气候因子及管理利用方式对草地生态化学计量学特征的影响研究

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植物组成的地带性变化形成了植物C、N、P元素的生物地理格局,生物和非生物因素很可能是通过改变生态系统的物种组成结构来影响区域尺度植被的C、N、P的化学计量学特征。作为植物生长的重要生态因子,气候因子(温度和降水等)单独或复合的变化必然影响到植物不同尺度的生态过程,进而影响到元素的空间分布格局。人类活动直接影响植物群落的物种组成和土壤性质,当土壤养分种类及含量发生变化时,在此土壤条件下具有生长优势的物种会取代原来的物种,从而导致区域植物元素生态化学计量学特征的改变。本研究主要针对横穿内蒙古高原和青藏高原的中国草地样带上不同功能群植物(包括叶片和根系)碳氮磷元素的生态化学计量学特征展开研究,围绕气候因子及不同管理利用方式造成的植被、土壤等群落特征变化如何影响区域尺度生态化学计量学特征,借助中国草地样带的植被类型、水热因子等的水平和垂直变化的规律和特点,探讨不同功能群植物碳氮磷元素的空间格局及气候因子对碳氮磷生态化学计量学特征的影响。同时结合草地样带上同一气候带内不同草地管理利用方式,进一步探讨人类活动对草原植被群落特征、土壤质量及植物-土壤系统碳氮磷生态化学计量学特征的影响。主要研究结论如下:  (1)中国草地样带植物C∶N∶P的质量比为440∶17∶1,摩尔比为1136∶43∶1,其C含量与全球陆生植被接近,N和P含量显著低于全球植被N、P含量。区域尺度N、P元素特征与植物组成有很大关系,物种组成会影响到区域尺度草地植被N、P元素生态化学计量学特征。不同功能群植物N、P元素特征差异很大,豆科植物N、P元素含量最高,禾本科植物N、P含量最低,从而导致以禾本科植物为优势种的内蒙古区域植物N、P含量低于青藏高原区域。不同功能群植物N、P元素含量对温度和降水变化的响应不同,植物组成对区域植物生态化学计量学特征起着重要作用。  (2)群落水平植物叶片的化学计量学特征有着与个体水平相类似的与环境因子的相关性。但气候因子对草地植物根系生态化学计量学特征的影响与叶片存在差异,群落水平上叶片N、P元素与温度呈显著负相关关系,支持温度-植物生理假说;根系中N元素含量随温度降低而降低,支持生物地球化学假说。随海拔、降水和温度的变化,N元素含量在根系和叶片中的变化呈现相反趋势,说明植物叶片和根系有着不同的养分利用策略,外界环境因子会对植物生态化学计量学特征及元素在不同器官中的分配产生影响。  (3)不同草地利用方式对土壤生态系统化学计量学特征产生影响,围封对土壤各层C、N、P元素含量影响不显著,在围封状态下,草地土壤处于缓慢恢复过程中。放牧会降低土壤中C、N含量,而对土壤P含量影响不显著。开垦对草地土壤元素的影响最大,人工种植羊草、飞播羊草样地土壤N含量均高于其他利用方式下草地土壤N含量。人工种草过程中的翻耕以及施肥等都会对草地土壤产生较强的扰动,从而进一步对土壤C、N、P元素含量及比值产生影响。  (4)高原鼢鼠对草地的破坏也进一步对植被-土壤生态化学计量学特征产生影响。群落水平上,随着高原鼢鼠干扰活动的增强,植物叶片C含量有降低趋势,而叶片N和P元素含量有增加趋势。高原鼢鼠活动对根系中C和P元素没有显著影响,而随着高原鼢鼠干扰程度加剧,根系中N元素含量增加。高原鼢鼠对草地群落土壤C、N、P元素含量及元素比值的影响均没有显著相关关系,但高原鼢鼠土丘土壤中元素含量及比值与样地土壤存在差异,从而进一步对元素比值产生影响。生态化学计量学大尺度上的研究,除了考虑气候因子、土壤因子、植被组成的影响外,大范围的破坏和伤害也会对其产生影响。高原鼢鼠干扰会改变群落物种组成,同时,植被在应对高原鼢鼠伤害时也会做出应激反应,从而造成群落元素特征的变化。青藏高原地区高原鼢鼠破坏十分严重,这必然会对区域尺度植物生态化学计量学特征产生影响。
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