植物碳磷化学计量学特征对城乡温度差异的响应及其机制

Accelerating urbanization is affecting the rate and the scale of carbon (C) and phosphorus (P) cycles unprecedentedly in urban ecosystems, in which changes in temperature may play a key role. To better understand the effects of urbanization-induced warming on urban plants, a passive warming experiment along the urban-rural temperature gradient will be conducted to characterize the patterns of C and P stoichiometry in typical subtropical urban vegetation ranging from urban to rural areas, by analyzing soil and plant C and P contents, carbohydrates, photosynthesis, soil respiration, and environmental factors. We aim to test whether the urbanization-induced warming would exacerbate the P limitation in subtropical plants. This project will expand current knowledge regarding the effects of warming on urban plant physiology and ecology, which will assist in making predictions for the responses of plants under future climates. Findings from this project will also provide needed information for the adaptive management of urban ecosystems, as well as guidance for the urban planning. To our knowledge, this is the first attempt in China to conduct a passive warming study based on urban-rural temperature differences.

随着城市化进程的加快，城市植物群落的碳（C）、磷（P）元素循环在速度和规模上都发生了前所未有的改变。由城市化导致的城市区域温度高于周边乡村区域也已成为既定事实。本项目拟利用城乡温度差异进行被动增温的控制实验的方法，通过对城乡温度梯度上城市植物体不同器官的C、P、碳水化合物含量和光合作用速率，土壤P养分含量和土壤呼吸速率，以及其他相关环境因子的观测，探讨植物C输入和C输出生理过程、植物体不同器官C分配、C/P化学计量特征、土壤P元素有效性等对城乡温度差异的响应，试图回答“温度升高是否会改变植物的C分配策略，以及城乡温度差异对亚热带地区P限制的影响”等科学问题，阐明城市化进程中植物的养分利用策略的变化机理。为揭示植物对于过去的环境增温和预测未来的气候变化提供理论依据，为全球气候变化提供新的研究思路，为城市发展规划和绿地管理提供科学指导。利用城乡温度差异的被动增温进行控制实验在国内尚属首次。

随着城市化进程的加快，城市植物群落的碳（C）、磷（P）元素循环在速度和规模上都发生了前所未有的改变。由城市化导致的城市区域温度高于周边乡村区域也已成为既定事实。为了厘清城市植物对于热环境变化的响应机制和适应策略，回答“城乡温度差异是否会导致植物对养分吸收的投入降低，是否会加剧亚热带的P限制？”等科学问题，本项目通过利用城乡温度差异，基于城市热环境梯度图在高、中、低3个温度等级下，设置了12个实验点，分析了不同温度环境下群落的结构、植物体不同器官和土壤不同层次的C、N、P养分含量及计量化学特征，植物各器官的功能性状等。项目研究结果发现亚热带地区的植物生长主要受到土壤P的限制。土壤有机质和总N含量是影响该地区植物功能性状的主要土壤影响因子。此外，由于土壤中P含量的缺乏，植物各器官的P含量均与土壤全P呈正相关。由于该地区P的限制，植物对P的重吸收效率要高于对N和K的重吸收。衰老叶片对养分的吸收不受土壤养分有效性的影响，这可能是由于物种的固有特性所决定的。本项目的研究结果增加了对城市化以及城市热岛影响下城市区域植物响应机理的理解，进一步摸清了植物在热环境变化下的养分利用策略。这些发现有助于亚热带人工林的养分管理和恢复工作。