基于生态化学计量学的喀斯特生态系统退化的阶段性特征及其驱动机制研究

Objects of this project are three kinds of degraded Karst ecosystems including secondary forest, grassland bush and desertification brushwood. The all of these Karst ecosystems locate in Shiqian county, Guizhou province, in which Karst topography fully developed. Firstly，characteristics of element cycling could be revealed in the three kinds of Karst ecosystems, by analyzing the difference of concentration and the availability of calcium(Ca), carbon(C),nitrogen (N) and phosphorus (P) in plant biomass, soil and litters among these ecosystems. Secondly, the difference of effecting of these elements and litters on community structure and ecosystem function and characteristics of stoichiometry in plant community, soil and litters could be revealed, by analyzing ecological shtoichiometry homeostasis of dominant plant species and mainly companion plant species using Ca, N and P addition experiments. Finally, this porject could reveal the driving mechanisms of degradation of Karst ecosystems in view of ecological stoichiomety and provides theoretical basis for degraded Karst ecosystem restoration and management.

本项目拟选择位于喀斯特发育较为典型的贵州省石阡县的处于不同退化阶段的三种类型喀斯特生态系统（喀斯特次生林，灌丛和石漠化草丛）为研究对象。首先通过分析处于不同退化阶段的三种生态系统中植物、土壤以及凋落物中钙（Ca），碳（C），氮（N）和磷（P）元素储量和有效性以及元素间的相互影响在不同生态系统间的差异，揭示不同退化阶段喀斯特生态系统元素循环特征；其次通过Ca，N，P元素的添加实验以及凋落物添加去除实验，研究不同生态系统中优势种和主要伴生种的动态平衡调节系数，研究这几种元素以及凋落物在不同退化阶段生态系统中对植物个体以及群落、土壤和凋落物化学计量特征影响的差异， 揭示Ca等元素以及凋落物对喀斯特生态系统稳定性以及群落结构的影响，并提出基于生态化学计量学的喀斯特生态系统退化的驱动机制，从而为喀斯特石漠化地区退化生态系统的恢复和管理提供理论依据。

本研究以喀斯特地区的不同类型的次森林以及黄静灌丛和茅草草丛为研究对象，在生态系统中添加不同浓度的N、P和Ca等元素，分析了不同生态系统土壤、植物、凋落物等生态系统组份化学计量特征在统一生态系统间的连续及不同生态系统间的差异。研究结果表明：①、沿着喀斯特生态系统退化梯度，植物群落水平叶片中C、N、P元素含量增加，C:N、C:P和N:P比值下降，喀斯特地态系统的退化是影响植物叶片化学计量特征的重要因素之一，另外RDA的分析结果也表明凋落物对植物群落叶片化学计量的特征的影响要高于土壤。土壤和凋落物中的元素对蚯蚓元素的含量均具有一定的影响，方差分解的结果表明，土壤和凋落物共解释蚯蚓元素含量变异的31%。②、灌丛优势物种受土壤中交换Ca的影响是显著的，草丛优势物种的生长主要受到N、P元素的共同限制而灌丛优势物种的生长则主要受到P元素的限制，土壤主要理化性质，群落多样性以及组成分倍能够解释群落水平叶片化学计量特征变异的63.33%,6.78%和42.20%。③、物种多样性指数中除了均匀度指数外，其他指数两生态系统中没有差异，在草地生态系统对植物群落结构影响最大的土壤理化性质是pH，另外不同物种重要性与土壤理性质间的关系也不同。土壤中全磷和有效磷的含量对灌丛生态系统植物群落结构的影响很小，但在草地生态系统土壤全磷含量对于植物群落结构的影响较大。土壤中全磷含量的增加并不利于生态系统多样性的增加，对于群落中构成物种数来看，氮和钾两种元素是关键因素。④、在草丛和灌丛生态系统内，壤理化性质、植物群落物种多样性和植物群落物种结构对对土壤有机碳储量变异的解释间的大小关系是一致的，即在不排除与其他二者共同解释有机碳储量变异的情况下，植物群落物种结构都具有较高的解释比例。