半干旱黃土小流域不同植被類型植物與土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征

溫 晨,楊智姣,楊 磊,李宗善,衛(wèi) 偉,張欽弟,*

1 山西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 臨汾 041004 2 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100085

生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)主要關(guān)注生態(tài)過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)元素間的相互作用與平衡,是評(píng)價(jià)生物地球化學(xué)循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)狀況的重要方法[1- 2]。碳(C)、氮(N)、磷(P)元素是構(gòu)成生命體的基本元素[1],在生物體的活動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用。N和P是限制植物生長(zhǎng)的主要元素,它們影響植物的生產(chǎn)力[3]、光合速率[4]和其他生態(tài)系統(tǒng)功能[5]。土壤養(yǎng)分含量也是指示植物生長(zhǎng)養(yǎng)分供應(yīng)的關(guān)鍵指標(biāo)[6]。采用生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)的原理和方法研究生態(tài)系統(tǒng)中C、N、P元素的變化與平衡,為理解生態(tài)系統(tǒng)中生物體與自然環(huán)境相互作用關(guān)系及養(yǎng)分循環(huán)過(guò)程提供了有效手段[7]。

陸地生態(tài)系統(tǒng)中植物和土壤是緊密聯(lián)系,相互關(guān)聯(lián)的[8]。例如,土壤中C、N、P含量可決定植被群落結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)狀態(tài)[9],反之植被通過(guò)凋落物和根系分泌物[10]的輸入來(lái)影響土壤養(yǎng)分變化。近年來(lái),大量研究探討了草原[11]、農(nóng)田[12]和森林[13]陸地生態(tài)系統(tǒng)中C∶N∶P化學(xué)計(jì)量特征。例如,Jiang等[12]對(duì)鄱陽(yáng)湖農(nóng)田土壤化學(xué)計(jì)量特征研究發(fā)現(xiàn),N是決定土壤C∶N和N∶P的主要因素,而土壤C∶P主要受P的影響。楊闊等[13]研究發(fā)現(xiàn)青藏高原植物葉片N、P含量具顯著正相關(guān)關(guān)系,且N∶P是判斷植物生長(zhǎng)元素受限情況的關(guān)鍵因子。Song等[14]研究發(fā)現(xiàn)在植被演替過(guò)程中,土壤C、N含量總是同步增加,而P含量則無(wú)顯著變化。這些研究都是針對(duì)植物葉片或土壤的生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征進(jìn)行的,而對(duì)土壤-植物系統(tǒng)中的生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征的研究較少,主要集中于區(qū)域尺度上葉片與土壤[15-16]化學(xué)計(jì)量特征的研究,對(duì)于植物其他器官如莖、根的化學(xué)計(jì)量特征及其與土壤關(guān)系研究較為缺乏,需進(jìn)一步闡明。

黃土高原為有效防治嚴(yán)重的水土流失,實(shí)施開(kāi)展以自然恢復(fù)和人工恢復(fù)為主的大規(guī)模“退耕還林還草”工程[17]。經(jīng)過(guò)二十多年的不斷治理,黃土高原植被覆蓋率、土壤質(zhì)量得到大幅度提升,形成了以自然恢復(fù)植被和人工恢復(fù)植被為主的多種植被類型。為了解黃土高原植被恢復(fù)中植物與土壤的變化特征,前人對(duì)不同植被恢復(fù)類型下土壤理化性質(zhì)[18]、植被特征[19]等進(jìn)行系統(tǒng)研究,但關(guān)于不同植被恢復(fù)類型下植物各器官生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征及與土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征關(guān)系的研究仍較為缺乏。因此,本研究以典型半干旱黃土小流域3種植被恢復(fù)方式下(天然荒草、自然恢復(fù)、人工恢復(fù))的5種植被類型(長(zhǎng)芒草草地、賴草草地、苜蓿草地、檸條灌叢、山杏林)為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)其優(yōu)勢(shì)種植物的葉、莖、根及土壤的生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征進(jìn)行研究,試圖明晰：不同植被恢復(fù)類型下植物各器官C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量特征變化有何差異；土壤C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量特征在各植被恢復(fù)類型間有何不同；該黃土小流域植物與土壤C、N、P含量及生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征存在怎樣的相互關(guān)系。旨在對(duì)黃土高原生態(tài)系統(tǒng)植物與土壤間養(yǎng)分循環(huán)進(jìn)一步了解,為黃土高原植被恢復(fù)類型選擇及策略優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及樣地選擇

