本文關鍵詞：刈割、施肥對高寒草甸土壤、植物N、P化學計量特征的影響

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【摘要】：生態(tài)化學計量學(ecological stoichiometry)結合生物學、化學及物理學的基本原理,通過分析比較生命物質(zhì)不同結構層次或者生態(tài)系統(tǒng)中的元素相對比值來研究生態(tài)學過程中元素之間的關系,特別是C、N、P元素三者的關系。N元素和P元素是植物的基本營養(yǎng)元素,其循環(huán)影響著生態(tài)系統(tǒng)中的大多數(shù)過程；植物N、P養(yǎng)分含量及養(yǎng)分在各個器官間的分配既受土壤養(yǎng)分有效性的制約,也受植物自身生長型、生理特征和生活史以及外界干擾因素等的影響,是環(huán)境選擇和物種系統(tǒng)發(fā)育共同作用的結果。群落及各功能群(functional groups)植物對資源的吸收、利用方式存在差異,這些差異是各功能群植物適應特定環(huán)境的前提或結果,因此它們對外界干擾因素的響應也不同,具體表現(xiàn)在植株高度、生物量以及營養(yǎng)限制類型上。在自然陸地生態(tài)系統(tǒng)中,N：P比值已被廣泛用于判斷植物個體、群落和生態(tài)系統(tǒng)N、P養(yǎng)分的限制情況,Gusewell (2005)認為植物N：P13和N：P16分別表示植被受到N限制和P限制,而13N：P16,則為N、P共同限制。此外,除了利用植物N：P比值,植物的N、P含量也用來判斷生態(tài)系統(tǒng)中植物的營養(yǎng)狀態(tài),如Duru和Thelier等人1997年提出的判斷N、P限制類型的標準方程：P%=0.15+0.065N%。植物的養(yǎng)分元素與其生長發(fā)育有著重要的聯(lián)系,植物葉片的N、P化學計量特征在很大程度上影響了植物的生長速率,即生長速率假說。該假說認為,在個體水平相對生長速率較快的生物,通常具有較高的N、P含量和較低的N：P比值。然而生態(tài)化學計量學理論的提出、驗證和豐富大多是基于對海洋生物和陸生植物的研究獲得的,但針對陸生植物的研究并不充分。并且生態(tài)化學計量學理論是否適用于全部生物或各個生態(tài)組織尺度還有待于進一步檢驗。 本實驗從2007年起,在位于青海省門源縣的高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)國家野外觀測站內(nèi)人工設置刈割(3水平：不刈割、留茬3cm的中度刈割和留茬1cm的重度刈割)、施肥(2水平：N、P混合施肥以及不施肥)、澆水(2水平：澆水和不澆水)的3因素3區(qū)組裂區(qū)控制實驗,研究了刈割和施肥對高寒草甸土壤、植物N、P化學計量學特征以及生物量的影響,探討植物群落的營養(yǎng)限制類型以及生長速率假說在群落水平的適用性。主要研究結果如下： 1、刈割和施肥對土壤N、P含量及N：P比值的影響不同。不刈割、中度刈割、重度刈割處理下土壤總N含量(mg·g-1)分別為4.41、4.40和4.73,總P含量(mg·g-1)分別為0.75、0.73和0.73,速效N含量(mg·kg-1)分別為32.62、29.71和30.29,速效P含量(mg·kg-1)分別為3.03、4.92和5.48,速效N：P比值分別為11.04、6.22和5.70。刈割后,土壤總N和總P含量與不刈割處理相比沒有發(fā)生顯著變化,但在連續(xù)6年的重度刈割處理下,土壤總N有上升趨勢；刈割對土壤速效N含量影響不顯著,而土壤速效P含量隨著刈割強度的加大顯著增高,說明刈割有助于刺激土壤無機P的釋放；土壤速效N：P比值隨著刈割強度而顯著減小。施肥對土壤總N和總P含量、速效N、P含量以及速效N：P比值均無顯著性影響。土壤速效養(yǎng)分是一個瞬時值,與植物對養(yǎng)分的吸收、消耗與歸還等過程有關,施肥添加到土壤中的速效N、P養(yǎng)分迅速被植物吸收利用,并沒有被貯存到土壤養(yǎng)分庫中。 2、刈割、施肥對群落葉層N、P含量以及N：P比值均有顯著影響。不刈割、中度和重度刈割處理下,群落葉層N含量(mg·g-1)分別為15.72、19.01和21.47,P含量(mg·g-1)分別為1.03、1.59和1.58,N：P比為15.91、12.54和13.82。不施肥與施肥處理下,群落葉層N含量(mg·g-1)分別為16.14和20.8,P含量分別為1.20和1.57,N：P比值分別為14.72和13.46。刈割促進植物幼嫩部分生長,加大對N、P養(yǎng)分的吸收,施肥提高土壤可利用性養(yǎng)分,被植物吸收,總體表現(xiàn)為刈割和施肥均增加了群落葉層的N、P含量,降低其N：P比值。 3、豆科植物、禾草類植物和莎草類植物3個功能群的平均N含量(mg·g-1)分別為23.65、15.68和17.91,P含量(mg·g-1)分別為1.03、1.04和0.75,N：P比分別為24.82、15.59和27.18。豆科植物N含量顯著高于禾草類和莎草類植物N含量,禾草類和豆科植物P含量顯著高于莎草類植物P含量,禾草類植物N：P比顯著低于豆科和莎草類植物N：P比。刈割顯著提高禾草類植物P含量和莎草類植物N、P含量,施肥對上述3個功能群的N、P含量均無顯著影響,刈割、施肥對其N：P比值均無顯著影響。 4、本研究群落的平均N、P含量分別為18.73mg·g-1和1.38mg·g1,群落N：P比值為13.98。其N、P平均含量均低于楊闊等調(diào)查的高寒草甸群落。根據(jù)Giisewell(2005)提出的N：P比臨界值,該群落受N、P元素的共同限制,并且更多受P限制。本研究中,豆科植物和禾草類植物的N：P比值都較大,嚴重受P限制。豆科植物的N、P含量之間表現(xiàn)為顯著負相關,說明它們在受到P限制的情況下,將通過N、P吸收之間的反饋調(diào)節(jié),增大對P素吸收效率,降低N素吸收效率,緩解P限制作用,從而改變了體內(nèi)N、P含量關系。 5、刈割、施肥對群落地上生物量均有顯著影響。不刈割、中度刈割、重度刈割情況下地上生物量(g·0.25m-2)分別是106.54、114.45和123.35,在本研究刈割強度范圍內(nèi),隨著刈割強度加大,群落地上生物量顯著增加；不施肥與施肥處理下的群落生物量(g·0.25m-2)分別為87.97和142.78,施肥也顯著提高了群落生物量。但刈割、施肥處理對豆科、禾草及莎草類植物的地上生物量影響卻不相同。對于豆科植物而言,不刈割、中度刈割、重度度刈割情況下,其地上生物量(g·0.25m-2)分別為1.60、7.05和11.53,刈割顯著增大其地上生物量,而施肥對其地上生物量影響不顯著,并表現(xiàn)出下降趨勢；對于禾草和莎草類植物,刈割僅增加了莎草類植物生物量,不刈割、中度刈割、重度刈割情況下莎草類植物生物量(g·0.25rn-2)分別為3.59、10.54和11.26。施肥對禾草和莎草類植物生物量無顯著影響,但在施肥后二者生物量表現(xiàn)出升高趨勢。 6、群落地上生物量生長速率與群落葉層N、P含量均呈顯著正相關關系,而與葉層N：P比值顯著負相關,生長速率假說在群落水平亦成立。 總之,在本研究的刈割強度和施肥量下,刈割和施肥處理對高寒草甸土壤養(yǎng)分、植物N、P化學計量特征有顯著性影響,刈割和施肥能通過改變土壤和植物N、P含量以及化學計量特征進而影響植物地上生物量。研究區(qū)域植被主要受P限制,為提高草地生產(chǎn)力,可適量增加P肥施用量,以解除P的限制作用。普遍適用于植物個體的生長速率假說亦適用于高寒草甸群落。
【關鍵詞】：生態(tài)化學計量特征 刈割 施肥 養(yǎng)分限制 地上生物量 生長速率假說
【學位授予單位】：陜西師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：Q948.1
【目錄】：

