探讨喀斯特高寒干旱区不同经济树种碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)含量及生态化学计量特征,丰富对“内稳态理论”、“生长速率理论”和生态系统养分限制状况的理解,为改善喀斯特生态环境提供理论支撑.本文以毕节市七星关区撒拉溪示范区的刺梨(Rosa roxburghii、核桃(Juglans regia)2种主要经济树种作为研究对象,分析比较不同经济树种的养分含量特征、生态化学计量特征以及“叶片-凋落物-土壤”C、N、P含量和计量比之间的关系.结果表明:(1)2种经济树种不同组分中,核桃叶片有机C含量最高(均值为436.73 mg/g),刺梨叶片全N、全P含量最大(均值为20.77、2.10 mg/g),全K含量则为核桃根区土壤中最丰富(均值为17.07 mg/g).核桃根区土壤速效K含量高于刺梨,表明核桃具有较好的耐旱性.(2)刺梨N再吸收率(19.23％)显著高于核桃N再吸收率(4.05％),表明与核桃相比,刺梨根区土壤N元素匮乏.(3)生态化学计量特征总体呈现出凋落物＞叶片＞根区土壤的规律.刺梨叶片N∶P低于14,说明刺梨生长时主要受N限制.刺梨叶片C∶P、N∶P低于核桃,推测栽种年限相同时,刺梨树种生长速率高于核桃树种.凋落物N∶P表现为核桃＞刺梨,故核桃凋落物能保留更多养分.核桃根区土壤C:N高于刺梨,说明核桃地保肥能力较好.(4)根区土壤全P与叶片全P呈极显著正相关,说明植物叶片中P主要来源于土壤.根区土壤全N与凋落物C∶N呈极显著正相关,可见根区土壤中N含量与凋落物分解密切相关.

凋落物是森林生态系统养分的重要来源,叶片脱落时间是影响其分解的关键因素.东北温带森林中蒙古栎(Quercus mongolica)落叶时间较其他树种晚,在山脊等贫瘠立地叶片甚至第二年春天才脱落.我们假设:相对于其他树种,蒙古栎叶片养分元素含量过高、再吸收时间长,导致叶片延迟脱落.为验证假设,除蒙古栎外,选择了落叶时间居中的色木槭(Acer mono)和落叶较早的胡桃楸(Juglans mandshurica)为对象,持续监测叶片从成熟至凋落过程中叶片养分元素含量,包括大量元素:氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)和镁(Mg),微量元素:铁(Fe)、铜(Cu)、锰(Mn)和锌(Zn);并分析养分再吸收率.结果表明:蒙古栎成熟叶养分元素含量介于对照树种之间;凋落叶N、P和K含量低于对照树种,Fe和Mn含量高于对照树种,其余元素含量介于对照树种之间.该结果不支持“蒙古栎叶片养分含量过高”假设.蒙古栎叶片N、P和K再吸收率高于对照树种,再吸收率高低与其落叶时间完全一致;叶片Cu和Zn再吸收率与对照树种无显著差异;叶片其余元素未发生再吸收,其累积率与对照树种无显著差异;说明养分再吸收与养分含量无关,可能与树种的种专一性相关,可能会影响叶片脱落时间.由于蒙古栎多生长在贫瘠土壤,其成熟叶无法积累更多养分;为避免叶片脱落后养分进入土壤被其他物种利用,将养分尽量回收储存于自身,即蒙古栎叶片养分再吸收过程较长,叶片脱落较晚.生长在极端贫瘠立地的蒙古栎叶片次年春天才落叶,可能是由于再吸收一直在进行,来不及脱落而保留至新生长季开始.落叶晚的树种养分再吸收率高、有利于自身养分保存,更能适应贫瘠土壤,反之亦然.

