中國濕地土壤碳氮磷生態(tài)化學(xué)計量學(xué)特征研究

《中國濕地土壤碳氮磷生態(tài)化學(xué)計量學(xué)特征研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、中國濕地土壤碳氮磷生態(tài)化學(xué)計量學(xué)特征研究*張仲勝*國家自然科學(xué)基金項目（41471081，41171092）資助SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(Nos.41471081and41171092)作者簡介：張仲勝（1982-），男，山東萊陽人，博士，副研究員，主要從事濕地生物地球化學(xué)循環(huán)研究。E-mail:zzslycn@neigae.ac.cn，呂憲國，薛振山，劉曉輝（中國科學(xué)院濕地生態(tài)與環(huán)境重點實驗室，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，長春13010

2、2）摘要明確區(qū)域及全球濕地土壤中是否存在類似“Redfield比值（Redfieldratio）”的碳氮磷（C:N:P）比例，是認(rèn)識濕地生態(tài)系統(tǒng)中元素循環(huán)，構(gòu)建濕地物質(zhì)循環(huán)模型的基礎(chǔ)。本文基于《中國沼澤志》中有詳細(xì)土壤理化性質(zhì)記錄的119塊沼澤濕地數(shù)據(jù)，利用數(shù)理統(tǒng)計方法，分析了區(qū)域尺度上濕地土壤中碳C:N:P生態(tài)化學(xué)計量學(xué)特征及分布格局，并探討了其可能的影響因素。結(jié)果表明，中國濕地土壤中C:N、C:P和N:P（摩爾比）平均為18.22、245.22和13.60，高于中國及世界土壤中C:N、C:P和N:P的平均值，C:N:P比例

3、平均值為245:13.6:1。碳、氮、磷三者之間并不具備顯著的兩兩相關(guān)性，說明中國濕地土壤中不存在類似于“Redfieldratio”的C:N:P比例。相比于N元素，濕地生態(tài)系統(tǒng)更多受到P供應(yīng)的限制。不同濕地類型或不同鹽度情況下濕地土壤中C:N、C:P和N:P存在顯著性差異，而植被類型對土壤中C:N、C:P和N:P影響不大。相關(guān)性分析表明，海拔高度、溫度（年平均氣溫、1月平均氣溫、7月平均氣溫、活動積溫）及pH是決定濕地土壤中C:N、C:P和N:P的主要因素。考慮到海拔與C:P及N:P之間極顯著的相關(guān)關(guān)系，海拔這一非地帶性因子

4、是決定濕地土壤C:N:P計量學(xué)特征的主要因素。關(guān)鍵詞濕地；土壤；C:N:P；生態(tài)化學(xué)計量學(xué)中圖分類號Q143文獻(xiàn)標(biāo)識碼A元素的生物地球化學(xué)循環(huán)過程如何耦合生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能，一直是生態(tài)學(xué)研究中的核心問題之一[1-2]。在經(jīng)典的李比希定律中，低于某種生物需要的最小值的任何特定因子，是決定該種物生存和分布的根本因素[3]。這種因子除了元素之外，其內(nèi)涵還包括了光照、水分、溫度等一系列環(huán)境因素[4-6]。1958年Redfield發(fā)現(xiàn)海洋浮游植物生物量中C:N:P的比例為106:16:1，接近于海水中C:N:P比值[6]，這說明海洋中

5、C、N、P的生物地球化學(xué)循環(huán)過程可能以一個固定的比例進(jìn)行，任何元素的剩余或者不足均將影響其他元素的循環(huán)過程[7-9]，此后這個比值被越來越多的研究所證實并被稱之為“Redfield比值（Redfieldratio）”，成為眾多揭示海洋碳及氮磷營養(yǎng)元素生物地球化學(xué)循環(huán)模型的構(gòu)建基礎(chǔ)之一，為研究海洋生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)過程及認(rèn)識限制性元素對生態(tài)系統(tǒng)影響開辟了新的視角[10-14]。2002年出版的Ecologicalstoichiometry:thebiologyofelementsfrommoleculestothebiosphe

6、re，正式標(biāo)志生態(tài)化學(xué)計量學(xué)理論的建立，表明其成為聯(lián)系分子水平化學(xué)過程與生態(tài)系統(tǒng)水平生態(tài)過程的有效工具[15-18]。水生生態(tài)系統(tǒng)中C:N:P的計量學(xué)特征研究已經(jīng)取得了重要的進(jìn)步[19-21]。而對于陸地生態(tài)系統(tǒng)而言，作為生態(tài)系統(tǒng)的基質(zhì)的土壤中是否存在類似于“Redfieldratio”的碳氮磷C:N:P比值目前尚未存在無統(tǒng)一的定論。近來的一些研究表明，在全球尺度上，土壤中可能存在一個類似的比值[22-24]。例如，全球土壤及土壤微生物中具有相對穩(wěn)定的C:N:P比例，分別為186:13:1和60:7:1[22]。在區(qū)域尺度上，

7、土壤中的C:N比例也通常在一個較窄的范圍內(nèi)波動。例如中國土壤中C:N、C:P和N:P比例平均為11.9,61和5.2，C:N:P比例穩(wěn)定在60:5:1[24]。然而，相比于水生生態(tài)系統(tǒng)，土壤具有更高的空間異質(zhì)性，影響土壤發(fā)育及地理分布的各種環(huán)境因素，將通過直接或者間接的作用11影響土壤中碳氮磷的物質(zhì)循環(huán)循環(huán)過程[25-27]。植被、氣候帶、地貌特征、水文情勢、生物活動等均將對土壤中碳氮磷的計量學(xué)特征造成影響。而反之，土壤中營養(yǎng)元素的供應(yīng)水平將通過限制某些關(guān)鍵生態(tài)過程，如土壤中微生物的群落結(jié)構(gòu)、生長速率、枯落物的分解過程等因素，

8、通過“由下而上”或者“由上而下”等途徑影響并控制調(diào)控生態(tài)系統(tǒng)尺度上的物種組成及生態(tài)功能[28-29]。全球許多陸地生態(tài)系統(tǒng)受到氮的限制，尤其反映在土壤C:N:P計量學(xué)特征對陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳固定過程具有極強(qiáng)的調(diào)控作用[30-31]。例如N、P等營養(yǎng)元素的計量學(xué)特征主要通過影響生