研究區(qū)位于黃土高原西部定西龍灘流域(104°27′—104°32′ E,35°43′—35°46′ N),是典型黃土丘陵溝壑區(qū),屬暖溫帶半干旱氣候,年平均溫度為6.8℃,年平均降水量為386 mm,大部分降雨發(fā)生在7月到9月[20]。本研究區(qū)土壤類型主要為低肥力、含沙量高、結(jié)構(gòu)疏松的黃綿土[21]。流域內(nèi)主要有以長(zhǎng)芒草(Stipabungeana)、賴草(Leymussecalinus)、苜蓿(Medicagosativa)、檸條(Caraganakorshinskii)、山杏(Armeniacasibirica)等為主的多種植被。

1.2 樣地選擇及野外調(diào)查

依據(jù)代表性和典型性原則,在研究區(qū)內(nèi)選取長(zhǎng)芒草草地、賴草草地、苜蓿草地、檸條灌叢及山杏林5種典型植被類型共31個(gè)樣地進(jìn)行研究。其中,長(zhǎng)芒草草地為該研究區(qū)代表性植被,未經(jīng)種植、耕種等人為干擾活動(dòng),即天然荒草地；賴草草地為農(nóng)地休耕后自然恢復(fù)樣地,代表自然恢復(fù)植被；苜蓿草地、檸條灌叢及山杏林均為人工引進(jìn)植被樣地,代表人工恢復(fù)植被。在樣方內(nèi)進(jìn)行物種調(diào)查,喬木層隨機(jī)設(shè)置4個(gè)10 m×10 m的樣方,記錄其樹(shù)種、樹(shù)高、胸徑、冠幅等因子；灌木層隨機(jī)設(shè)置4個(gè)5 m×5 m樣方,記錄每個(gè)樣方內(nèi)灌木的種類、叢數(shù)、基徑、株高、蓋度等因子；草本層隨機(jī)設(shè)置4個(gè)1 m×1 m樣方,調(diào)查草本的種類、株數(shù)、蓋度等因子。樣地基本特征見(jiàn)表1。

表1 樣地基本情況

1.3 樣品采集與測(cè)定

植物葉、莖、根和土壤樣品均于2017年8月采集。在喬灌木樣地中隨機(jī)選擇5株長(zhǎng)勢(shì)良好、大小基本一致的優(yōu)勢(shì)種采集其葉片、莖樣品分別混勻裝入密封袋。喬木根樣品的采集是以5株采樣標(biāo)準(zhǔn)木基干為中心,在冠幅范圍內(nèi)隨機(jī)鉆取一個(gè)0—60 cm的土芯,采用沖洗法獲得根樣品,灌木根樣品采用四分之一圓法進(jìn)行取樣,以標(biāo)準(zhǔn)株基部為圓心,半徑為0.5 m,在土壤剖面取0—60 cm的土芯,經(jīng)沖洗獲得根樣品。在草本樣地中隨機(jī)設(shè)置3個(gè)0.5 m×0.5 m小樣方,在小樣方內(nèi)隨機(jī)取優(yōu)勢(shì)植物10株采集其葉、莖樣品,隨之移除樣方內(nèi)地上植被及凋落物對(duì)根進(jìn)行取樣,分別混勻裝入自封袋。上述根的取樣均采用內(nèi)徑為8 cm的根鉆。土壤取樣點(diǎn)與植物取樣點(diǎn)相對(duì)應(yīng),采用土鉆法在對(duì)應(yīng)樣方內(nèi)對(duì)0—60 cm土層以20 cm為間隔分三層取樣。將以上樣品經(jīng)烘干、研磨、過(guò)篩等步驟處理以備元素測(cè)定。所有樣品C、N、P含量分別采用重鉻酸鉀外加熱法、凱氏定氮法、鉬銻抗比色法進(jìn)行測(cè)定[22]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用單因素方差分析法(one-way ANOVA)對(duì)不同植被類型下葉、莖、根以及土壤C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量特征進(jìn)行分析,在檢驗(yàn)方差齊性時(shí),若方差齊,則采用最小顯著差異法(LSD)進(jìn)行多重比較；若方差不齊,則采用Tamhane′s T2法進(jìn)行多重比較。同時(shí)采用雙因素方差分析法(two-way ANOVA)對(duì)植被類型和不同器官對(duì)植物C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量特征的影響進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及作圖分別在SPSS 17.0與SigmaPlot 10.0中進(jìn)行,其中土壤C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量比的取值均為3個(gè)土層的均值。利用R 3.5.1軟件對(duì)植物與土壤養(yǎng)分含量及化學(xué)計(jì)量特征進(jìn)行Pearson相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被類型下植物各器官C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量特征

