植物生态化学计量特征的垂直地带性及其与物种多样性的关系

植物体内元素计量特征不仅反映植物自身的生理代谢状况及群落水平的物种竞争能力，也直接关系到生态系统食物链结构的平衡与稳定，最终影响到整个生态系统内部能量流动和物质循环过程。近年来，随着全球气候变化的加剧，植物生态化学计量特征的地理学分布规律及其影响因素的研究成为生态学研究的一个热点，以期对生态系统结构与功能的响应过程作出科学预测。目前，对于大尺度植物生态化学计量特征的研究多集中于纬度地带性规律，而对于垂直地带性规律及其形成机制还未关注，将植物生态化学计量学应用于山地群落物种多样性的研究也未见报道。本项目以贺兰山山地植被为研究对象，研究植物碳（C）：氮(N)：磷(P)计量特征的垂直地带性分布规律及其与土壤养分（氮、磷）、环境因子及群落物种多样性和植物种系特征的关系，并与已经报道的纬度地带性规律进行对比，进一步揭示植物生态化学计量特征地理学规律的形成机制，并对"资源平衡假说"进行验证与补充。

植物生态化学计量学特征地理学分布规律及其影响因素的研究是生态学研究的热点问题之一。本项目以贺兰山西坡不同海拔高度13个植物群落为对象，研究了植物碳：氮：磷计量特征的垂直地带性分布规律及其与环境因子、植物功能群特征和群落物种多样性的关系，按计划完成了的任务。共发表论文18篇，获实用新型专利1项,培养研士生4名。主要结果如下：1）贺兰山植物叶片C、N、P含量和计量比排序为：C > N > P和C：P > C：N > N：P,其变异系数均在30%左右。植物叶片C、N、P计量比主要受N、P含量影响,植物生长受P限制大于N限制；植物叶片C、N、P含量间有显著的相关关系,体现了生命进化过程中,元素化学计量特征对其强烈的约束作用。2） 以山地草原为界,将贺兰山分为高低海拔区段，低海拔区域，随海拔的降低，植被逐渐由草原向荒漠转变，植物叶片P含量逐渐增加，C：N和C：P比值降低，C、N含量及N：P比值与海拔无相关关系；高海拔区域，随海拔升高，植被由森林变为草原，植物叶片N、P含量和N：P比逐渐增加， C：N比降低， C含量及C：P比值与海拔无显著关系。表明干旱和寒冷条件下，植物叶片倾向于积累较多矿质元素。高海拔区植物叶片N、P含量与海拔的关系符合 “随年均温度的逐渐降低，植物叶片N、P含量逐渐升高”的纬度地带性规律。贺兰山整体植物叶片C、N、P含量及其计量比与海拔无显著相关关系，主要是由于高低海拔段植物生长受到的限制因子不同引起。3）贺兰山低海拔区域，植物叶片N、P含量及N：P比与土壤养分无相关关系，说明土壤养分不是决定其的主要因素。支持大尺度植物叶片化学计量学规律主要由植物群落功能型决定，环境因子的影响只是起了间接作用，不同研究区域及样地植物功能群结构的不同影响到植物叶片C、N、P生态化学计量特征及与环境因子的相关性的观点。4）贺兰山植物不同功能群叶片C、N、P含量及其计量比存在显著差异，且对海拔的响应规律也不一致。5） 贺兰山低海拔区域，植物群落物种丰富度与群落植物叶片N：P比值及其变异系数间无显著相关关系， 没有支持“群落植物叶片N：P比值，介于14-16之间时，群落植物丰富度最高，小于14或大于16，群落植物丰富度均较少”的模型，以及“群落植物丰富度与群落植物叶片N：P比值变异系数正相关”的假设。其原因在于所调查样地群落植物丰富度均较低，且各样地物种丰富度相对集中，梯度较小。