准噶尔荒漠草本植物叶片化学计量特征及其对生物量分配的影响

Ecological stoichiometry is a new branch of science representing the coupling relationship among C, N, P, etc. from individual biomsome to ecosystem. N and P are the primary factors limiting the growth of terrestrial plants, and are the main factors regulating the C balance within plant. The C occupies the most proportion of plant biomass, and the biomass allocation is accompanied by elements distribution/allocation. The plant stoichiometry and biomass allocation of forest and grassland are well studied, but the above research and the effect of plant stoichiometry on biomass allocation in desert areas where there have low rainfall and nutrients have received relatively little study. The Junggar Basin is the typical representative of the world's temperate deserts, and it has special and abundant species diversity. In this study, the leaf and biomass materials of herbaceous plants with different functional groups will be collected in typical plant communities. Firstly, the variations of leaf stoichiometry and the allometric relationship among different functional groups will be assayed, and the main factors influencing leaf stoichiometry of desert herbs will be also analyzed by using univariate and multivariate methods. Secondly, the variations of allocation ratios of above- and belowground biomass, their allometric relationships among different functional groups and the environment explaining will be analyzed. Finally, through comparing the leaf stoichiometry and biomass allocation law of different functional groups, we will test and verify whether the leaf stoichiometry affected biomass allocation of desert herbaceous plants or not.

生态化学计量学是研究C、N、P等元素在生物个体乃至生态系统水平耦合关系的新兴学科。N和P是陆地植物生长的主要限制因子，是调节植物C平衡的主要因素。植物生物量主要由C含量体现，且生物量分配伴随着元素分配过程。目前关于化学计量学和生物量分配的研究多集中于森林和草地，对于降水和养分匮乏的荒漠地区的研究明显不足。准噶尔荒漠是世界温带荒漠的典型代表，具有独特而丰富的物种多样性特征。本项目通过选取典型群落类型，采集不同功能群草本植物叶片和全株生物量样品。首先，分析叶片化学计量特征、相关生长关系在功能群间的分异，通过单变量和多变量方法，分析荒漠地区草本植物叶片化学计量特征变异的主要影响因素(包括生物与非生物环境)。其次，比较地上地下生物量分配比例、相关生长关系在功能群间的变异及其环境解释。最后，通过叶片化学计量特征与生物量分配规律的对比分析，验证荒漠地区草本植物叶片养分特征是否影响生物量分配。

生态化学计量学是研究C、N、P等元素在生物个体乃至生态系统水平耦合关系的新兴学科。N和P是陆地植物生长的主要限制因子，是调节植物C平衡的主要因素。植物生物量分配伴随着元素分配过程，但荒漠草本植物元素化学计量特征及其与生物量分配的关系尚不明确。本项目通过在准噶尔荒漠设置临时和永久样地，调查并研究了不同群落、不同生境、不同水平及不同尺度草本植物生物量分配及其叶片化学计量特征及其相互关系。研究表明：(1) 草本植物生物量仅占准噶尔荒漠灌木群落总量的约5%，但却贡献了绝大部分物种丰富度。(2) 在植物生长过程中根冠比不断减小，根、冠间的相关生长关系也发生变化(因种而异)。同一功能群内不同物种生物量及其分配比例各不相同，但多具有相同且共同的相关生长指数，体现了趋同的资源分配速率。大部分物种根、冠生物量为等速生长关系。不同功能群间的生物量分配比例差异明显，但也多表现为等速生长关系。(3) 植物生长过程中叶片元素变化因种而异，且受环境(如降水)的影响较大。物种水平上90种草本植物叶片C、N、P平均值为372.96、30.46及2.161 mg g-1，C:N、C:P、N:P为13.53、182.4及14.48。化学计量指标在不同功能群间多有显著差异。(4) 群落水平上准噶尔荒漠草本植物层片C、N、P平均值分别为331.47、25.85和1.54 mg g-1，化学计量比C:N、C:P、N:P为13.76、225.91和17.30，在不同生境及群落间均有显著差异。(5) 叶片C、N、P之间一般具有显著的相关性，其中N、P之间多为等速生长关系。(6) 在物种和群落水平上，土壤因子对叶片N、P及N:P的影响均较微弱，而大尺度上经纬度、年降水量和年均温是主要影响因子。(7) 以传统标准(N:P < 14为N限制，N:P > 16为P限制)为准绳，则准噶尔荒漠物种水平草本植物属N限制(N:P = 14.48)，群落水平为P限制(N:P = 17.30)。以新的标准来判断，草本植物既不受N也不受P的限制(N > 20、P > 1 mg g-1)。(8) 在生长阶段，高的叶片N、P可能会抑制生物量积累并使植物分配更多的生物量到地下部分。跨物种(90种)分析表明，叶片C、C:N对单株地上和地下生物量均有一定的促进作用，但叶片C增加会使生物量更多地往地下分配。