• 摘要3-6
• Abstract6-12
• 第1章 前言12-22
• 1.1 生態(tài)化學計量學定義12-13
• 1.2 生態(tài)化學計量學在生態(tài)學中的應用13-16
• 1.2.1 生態(tài)化學計量學的基本理論13-14
• 1.2.2 N：P化學計量學與限制元素14-16
• 1.2.3 不同功能群N：P化學計量學的差異16
• 1.3 國內(nèi)生態(tài)化學計量研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 刈割、施肥與草地群落生物量17-19
• 1.5 本論文研究內(nèi)容、研究目的和意義19-22
• 第2章 研究區(qū)概況22-24
• 2.1 地理位置22
• 2.2 氣候特征22-23
• 2.3 土壤特征23
• 2.4 植被特征23-24
• 第3章 實驗設計和研究方法24-28
• 3.1 實驗設計24-25
• 3.2 樣本采集與測定25-26
• 3.2.1 群落調(diào)查25
• 3.2.2 植物樣本采集25
• 3.2.3 生物量測定25-26
• 3.2.4 土壤取樣與測定26
• 3.2.5 植物樣本取樣與N、P含量測定26
• 3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析26-28
• 第4章 結果與分析28-40
• 4.1 刈割、施肥下土壤N、P含量及N：P比的變化28-29
• 4.2 刈割、施肥處理下群落葉層、植物功能群N、P含量及N：P比變化29-32
• 4.3 植物養(yǎng)分及化學計量比值的關系和養(yǎng)分限制32-35
• 4.3.1 群落水平32-33
• 4.3.2 功能群水平33-35
• 4.4 刈割、施肥處理下地上生物量的變化35-37
• 4.5 群落地上生物量生長速率與群落養(yǎng)分的關系37-40
• 第5章 討論40-50
• 5.1 刈割、施肥對土壤N、P養(yǎng)分含量的影響40-41
• 5.2 刈割、施肥對植物N、P養(yǎng)分含量的影響41-43
• 5.3 植物N、P養(yǎng)分關系和養(yǎng)分限制類型的判斷43-45
• 5.4 刈割、施肥對植物生物量的影響45-47
• 5.5 生長速率假說在群落水平的驗證47-50
• 第6章 結論50-52
• 參考文獻52-64
• 致謝64-66
• 攻讀碩士學位期間科研成果66

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 汪濤;楊元合;馬文紅;;中國土壤磷庫的大小、分布及其影響因素[J];北京大學學報(自然科學版);2008年06期

2 喬安海;韓建國;鞏愛岐;李偉;王，

本文編號：917925