不同生产力水平毛竹林碳氮磷生态化学计量特征研究

摘要

生态化学计量学，以研究多重化学元素平衡关系为目标，通过研究主要化学元素(C、N、P等)的计量关系来揭示有机体的特性及行为与生态系统间的相互关系，可以把个体、群落、景观等不同层次联系起来，揭示植物生长特征及其限制性因子相互关系。这种方法可能为毛竹林生产力与主要化学元素定量关系的研究开辟新途径。为此，本文以我国主要毛竹分布区（福建、江西、浙江、湖南等）毛竹林植被-土壤-凋落物系统为研究对象，试图通过对不同年龄（1～6年）、不同生产力水平（Ⅰ:30000±1000 kg·hm-2·a-1、Ⅱ:34000±1000kg·hm-2·a-1、Ⅲ:37000±1000 kg·hm-2·a-1、Ⅳ:42000±1000 kg·hm-2·a-1、Ⅴ:47000±1000kg·hm-2·a-1)和不同分布区域毛竹林的C、N、P含量及其化学计量特征的系统研究，阐明毛竹个体、毛竹林分和区域尺度上毛竹林植被的生态化学计量特征，揭示生态化学计量学对毛竹林生产力的影响，为毛竹林科学经营提供理论依据。研究的主要结果是: 1、在个体尺度上，毛竹同一器官C、N、P含量和C∶N、C∶P、N∶P比值，随着毛竹年龄的增大而呈现显著差异。不同年龄的毛竹生产力不同，养分分配数量和比例也不同，符合“生长速率”假说。N和P含量随着年龄的增加呈先降低后升高的趋势。不同年龄毛竹C∶N和C∶P均以3年生毛竹林最高;N∶P比值3年生毛竹林最低，5年生毛竹林中最高，反映了3年生毛竹代谢旺盛，扩鞭能力强，鞭芽活力高，具有较大的潜在生产力，N元素的供给可能对3年生毛竹林有较大影响;5年生毛竹N∶P最高，反映了五年生毛竹单位P元素对N的固持效率最高，此时采伐P元素的利用效率已达到最大。 2、在林分水平上，不同生产力水平下的毛竹林植被及土壤C、N、P含量有显著差异，但是植被层和土壤层C∶N、C∶P、N∶P的差异程度不一致，植被层的差异未达到显著水平，土壤层的差异达到显著水平，毛竹林植被和土壤未表现出显著的相关性。 (1)不同生产力水平毛竹林植被层C、N、P贮量存在显著差异，但是C∶N、C∶P、N∶P的差异未达到显著水平;不同生产力水平下毛竹叶片N∶P为12.60-13.69，变异系数为12.31％，反映了毛竹林主要养分元素的计量比随着生产力水平的不同在一个小的范围内波动，具有内在的稳定性，符合“内稳性”假说，同时N∶P＜14也反映了研究区毛竹林生长主要受到N元素的限制。 (2)不同生产力水平毛竹林土壤有机碳、N、P、H-N、A-P分布格局发生明显变化，其计量比值的差异也达到了显著水平。其中，N∶P为4.50-13.89，随着生产力的降低呈升高的趋势。土壤N∶P比值变化同生产力变化过程有较好的同步性，其对毛竹林生产力的变化与叶片相比具有更强的敏感性，有可能成为未来竹林退化诊断的生态指示指标。毛竹林土壤主要养分计量值与植被养分计量值的相关性未达到显著水平，但是竹叶养分计量比与林地主要养分的计量比有较大的相关系数，反映了林地养分含量及化学计量比值的变化，在一定程度上影响了植株的养分含量及其计量比。 3、在区域尺度上，毛竹林主要养分计量特征存在明显分异。 (1)沿纬度方向的变化规律:毛竹叶片N、P含量以及N∶P比值随纬度升高而升高，C∶N和C∶P随纬度升高而降低;凋落物中N含量以及C∶P和N∶P随纬度升高而增大，P含量和C∶N随纬度升高而降低;土壤层C、N含量以及C∶P、N∶P随纬度升高而增大，P含量、C∶N随着纬度升高而降低。 (2)沿经度方向的变化规律:毛竹林叶片N、P含量随经度升高而降低，C∶N、C∶P以及N∶P比值随经度升高而增大;凋落物中N、P含量随经度升高而增大，C∶N、C∶P和N∶P比值均随经度升高而减小;土壤层C、N、P含量以及C∶P、N∶P比值随经度升高而减小，C∶N比值随经度升高而增加。 (3)区域毛竹林生态化学计量特征:叶片C∶N比为25.32，C∶P比为143.36，N∶P为5.66;凋落物C∶N比为30.89，C∶P比为593.16，N∶P为19.20;土壤中C∶N比为12.71，C∶P比为54.24，N∶P为4.27。当N∶P＜14时，受N元素限制，14＜N∶P＜16时，同时收N和P元素限制;N∶P＞16时，受P元素限制。本研究所得数据表明，我国毛竹林生长主要受N元素的限制，P元素限制较少。 综上所述，毛竹主要生态化学计量值在个体水平上符合“生长速率假说”，在林分水平上符合“内稳性假说”，在区域水平上表现出明显的分异性。叶片N∶P说明本研究区毛竹林生长主要受到N元素的限制，受P元素的限制较小，且土壤N∶P比值对毛竹林生产力变化有较强的指示性。在现有经营水平上，林地基本能够满足毛竹林对P元素的需求，应加强N元素的输入与管理，但在具体缺P林地或区域亦可适当增加P元素的输入，以缓解本区域N元素限制，提高毛竹林生产力。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究目的和意义

