黄土高原纬度梯度下草本植物生物量的变化及其氮、磷化学计量学特征

摘要

[目的]植物生物量可以表征植物的生长状况和自然环境的变化动向,化学计量学特征能够反映植物养分含量及养分利用策略,本研究以草本植物生物量和草本植物叶片化学计量学特征为研究对象,探讨黄土高原地区草本植物生物量及其叶片氮、磷化学计量学特征沿纬度梯度的变化规律,为预测黄土高原植物的生长发育前景、生态系统的土壤养分状况、植物营养元素的限制情况提供参考依据.[方法]以陕西省延安市的富县、甘泉县、安塞县和榆林市的靖边县、横山县和榆阳区为研究区域,测定黄土高原地区草本植物生物量和草本植物叶片氮(N)、磷(P)含量,比较不同纬度梯度下不同植被带的草本植物生物量的大小;利用方差分析将本研究中黄土高原地区草本植物叶片氮、磷含量以及N/P与全球、中国尺度等其他研究结果进行比较,分析黄土高原植物生长中的主要限制元素;利用回归分析阐明不同纬度梯度下草本植物生物量的变化规律及其叶片氮、磷的化学计量学特征.[结果]1)在35.95°～38.36°N的纬度范围内,黄土高原不同植被带草本植物生物量的变化范围为9.10～27.59 g/m2,算术平均值为19.45 g/m2,变异系数为30.3％.4个不同植被带草本植物生物量的大小顺序为草原带＞森林-草原带＞森林带＞草原-荒漠带.且随着纬度的升高,草本植物生物量呈先增加后减少的趋势.2)黄土高原草本植物叶片氮、磷含量和N/P的变化范围分别为18.09～33.17 mg/g、1.07～1.7 mg/g和15.4～21.6;平均值分别为25.79 mg/g、1.37 mg/g和18.71,变异系数分别为17.1％、13.9％和9.94％,其中草本植物叶片氮的变异系数最高,N/P最低.草本植物叶片氮、磷之间存在显著的相关关系,且随着纬度的升高,草本植物叶片氮、磷含量也随之升高,而N/P随纬度的升高变化不明显.3)黄土高原草本植物叶片氮含量(25.79 mg/g)高于全球尺度的平均氮含量(20.09 mg/g),而草本植物叶片磷含量(1.37 mg/g)低于全球尺度的平均磷含量(1.77 mg/g),因此该地区草本植物具有较高的N/P.[结论]黄土高原草本植物生物量与纬度存在一定的相关性,且并不是简单的线性相关,其生物量的变化也与植被带的物种组成有关;黄土高原草本植物叶片氮、磷含量与纬度之间存在显著的正相关关系,而N/P与纬度之间没有显著的相关性.与全球尺度相比,黄土高原地区草本植物生长更易受磷限制.