從表2可得,同一器官內(nèi),植被類型對(duì)植物C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量比具顯著影響(P<0.05)；同一植被類型中,不同器官對(duì)植物C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量比也具顯著影響(P<0.05)。不同植被類型下各器官C、N、P含量均表現(xiàn)為：葉>莖>根,且葉、莖、根的C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量特征在5種典型植被間具一定差異(圖1)。各器官C含量在不同植被間表現(xiàn)為山杏最高,長(zhǎng)芒草最低,N含量則為檸條顯著高于其他植被(P<0.05),而P含量在各植被間無(wú)顯著差異(P>0.05)。不同植被類型下葉、莖、根的C∶N表現(xiàn)為賴草顯著高于其他4種植被(P<0.05),葉、莖、根的C∶P在各植被間表現(xiàn)為檸條顯著最低(P<0.05),但長(zhǎng)芒草、賴草、苜蓿及山杏間無(wú)顯著差異(P>0.05),N∶P則表現(xiàn)為檸條和苜蓿顯著高于其他植被(P<0.05)。從總的恢復(fù)方式來(lái)看(表3),人工恢復(fù)植被各器官C、N含量及N∶P均顯著高于天然荒草地(P<0.05)。P含量與C∶P在不同植被恢復(fù)類型間則無(wú)顯著差異(P>0.05)。自然恢復(fù)植被各器官C∶N顯著高于人工恢復(fù)植被與天然荒草地(P<0.05)。

表2 植被類型和器官對(duì)C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量比的影響

圖1 不同植被類型下植物各器官C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量比Fig.1 Concentrations of C, N, P and stoichiometric ratio in plant organs under different vegetation types圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；不同大寫(xiě)字母代表同一器官不同植被類型間差異顯著(P<0.05)

表3 3種恢復(fù)方式下植物各器官C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量比

2.2 不同植被類型下土壤C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量特征

土壤C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量特征在5種典型植被間存在差異(圖2)。土壤C、N含量在不同植被類型間表現(xiàn)為：檸條顯著高于其他4種植被(P<0.05),賴草顯著低于其他4種植被(P<0.05)。土壤P含量在5種典型植被間無(wú)顯著差異(P>0.05)。土壤C∶N在不同植被類型間表現(xiàn)為：山杏>檸條>苜蓿>賴草>長(zhǎng)芒草,但彼此間無(wú)顯著差異(P>0.05)。土壤C∶P、N∶P在各植被間表現(xiàn)為檸條顯著高于賴草(P<0.05),但檸條、賴草與長(zhǎng)芒草、苜蓿及山杏均無(wú)顯著差異(P>0.05)。從3種恢復(fù)方式整體來(lái)看(表4),自然恢復(fù)植被土壤C、N、P含量及C∶P、N∶P均顯著低于人工恢復(fù)植被(P<0.05),土壤C∶N則在不同恢復(fù)方式間無(wú)顯著差異(P>0.05)。

圖2 不同植被類型下土壤C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量比Fig.2 Soil C, N, P concentrations and stoichiometric ratio under different vegetation typesⅠ：長(zhǎng)芒草 Stipa bungeana；Ⅱ：賴草 Leymus secalinus；Ⅲ： 苜蓿 Medicago sativa；Ⅳ：檸條 Caragana korshinskii；Ⅴ：山杏 Armeniaca sibirica. 不同大寫(xiě)字母代表不同植被類型間差異顯著(P<0.05)

