湘潭锰矿区不同年龄栾树林土壤、根系和叶片C、N、P化学计量特征

摘要

湘潭锰矿区废弃地是一个典型的退化生态系统，本文针对矿区废弃地植被恢复中3个不同林龄的栾树林（3年生、5年生和9年生），测定了林木根系、叶片以及相应土壤的C、N、P含量，综合分析了不同林龄土壤、林木根系和叶片的含量及其化学计量比特征，判断矿区栾树生长的养分限制状况，并揭示植被恢复过程中林地土壤、根系和叶片之间的协同关系。通过研究得出以下结论: (1).土壤C含量随着土层加深均呈现“倒金字塔”状分布，并且每个土层含量差异显著，而N、P含量变化不显著，呈“圆柱体”分布;C∶N和C∶P比值随着土层加深均逐渐降低，而N∶P比值无明显变化;随着恢复年龄的增加土壤中C、N含量显著增加，呈“金字塔”状分布，而P含量则表现为相反趋势，但差异均显著;C∶N比值在5年生达到最大，而C∶P和N∶P比值均呈现递增趋势;相关性分析显示，3个林龄土壤N含量与N∶P比值存在显著正相关关系，P含量与N∶P比值存在显著负相关关系。 (2).不同林龄栾树根系间C、N、P含量存在差异，N、P含量均随着年龄的增大而减少;不论粗根还是细根C∶N、C∶P和N∶P比值整体上随着年龄均呈现增加的趋势;根系N含量与C∶N比值间，P含量与C∶P比值间均存在显著负相关关系，N∶P比值也随着N的增加线性下降。 (3).栾树叶片C含量随着年龄升高表现为上升后随即趋于稳定状态，N、P含量变化趋势一致;叶片C∶N比值和C∶P比值随着年龄的增加均降低，N∶P比值则相反，各林龄之间均差异显著;叶片N含量与C∶N比值间，P含量与C∶P比值间均存在极显著负相关关系，且均为对数函数关系，而N含量与N∶P比值间表现为线性正相关关系，P含量与N∶P比值间为线性负相关关系。 (4).不同林龄植物根系C∶N、C∶P和N∶P比值受相应土壤中C、N、P元素含量的影响较小。3年生土壤N元素与细根C∶N比值以及粗根C∶P比值间存在极显著正相关关系;5年生土壤C、N元素和细根C∶P比值间存在极显著正相关关系;9年生土壤C元素和细根C∶N比值间存在显著正相关性。 (5).不同林龄栾树叶片和土壤之间分析发现，5年生土壤C含量与叶片C∶N比值之间，9年生土壤P含量与叶片C∶N比值之间存在显著正相关关系;但是从整体上看，叶片N∶P比值与土壤N含量之间存在极显著的正相关关系。 (6).不同林龄栾树根系和叶片之间存在一定关系:3年生细根C含量与叶片N、N∶P比值存在显著正相关，细根和叶片的P含量显著正相关;5年生细根和叶片C含量表现为显著正相关，细根P含量与叶片N、P含量显著正相关，叶片C含量、C∶N比值与粗根C∶N比值间均存在正相关关系，叶片C含量与细根C∶P比值以及N∶P比值间存在显著负相关关系;9年生粗根与叶片N元素含量间存在显著正相关关系，粗根C元素与叶片C元素、C∶N比值间呈极显著正相关关系，粗根N元素含量与叶片C含量、C∶N比值存在极显著负相关关系，叶片N元素和粗根C∶N比值间呈显著负相关关系，粗根N∶P比值与叶片C∶N比值间呈显著负相关关系。 (7).综合分析3个林龄栾树林土壤、根系、叶片的C、N、P含量及其化学计量比值特征，我们发现P很有可能成为湘潭锰矿退化生态系统植被恢复过程中植物生长的限制性因子。该研究结果可为矿区废弃地植被恢复和经营管理以及森林可持续发展提供科学依据。

目录

声明

摘要

1 选题背景和研究意义

1．1 选题背景

1．2 研究目的和意义

2 文献综述

2．1 生态化学计量学基本概述

2．1．1 生态化学计量学的概念

2．1．2 生态化学计量学的研究历史

2．1．3 生态化学计量学的应用

2．2 生态化学计量学国内外研究现状

2．2．1 基于生长季节不同的生态化学计量学

2．2．2 基于生长阶段不同的生态化学计量学

2．2．3 种群和功能群水平的生态化学计量学

2．2．4 比较不同区域的生态化学计量学

2．2．5 多种生态系统类型间的生态化学计量比较

2．2．6 多个演替阶段的生态化学计量特征

2．2．7 不同植物器官间的生态化学计量学

2．2．8 分子水平上的生态化学计量学

2．3 生态化学计量学的发展趋势

2．3．1 植物生态化学计量学

2．3．2 “土-植”系统生态化学计量学

2．3．3 K、S、Ca、Mg等大量元素化学计量的研究

2．3．4 退化生态系统的生态化学计量研究

2．3．5 其他方面

3 研究内容、技术路线和拟解决的问题

3．1 研究内容

3．2 技术路线

3．3 拟解决的关键问题

4 试验地概况与研究方法

4．1 试验地概况

4．2 研究方法

4．2．1 植物和土壤样品采集

4．2．2 分析方法

4．2．3 数据分析

5 结果与分析

5．1 不同林龄栾树林地土壤C、N、P含量及其计量比特征

5．1．1 土壤C、N、P元素含量

5．1．2 土壤C、N、P化学计量比值特征

5．1．3 土壤营养元素含量及化学计量比间的相关关系

5．1．4 小结与讨论

5．2 不同林龄栾树根系C、N、P含量及其化学计量特征

5．2．1 根系C、N、P元素含量

5．2．2 根系C、N、P化学计量比值特征

5．2．3 根系营养元素含量及化学计量比间的相关关系

5．2．4 小结与讨论

5．3 不同林龄栾树叶片C、N、P含量及其化学计量特征

5．3．1 叶片C、N、P元素含量

5．3．2 叶片C、N、P化学计量比值特征

5．3．3 叶片营养元素含量及化学计量比间的相关关系

5．3．4 小结与讨论

5．4 不同林龄栾树林土壤、根系和叶片之间C、N、P相关性分析

5．4．1 土壤、根系和叶片的养分含量特征

5．4．2 不同林龄栾树林土壤和根系C、N、P相关性分析

5．4．3 不同林龄土壤和叶片C、N、P相关性分析

5．4．4 不同林龄根系和叶片C、N、P相关性分析

5．4．5 小结与讨论

6 结论

7 创新点与研究展望

7．1 创新点

7．2 展望

参考文献

附录 (攻读学位期间的主要学术成果)

致谢