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碳(C)、氮(N)、磷(P)是生物地球化学循环中的重要元素,其可利用性和各元素之间的平衡关系将生态系统的物质循环统一为一个有机的整体。生态化学计量学为研究这几种基本元素的平衡提供了一个有力的理论框架。我国北方温带草原是欧亚大陆草原生物群区的重要组成部分,对于区域和全球的碳循环以及平衡起着重要的作用。频繁的自然或人为干扰能够改变草原生态系统的群落结构和生态系统功能,影响土壤养分动态和植物对养分的吸收,进而影响植物体内的元素计量化学比。
我们以内蒙古温带典型草原五种常见植物为对象,研究了其叶片C、N、P的浓度和化学计量比对火烧(不火烧vs每年火烧一次)和不同水平氮素添加(0g N m-2yr-1,5.25 g N m-2yr-1,17.5 g N m-2yr-1,28.0 g N m-2yr-1)的响应。五种植物物种分别为羊草(Leymus chinensis)、大针茅(Stipa grandis)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、冷蒿(Artemisia frigida)和木地肤(Kochia prostrata)。经过三年的实验处理,主要得出以下结论:
1、火烧显著增加了土壤无机P的浓度(+19.5%),但对土壤中无机N浓度没有显著的影响;而氮素添加引起土壤无机N浓度的显著增加(+330.9%),土壤无机P浓度没有受到影响。火烧和氮添加对土壤无机养分的影响上不存在交互作用。
2、火烧和氮素添加都能够直接影响植物叶片的养分浓度和C:N:P化学计量比。火烧和氮素添加显著提高了植物叶片中的N和P浓度,而对叶片中的C含量无影响,导致叶片中C:N和C:P比显著降低。火烧对植物叶片的N:P比无显著影响,而氮素添加显著提高了叶片的N:P比;火烧和氮添加对植物的N:P比的影响没有交互作用。同时,植物叶片的N:P比值随氮素添加量的增加而增加。
3、对不同物种而言,其叶片中N浓度对火烧和氮素添加的响应并不相同。
本研究表明,火烧和氮添加能对植物叶片中的元素含量及其C:N:P化学计量比产生影响。由于已有的研究结果表明火烧和氮添加能够改变群落的结构和物种组成,而同时本研究中发现植物对二者具有物种特异性响应,因此火烧和氮素添加除了会对生态系统的养分循环产生直接性影响以外,还将会通过对物种组成的改变对养分循环产生间接性的影响。