2.3 不同植被類型下植物與土壤C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量特征的相關(guān)關(guān)系

對(duì)不同植被恢復(fù)類型下植物葉片與土壤C、N、P含量做Pearson相關(guān)分析發(fā)現(xiàn),葉片C、N、P含量與土壤C、N、P含量的相關(guān)性在各植被類型下存在差異。如表5所示,長(zhǎng)芒草葉的C含量與土壤C含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),賴草葉的C含量與土壤C、N含量均呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。在人工恢復(fù)植被中,苜蓿葉的N含量與土壤C含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05),山杏葉的N含量與土壤P含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),檸條葉片C、N、P含量與土壤C、N、P含量均無(wú)顯著相關(guān)性(P>0.05),就人工植被總體而言,葉片N含量與土壤C、N含量均呈顯著正相關(guān)(P<0.05),葉片P含量與土壤N含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。

表4 3種恢復(fù)方式下土壤C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量比

為探究該研究區(qū)植物各器官與土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征的整體相關(guān)性,對(duì)兩者C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量特征做進(jìn)一步相關(guān)分析。如圖3,4所示,植物器官內(nèi),C、N、P含量及C∶N、C∶P、N∶P分別在葉、莖、根間呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。在植物與土壤間,土壤C、N、P含量與植物各器官N含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05),土壤C∶P與植物各器官C∶P呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),土壤N∶P與植物各器官C∶N呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),與植物各器官N∶P呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。此外,在土壤內(nèi)C、N、P含量彼此間具顯著正相關(guān)(P<0.05)。

圖3 植物與土壤C、N、P含量相關(guān)關(guān)系Fig.3 Correlation between plant and soil C, N and P concentrationsLC,LN,LP：葉C含量, 葉N含量, 葉P含量； SC,SN,SP：莖C含量,莖N含量,莖P含量； RC,RN,RP：根C含量,根N含量,根P含量；TC,TN,TP：土壤C含量,土壤N含量,土壤P含量(* P < 0. 05, ** P < 0. 01, *** P < 0. 001)

圖4 植物與土壤化學(xué)計(jì)量比相關(guān)關(guān)系Fig.4 Correlation between plant and soil C, N and P stoichiometric ratioLC.N,LC.P,LN.P：葉C∶N,葉C∶P,葉N∶P； RC.N,RC.P,RN.P：根C∶N,根C∶P,根N∶P； SC.N,SC.P,SN.P：莖C∶N,莖C∶P,莖N∶P； TC.N,TC.P,TN.P：土壤C∶N,土壤C∶P,土壤N∶P(* P < 0. 05,** P < 0. 01, *** P < 0. 001)

3 討論3.1 不同植被類型對(duì)植物化學(xué)計(jì)量特征變化的影響

本研究對(duì)5種典型植被C、N、P含量進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),C、N、P含量在不同植被類型間存在一定差異(圖1),這與Yang等[23]對(duì)溫帶沙漠典型植被、Zeng等[24]對(duì)黃土高原不同植被群落、李慧等[25]對(duì)晉西不同樹(shù)種的研究結(jié)果相吻合。該研究區(qū)5種植被葉片C、N、P平均含量分別為431.25 g/kg、20.83 g/kg和1.0 g/kg略低于鄭淑霞等[26]對(duì)黃土高原植被養(yǎng)分含量研究結(jié)果,這一方面與該研究區(qū)土壤較為干旱有關(guān),另一方面與黃土高原地區(qū)植被稀疏,土壤結(jié)構(gòu)疏散,植物從土壤中吸收N、P元素能力減弱有關(guān)。本研究中發(fā)現(xiàn),人工植被檸條各器官N含量顯著高于其他植被類型(P<0.05),這是由于檸條作為快速生長(zhǎng)的豆科植物可通過(guò)根瘤菌固定大氣中的氮[27]。在不同器官間,葉片的養(yǎng)分含量為最高(圖1),這是葉片作為光合作用的場(chǎng)所既能積累大量有機(jī)質(zhì)又能合成蛋白質(zhì)、核酸等多種化合物的結(jié)果[28]。不同植被類型下葉、莖、根的C、N、P含量分配存在差異且C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量特征在各器官間具顯著相關(guān)性(P<0.05,圖3,4),可反映不同植被可通過(guò)調(diào)節(jié)自身獨(dú)特的養(yǎng)分分配策略來(lái)適應(yīng)環(huán)境,但在生長(zhǎng)過(guò)程中植物體葉、莖、根間的養(yǎng)分變化又具有協(xié)同一致性。

