暖温带-北亚热带交错区主要树种叶和种子生态化学计量学特点及其耦合关系的研究

The ecosystems in transition zones, being sensitive to climate changes,is one hotpot of global change ecology researches. Baotianman Forest Ecosystem Research Station in Henan Province is located in the temperate - subtropical ecotone there are the mixed evergreen and deciduous forests with aboundance tree species. The plants display a great difference in physiological and ecological traits. In this area, the sample stands for 10 dominant tree species are selected, and for these tree species. The concentrations of macroelements （carbon, nitrogen, phosphorus, potasium, calsium, magenesium and sulfer） both in the vegetative organs (fresh leaves and senesed leaves) and reproductive organs (seeds) are continuously measured for four years. For these tree species, the stoichiometric traits of leaves and seeds and their relationships are investigated, and the inter-annual variations are studied in relation to the variation in annual climate factors. The stoichiometric traits of retranslocated nutrients in senesed leaves will be focused. The results will have great implications both in understanding the responses of plants to climate change in the ecotone and underlying mechanisms and managing forests in reasonable manner.

气候过渡地带的生态系统对气候变化敏感，是全球变化生态学研究的热点地区。河南宝天曼森林生态定位研究站，位于我国暖温带-北亚热带交错区，南北植物交汇，常绿和落叶树种共存，种类丰富，植物生理生态特性差异大，对气候变化敏感。在该地区，我们选择主要群落的10种优势树种，连续4年测定营养器官（鲜叶和凋落叶）和繁殖器官（种子）大量元素（碳、氮、磷、钾、钙、镁和硫等）含量，研究种内和种间化学计量特征及其变异，探讨叶片和种子化学计量特点的关联性，揭示它们年间（4年）变异格局及其与年间气候因子变化（及其可能的极端气候事件）的关系，了解主要树种元素回流率和回流元素化学计量特点年间变异及其对年间气候因子变化的响应，探讨植物和土壤化学计量特点的关系及其影响机理。研究结果，将揭示温带-亚热带气候过渡带森林植物营养器官和繁殖器官生态化学计量学关系及其年间变异格局，为在气候变化形势下森林经营提供理论根据。

气候过渡地带的生态系统对气候变化敏感，该项目旨在研究位于我国暖温带-北亚热带交错区的河南宝天曼自然保护区主要优势树种叶和种子生态化学计量学特点及其耦合关系。本项目选择锐齿栎、短柄枹和栓皮栎作为研究对象，开展了连续4年的调查工作，并分析测定了前3年营养器官（鲜叶和凋落叶）、繁殖器官（种子）及其寄生昆虫（栗实象甲）样品中碳、氮、磷、硫、钾、钠、钙、镁、铝、铁、锰、锌、铜等13种元素含量。通过多元素方差分析表明，不同植物种类叶、种子及其种子中的寄生昆虫化学组成存在显著差异，并且年际间也存在显著差异（p<0.05）。不同植物种类叶、种子及其寄生昆虫元素含量与元素变异存在显著负相关关系，遵循“限制元素稳定性假说”，即叶片、种子及其昆虫元素含量越高，年际间变异系数越小，其元素稳定性排序大致为：叶片>种子≈昆虫，其原因主要是种子和昆虫中铝、铁、锰、锌、铜和钠变异性高于叶片所致。营养元素回流是植物重要营养保护机制，碳、氮、磷、硫、钾、镁回流率大于零，其中回流率最高的为P和N均>60%, 钙、铝、铁回流率小于零，其他元素变化趋势不明显; 此外植物营养元素回流率种间差异不显著但年际间差异显著；结果暗示营养回流是植物重要的适应策略，并且落叶植物在生长季节末期可能存在元素Trade-off机制，即通过提高氮、磷、硫和钾回流率，降低其他元素回流率去再平衡体内营养，为下一生长季进行营养储备。此外，研究还发现寄生昆虫在面对营养不平衡的食物时，可通过提高氮、锌、磷、钠、硫、铜、铝和铁摄取率和降低它们的排出率，以及降低钙、氧、钾和锰摄取率和提高它们的排出率，来维持体内营养元素平衡。我们研究可为气候变化条件下植物和昆虫营养适应策略以及森林生态系统营养循环提供理论依据。