU Honggang, CHEN Xingeng, PENG Xiaochun (3586)
……………………………
…………………………………………………………………………
Review and Monograph
Review of eco鄄efficiency accounting method and its applications YIN Ke, WANG Rusong, ZHOU Chuanbin, et al (3595)…………
Overview on the 6th international symposium on modern ecology series of 2011 WEN Teng, XU Delin, XU Chi, et al (3606)………
Discussion
Scale analysis of environmental factors and their relationship with the size of hierarchical aquatic ecoregion: a case study in the
Liao River basin LIU Xingcai, XU Zongxue, ZHANG Shurong, et al (3613)……………………………………………………
Scientific Note
Effects of different light intensities on activities of the primary defense proteins in needles of Larix gmelinii
LU Yifang, SHI Lei, YAN Shanchun (3621)
…………………………
………………………………………………………………………………………
An analysis of photosynthetic parameters among Schima superba provenances
XIONG Caiyun, ZENG Wei, XIAO Fuming, et al (3628)
…………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Research on three small鄄scale agricultural ecological鄄economic systems in Shenzhen City based on emergy analysis
YANG Zhuoxiang, GAO Yang, ZHAO Zhiqiang, et al (3635)
…………………
……………………………………………………………………
《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 11 期摇 (2012 年 6 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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(Semimonthly,Started in 1981)
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Vol郾 32摇 No郾 11 (June, 2012)
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