植物葉片C∶N、C∶P值是反映植物生長(zhǎng)的重要指標(biāo),C∶N、C∶P值通常與植物N、P元素的養(yǎng)分利用效率成正比,與植物生長(zhǎng)速率成反比[29]。本研究中人工恢復(fù)植被、自然恢復(fù)植被及天然荒草地植被的C∶N、C∶P均高于鄭淑霞等[26]對(duì)黃土高原植物的研究結(jié)果,可反映該流域植被對(duì)N、P元素的利用效率較高,生長(zhǎng)速率緩慢,其中人工恢復(fù)植被中檸條各器官C∶N、C∶P均為最低,表明檸條在生長(zhǎng)過(guò)程中生長(zhǎng)速率相對(duì)較快。大量研究表明植物葉片N、P含量及N∶P值可用作判斷植物營(yíng)養(yǎng)受限情況[30]。Koerselman等[6]研究表明,當(dāng)N∶P<14時(shí),植物群落生長(zhǎng)主要受N元素限制；當(dāng)1416時(shí),植物群落生長(zhǎng)主要受P元素限制。本研究中,人工恢復(fù)植被葉片N∶P值均大于16,說(shuō)明人工恢復(fù)植被生長(zhǎng)主要受P元素限制,自然恢復(fù)植被和天然荒草地葉片N∶P值則介于14—16間,受N、P元素共同限制。5種典型植被葉片N∶P的平均值為20.83,可認(rèn)為該流域植被生長(zhǎng)主要限制元素為P元素,這與Han等[31]研究發(fā)現(xiàn)P元素是中國(guó)陸地植物生長(zhǎng)主要限制營(yíng)養(yǎng)元素的結(jié)果相吻合。但由于研究區(qū)域、植被類型及生態(tài)環(huán)境不同,評(píng)價(jià)植物受N、P限制情況的葉片N∶P閾值可能有所差異[32],對(duì)該研究區(qū)植物生長(zhǎng)受N或P元素限制情況判斷需進(jìn)一步結(jié)合室內(nèi)盆栽實(shí)驗(yàn)得出較全面的結(jié)論。

3.2 不同植被類型對(duì)土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征的影響

本研究發(fā)現(xiàn)土壤C含量在5種典型植被間表現(xiàn)為檸條>長(zhǎng)芒草>山杏>苜蓿>賴草(圖2),這與季波等[33]對(duì)寧南不同退耕模式土壤有機(jī)碳研究結(jié)果不同,這可能與黃土高原土壤母質(zhì)及氣候條件有關(guān),植物為適應(yīng)其生存環(huán)境而調(diào)整自身養(yǎng)分分配策略進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分的平衡與分配。本研究發(fā)現(xiàn)人工恢復(fù)植被土壤C、N、P含量相對(duì)較高,自然恢復(fù)植被土壤C、N、P含量較低,說(shuō)明該研究區(qū)在植被恢復(fù)過(guò)程中,人工恢復(fù)植被對(duì)土壤質(zhì)量改善作用高于自然恢復(fù)植被。前人研究表明不同植物生活型,不同管理模式等對(duì)土壤養(yǎng)分的積累均有影響[34]。本研究發(fā)現(xiàn)人工植被中苜蓿植物體C、N、P含量較高,但土壤C、N、P含量較低,這與王振等[35]對(duì)黃土高原苜蓿土壤C、N、P變化研究結(jié)果不一致,這可能是由于苜蓿作為該研究區(qū)優(yōu)質(zhì)牧草一年被收割2—3回,不能很好的完成養(yǎng)分循環(huán)及再吸收造成的。土壤C∶N、C∶P是指示土壤有機(jī)質(zhì)礦化速率及元素有效性的關(guān)鍵指標(biāo)[36]。本研究中不同植被恢復(fù)類型下土壤C∶N、C∶P的平均值略低于全國(guó)土壤C∶N、C∶P水平[37],說(shuō)明該研究區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)礦化效率及土壤P元素的有效性較高,養(yǎng)分含量較為貧乏,這是與該研究區(qū)前期嚴(yán)重的人為擾動(dòng)及水土流失導(dǎo)致土壤養(yǎng)分條件較差有關(guān)。不同植被類型下土壤C∶N無(wú)顯著差異,與歐延升等[38]對(duì)人工草地土壤C∶N值變化研究結(jié)果一致,同時(shí)此結(jié)果驗(yàn)證了前人研究表明土壤C∶N在生態(tài)系統(tǒng)中總保持相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)果[39]。

