中国北方荒漠草原过渡带植物叶片碳氮磷化学计量特征及其影响因素

作者：奈曼站   更新时间：2023-05-15

碳（C）、氮（N）和磷（P）的生物地球化学循环过程是地球上生命的基础。在植物生长过程中，叶片C同化是植物生理过程的底物和能量来源，而N和P则是构成蛋白质和遗传物质的基本元素。生物体需要严格的元素比例关系通过能量代谢合成植物生长或繁殖所需的化合物。植物C、N、P化学计量特征的变异可以反映环境条件和物种组成变化的适应性策略。近年来，中国北方荒漠草原过渡带极端干旱或降水事件发生频繁，特别是在营养有限的生态系统中，与干旱相关的N、P循环变化可能会影响植物群落的组成、结构和生产。然而，目前对于干旱和半干旱地区叶片C、N、P生态化学计量特征如何响应环境变化的认知仍然有限。

基于区域尺度样带调查，以内蒙古荒漠草原过渡带47个植物群落为研究对象（图1），测定并分析了61种植物叶片C、N、P生态化学计量特征的变化机制。研究发现，在个体水平上，植物分类和生活型决定着叶片C、N和P含量及其比率的变化（图2，图3）；此外，土壤含水量是影响叶片N、P含量及C:N、C:P和N:P的关键环境因素（图3）。在群落水平上，叶片C含量的种间变异较大(73.41%)；叶片N、P含量及C:N、C:P和N:P的变化主要由种内变异驱动（图4），而种内变异又主要受土壤含水量影响。相反，叶片C、N、P化学计量的种间变异主要由土壤含水量以外的土壤性质驱动，并表现出不同的反应机制。本项研究结果强调了土壤含水量作为模拟旱地植物-土壤系统生物地球化学循环关键参数的重要性，有助于更好地理解干旱和半干旱地区叶片碳氮磷化学计量模式，以及物种对个体和群落尺度影响因素的适应性。

该研究成果以“Untangling the influence of abiotic and biotic factors on leaf C, N, and P stoichiometry along a desert-grassland transition zone in northern China”为题发表在环境科学与生态学领域Top期刊Science of the Total Environment。中科院西北生态环境资源研究院博士研究生卢建男为论文第一作者，赵学勇研究员为通讯作者。该研究由内蒙古自治区科技成果转化项目(2021CG0012)、国家自然科学基金项目(42177456)、科技部基础资源调查项目(2017FY100200)和中科院“西部之光”计划项目(E129050301)共同资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.163902

图1 内蒙古荒漠草原过渡带采样点位置和样方布局

图2 叶片C、N和P化学计量特征的总方差划分，分别为遗传（科/属/种）、环境因素（地点）和误差（残差）项

图3 植物生活型和环境因子对叶片C、N、P化学计量特征的影响

图4 种间和种内变异对叶片C、N、P化学计量特征总变异的相对贡献