土壤生态化学计量学

生态化学计量学是生态学上的一个理论,简单而言是研究有机体或整个生态系统主要化学元素(主要是C、N、P)平衡的科学。生态化学计量学有两个具体理论,即动态平衡理论和生长速率理论。动态平衡是指正常的生物体的养分元素组成基本稳定,即使外界环境不断变化时,其组成也不会发生很大变化,从而使整个有机体基本保持稳定。生长速率理论认为生物体必须改变它们的C:N:P比值以适应生长速率的改变。

自1986年生态化学计量学思想被提出以来,科学家们历经30年,进行了大量的研究,取得了很多研究成果。然而,土壤生态化学计量学的研究起步较晚,但是仍然取得了一些研究成果,今天我们就来看看土壤生态化学计量学的研究得出了哪些有趣的结果。

土壤作为生态系统的重要组成部分,对植物的生长起着关键性的作用,直接影响着植被群落的组成、结构与生产力水平。土壤化学计量比可以反映土壤内部碳氮磷钾循环情况,研究其生态化学计量学特征,可以揭示养分的可获得性,对于认识碳氮磷钾元素的循环和平衡机制具有重要意义。土壤C:N:P:K比是有机质或其它成分中的碳素与氮素、磷素以及钾素总质量的比值,是土壤有机质组成和质量程度的一个重要指标。土壤生态化学计量比是土壤有机质组成和养分有效性的重要指标,可作为土壤碳氮磷矿化、固持作用的指标,例如土壤C:N较低表明有机质矿化作用较强。土壤碳氮磷钾及其比值主要受区域水热条件和成土作用特征的控制,由于气候、地貌、植被、母岩、年代、土壤动物等土壤形成因子和人类活动的影响。土壤碳氮磷总量变化很大,使得土壤碳氮磷钾及其比值的空间变异性较大。土壤C:N相对稳定,这是因为在土壤体系中这两种元素之间具有很好的耦合关系,对同一环境因素的响应总是同步进行的。而C:P和N:P易于变化,这是因为,土壤磷主要受rRNA中磷含量的影响,变异较大。

目前很多科学家已经从全球视野研究了土壤主要化学元素的分布特征,有研究者发现全球土壤C:N的变化范围介于9.9-29.8,最小值和最大值分别出现在漠境土壤和有机土土壤,也有学者根据土壤碳氮储量计算,认为全球土壤C:N比平均值为13.33。我国的土壤生态化学计量学虽然开始的较晚,但是也取得很多的研究成果。中国0-10cm土层土壤C:N、C:P、N:P的平均值分别为14.4,13.6和9.3。不同生态系统具有不同的土壤C:N。退化草地土壤C:N高原森林土壤,两者分别为17和13。内蒙古荒漠草原带不同地区小针茅群落土壤化学计量比不同,各养分计量比随土壤深度的变化也不一致,C:N平均值为33.43。南亚热带土壤N:P随植被演替的进行而增加,且在各个土层表现一致。闽江河口近潮沟区域和远潮沟区域土壤化学计量比对淹水频率的响应不同,且C:N相较于C:P和N:P更为稳定。人为干扰会对土壤化学计量比产生影响,闽江河口地区土壤各养分化学计量比随干扰程度的增加而降低,且C:N的响应敏感性不及C:P和N:P。

土壤生态

由于土壤C:N:P比是反映土壤内部碳氮磷循环的主要指标,综合了生态系统功能的变异性,容易测量,而且有助于确定生态过程对全球变化的响应,因而成为确定土壤碳氮磷平衡特征的一个重要参数。相信在以后的科学研究中,土壤生态化学计量学将会有更加蓬勃的发展。

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