本研究對(duì)植物與土壤C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量特征進(jìn)行Pearson相關(guān)分析,發(fā)現(xiàn)C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量特征在植物與土壤間均具有相關(guān)關(guān)系。例如,土壤C∶P與植物C∶P呈負(fù)相關(guān),土壤N∶P與植物N∶P呈顯著正相關(guān)(P<0.05,圖3,4),表明該研究區(qū)植物生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征受土壤化學(xué)計(jì)量特征制約,反映在半干旱黃土小流域生態(tài)系統(tǒng)中,植物與土壤養(yǎng)分變化是緊密相關(guān)相互影響的,這與An等[40]對(duì)荒漠草原植物與土壤養(yǎng)分相關(guān)關(guān)系研究結(jié)果一致。但本研究對(duì)不同植被類型下植物葉片與土壤C、N、P含量相關(guān)關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn),不同植被類型下葉片與土壤C、N、P含量相關(guān)關(guān)系有所差異(表3),這與羅艷等[15]對(duì)塔里木4種植被葉片與土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征研究結(jié)果一致,說(shuō)明植物化學(xué)計(jì)量特征變化不僅受土壤化學(xué)計(jì)量特征影響,還與自身遺傳特性有關(guān)。

4 結(jié)論

本文探究了半干旱黃土小流域3種植被恢復(fù)方式下(天然荒草、自然恢復(fù)、人工恢復(fù))5種植被類型(長(zhǎng)芒草草地、賴草草地、苜蓿草地、檸條灌叢、山杏林)的葉、莖、根和土壤的生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征。結(jié)果表明,人工恢復(fù)植被葉、莖、根的C∶N、C∶P總體小于自然恢復(fù)植被,人工恢復(fù)植被生長(zhǎng)速率相對(duì)較快。人工恢復(fù)植被苜蓿、檸條、山杏N∶P較高,生長(zhǎng)主要受P元素限制,而自然恢復(fù)植被、天然荒草地N∶P較低,植被生長(zhǎng)更傾向于受N、P共同限制,建議黃土高原在后期植被建設(shè)中可根據(jù)植被生長(zhǎng)所需適量添加氮、磷肥。人工恢復(fù)植被土壤C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量比均大于自然恢復(fù)植被,表明人工恢復(fù)植被對(duì)土壤養(yǎng)分改善更優(yōu)于自然恢復(fù)植被,且在人工恢復(fù)植被中檸條對(duì)土壤C、N、P元素的積累效果更好,更適應(yīng)于在該研究區(qū)引種來(lái)提高土壤質(zhì)量。整體上,5種典型植被葉、莖、根與土壤C、N、P含量及化學(xué)計(jì)量比總體較低,植物養(yǎng)分吸收能力較弱,土壤有機(jī)質(zhì)礦化效率及磷的有效性總體較高,養(yǎng)分含量較為貧乏。在研究區(qū)內(nèi),植物生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征的變化不僅受植被類型及不同器官的影響,同時(shí)與土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征的變化緊密相關(guān)彼此制約,因此在未來(lái)植被恢復(fù)過(guò)程中應(yīng)結(jié)合恢復(fù)區(qū)實(shí)際情況,因地制宜,選擇合適物種,在提高植物與土壤養(yǎng)分含量的同時(shí)促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)能力。

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