为了解森林养分内循环对全球变化的响应,基于长期模拟氮沉降试验,研究了杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林不同龄级(一年生、二年生和衰老)叶和枝的氮(N)、磷(P)养分分配及其再吸收特征,并分析了不同模拟N沉降处理时间(7年和14年)杉木叶N、P养分再吸收差异.在12年生杉木中开展模拟N沉降试验,以尿素(COONH2)2)为N源,设N0、N1、N2和N3 4个处理水平,施氮量分别为0、60、120和240 kg·hm-2·a-1,每个处理重复3次.结果 表明:(1)叶和枝在衰老过程中碳(C)、N和P含量逐渐降低,且叶的C、N和P含量比枝高;N含量大小依次为一年生叶＞二年生叶＞衰老叶＞一年生枝＞二年生枝＞衰老枝,且N3 ＞N2 ＞N1＞ N0,而C∶N则呈现相反的趋势;衰老器官的C∶N、C∶P、N∶P比新鲜器官高;N沉降增加了不同龄级叶和枝(除二年生叶外)的N、N∶P和C∶P,但降低了P和C:N.(2)叶和枝的N、P养分再吸收率(REN、REp)随龄级的增加至衰老有规律地递减,且REp＞REN;受长期N沉降的影响,REN叶(28.12％)＜枝(30.00％),而REp则为叶(45.82％)＞枝(30.42％);杉木叶和枝N∶P与REN∶REp之间存在极显著的线性相关关系.(3)随N沉降处理时间的增加,叶REN呈降低态势,各处理(N1、N2和N3)分别降低了9.85％、3.17％和11.71％;而REp则明显上升,分别增加了71.98％、42.25％和9.60％.研究结果表明:不同器官、不同龄级的养分再吸收率随氮沉降处理的水平、处理时间而所有不同;REN∶REp与N∶P之间存在紧密关系.

为揭示黄土高原子午岭林区不同演替阶段和植被类型主要树种养分再吸收特征,研究选取4种次生植被树种(白桦、山杨、辽东栎和油松)和2种人工植被树种(刺槐和侧柏),测定其成熟叶、凋落叶和林下土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量,研究了叶片N、P再吸收率及其与养分指标的关系.结果 表明:(1)不同树种叶片养分和林下土壤养分含量存在显著差异,土壤C、N含量和C∶N∶P计量比均表现为演替后期林地(辽东栎和油松)＞演替前期林地(山杨和白桦)＞人工林(侧柏和刺槐);(2)不同树种叶片N、P再吸收率分别为17.18％-43.34％和27.13％-58.12％,均表现为演替后期林地＞人工林＞演替前期林地,且P的再吸收率总体高于N的再吸收率;(3)不同树种叶片N、P再吸收率与叶片养分指标的关系强于土壤,与养分计量比的相关性大于养分含量的相关性.说明子午岭典型植被会通过叶片N、P再吸收来适应养分限制环境,尤其是演替后期植被再吸收能力更强,研究可为黄土高原植被恢复提供理论依据.

为了深入认识滇中亚高山区域5种典型森林生态系统养分循环规律和系统稳定机质,通过测定植物叶、凋落叶和土壤C、N、P含量,掌握该区域典型森林植物叶-凋落叶-土壤生态化学计量特征.结果 显示:(1)5种森林类型C、N、P含量差异显著,其中各林型植物叶和凋落叶C、N、P含量均高于土壤.(2)5种森林类型植物N、P再吸收率均为华山松林＞云南松林＞常绿阔叶林＞高山栎林＞滇油杉林;5种森林类型的再吸收率均为P(均值为61.20％)高于N(均值为36.48％),表明了该区域土壤P的相对匮乏.(3)5种森林类型C/N、C/P、N/P均表现为凋落叶＞植物叶＞土壤;各林型植物叶N/P范围为10.17-15.31.(4)5种森林类型植物叶与凋落叶C、N、P含量、C/N和C/P均呈极显著或显著正相关;凋落叶与土壤的C、N含量及N/P呈显著正相关;5种森林类型植物叶N与P含量呈显著正相关关系;土壤N与P含量呈显著负相关关系.本文探究养分元素在“植物叶-凋落叶-土壤”之间的化学计量特征,为了解该区域森林生态系统的养分状况和揭示生物地球化学循环过程提供了理论数据.