1．2．国内外研究现状及评述

1．2．1 生态化学计量学定义

1．2．2 生态化学计量学的基础理论

1．2．3 生态化学计量学的应用

1．2．4 研究评述

1．3 研究目标与主要研究内容

1．3．1 关键科学问题与研究目标

1．3．2 主要研究内容

1．3．3 创新点

1．4 研究技术路线

第二章 不同年龄毛竹碳氮磷生态化学计量特征

2．1 实验地概况

2．2 研究方法

2．2．1 样地的选择及调查

2．2．2 样品采集

2．2．3 样品分析

2．3 数据处理与分析

2．4 结果与分析

2．4．1 不同年龄毛竹植株C、N、P含量

2．4．2 不同年龄毛竹C、N、P化学计量特征

2．4．3 毛竹各器官C、N、P含量及其随年龄的变化特征

2．4．4 毛竹各器官C、N、P化学计量特征

2．5 小结与讨论

2．5．1 小结

2．5．2 讨论

第三章 不同生产力水平毛竹林碳氮磷生态化学计量特征

3．1 实验地概况

3．2 研究方法

3．2．1 样地选择

3．2．2 样地调查及样品采集

3．2．3 生物量调查和生产力测定以及凋落物的分解实验

3．2．4 植物与土壤样品测定

3．3 数据处理与分析

3．4 结果与分析

3．4．1 不同生产力水平毛竹林C、N、P元素含量

3．4．2 不同生产力水平毛竹林生态化学计量特征

3．4．3 不同生产力水平毛竹林土壤C、N、P含量变化

3．4．4 不同生产力水平毛竹林土壤主要养分元素耦合关系

3．4．5 毛竹林与土壤主要养分元素的相关性

3．4．6 不同生产力水平毛竹林主要养分元素贮存及归还

3．4．7 不同生产力水平毛竹林主要养分元素循环特征

3．4．8 不同生产力毛竹林养分循环特征与化学计量比的关系

3．5 小结与讨论

3．5．1 小结

3．5．2 讨论

第四章 不同分布区域毛竹林生态化学计量特征

4．1 数据处理

4．2 结果与分析

4．2．1 毛竹林生态化学计量特征

4．2．2 毛竹林生态化学计量特征沿纬度的变化

4．2．3 毛竹林生态化学计量特征沿经度的变化

4．2．4 不同区域毛竹林养分限制元素

4．3 小结与讨论

4．3．1 小结

4．3．2 讨论

第五章 结论与讨论

5．1 结论

5．2 讨论

参考文献

在读期间的学术研究

致谢