祁连山地区植物生态化学计量特征及其与植被生产力的关系

Qilian Mountain plays an important role in maintaining ecological security in Northwest China. Therefore, comprehensive knowledge about the linkage of plant stoichiometry and vegetation productivity in Qilian Mountain is important for understanding the response and adaptation mechanisms of plant in the cold and arid regions. We conduct a study along an altitudinal transect on the northern slope of Qilian Mountain, which include desert grassland, dry shrub grassland, mountain forest grassland, subalpine shrub meadow and alpine cold desert meadow. Multi-element concentrations of leaves, stems, and fine roots are measured in laboratory, and net primary productivity of vegetation in Qilian Mountain are collected. We conduct a comparative study to illuminate the stoichiometry of above- and below-ground plant organs and the regulation of environmental and bionic factors. Meanwhile, we elucidate the nutrient allocation strategies among plant organs and how they will respond to the change of environment. Additionally, we explore the linkage between plant stoichiometry with vegetation productivity in Qilian Mountain. The results would advance our understanding on the fundamental processes of biogeochemical cycling under the background of global change.

祁连山地区在维持西北地区生态安全方面发挥着重要作用。阐明祁连山地区植被的生态化学计量特征及其与植被生产力的关系，有助于我们认识寒区旱区植物对全球变化的响应和适应性机制。本研究拟以祁连山北坡垂直植被带为研究对象，沿海拔从低到高选取荒漠草原带、干性灌丛草原带、山地森林草原带、亚高山灌丛草甸带、高山寒漠草甸带的优势物种。采用野外调查采样、实验室分析测试和数据搜集相结合的手段，获取植物叶、茎、根的多元素含量数据和植被生产力数据。通过对比分析阐明植物地上和地下器官的多元素化学计量特征及其环境和生物的调控作用；明确营养元素在植物叶、茎、根中的分配策略及其对环境变化的响应；量化不同类型植被的生态化学计量特征，明确其与植被生产力的关系。研究结果将为深入理解全球变化背景下的生物地球化学循环提供理论依据。

陆生植物是生物地球化学循环的重要组成部分。目前已知地球上存在至少92种元素，而其中30种养分元素参与了植物的生长。对陆生植物化学性状的研究是认识植物养分分配关系以及群落化学性状构建的重要基础。目前，对陆生植物的化学性状的研究主要集中在叶片，对其他器官尤其是植物地下器官的研究相对较少，并且局限在碳（C），氮（N），磷（P）三种元素，迫切需要对陆生植物多元素化学性状的系统性研究，这是我们全面认识生态过程中物质循环以及生态系统对环境变化响应的重要基础。因此，本研究通过对森林生态系统的研究，采用野外调查采样和实验室分析相结合的手段，获取了植物叶茎根的多种元素含量数据，试图阐明多元素养分在植物主要器官间分配保守性和基于生物地化生态位的群落根系化学性状构建。本研究得到以下主要结论：.（1）植物多元素养分分配在不同植物功能型和生物区系间存在一定的保守性；在具有相似功能的器官间，养分倾向于等速分配，而在功能差异较大的器官间，养分倾向于异速分配。并且，代谢活性越强的器官，其养分含量相对变化越小；物种水平的这种分配关系在群落水平的地上和地下器官间没有发生改变，但是在地上器官间却发生了改变。在群落水平，代谢活性越强的组分，其养分含量依然保持较小的相对变化。.（2）在较大空间尺度上（样带）植物根系元素组成反映了环境过滤的作用，在较小空间尺度上（样点），生物地化生态位分离造成了植物根系元素组成的多样性，共存物种根系的元素组成存在显著差异；在样带尺度，根系化学性状沿环境梯度发生显著变化，其中与植物生长速率相关的P和Ca是群落根系化学性状构建中承受环境过滤的重要维度，主要受到土壤和气候因子的筛选；在样点尺度，物种对养分资源的竞争造成了共存物种的生物地化生态位分离，尤其是对N的竞争。