Stoichiometric Characteristics of Litter and Soils in Water Conservation Forests of Karst Plateau Mountainous Region

doi:10.13466/j.cnki.lyzygl.2017.05.012

Abstract

Abstract:

It is helpful to understand the nutrient status by ascertaining stoichiometric characteristics of the litter and soil of water conservation forests in the rocky desertification area.In this paper,the forests of Pinus yunnanensis,Betula luminifera and Populus alba,Quercus variabilis and Corylus heterophylla,Populus alba and Betula luminifera,Rhododendron simsii and Populus alba and Betula luminifera in the karst plateau mountainous were used to study the organic C,TN,TP stoichiometry and intrinsic association of litter and soil.The results show that soil organic C,TN and TP in Karst communities occurred primarily in the top 0~20 cm soil layer,at 25.02 mg/g C,1.56 mg/g N and 0.33 mg/g P,with ratios of 15.13 for C:N,78.40 for C:P and 5.17 for N:P.The litter organic C,TN,TP content were estimated at 407.09 mg/g,16.07 mg/g,2.06 mg/g,and the corresponding C:N,C:P and N:P were 25.67,212.87 and 8.38,respectively.In general,litter layer had higher C:N,C:P and N:P than soil layer.There is a significant positive correlation between C:P and N:P in litter layer or soil layer,the correlation between soil C:N and litter C:N was negative.Besides,there was a significant negative correlation between soil C:N and litter N:P.Nutrition of N and P in soil is deficient,the litter has a clear structure of low C,high N and high P.The capacity of holding nutrient for soil is not strong.

Key words: water conservation forest, litter, soil, ecological stoichiometry, karst plateau mountain region

CLC Number:

S153.1

QIN Shiyi, YU Yanghua, XING Rongrong, WANG Lu. Stoichiometric Characteristics of Litter and Soils in Water Conservation Forests of Karst Plateau Mountainous Region[J]. FOREST RESOURCES WANAGEMENT, 2017, 0(5): 66-73.

Figures/Tables 5

Tab.1

Tab.2

Tab.3

Tab.4

Tab.5

References 33

[1]	贾国梅, 何立, 程虎, 等. 三峡库区不同植被土壤微生物量碳氮磷生态化学计量特征[J]. 水土保持研究, 2016,23(4):23-27.
[2]	Vitousek P M, Porder S, Houlton B Z, et al. Terrestrial phosphorus limitation:mechanisms,implications,and nitrogen-phosphorus interactions[J]. Ecological Applications, 2010,20(1):5-15. doi: 10.1890/08-0127.1 pmid: 20349827
[3]	王维奇, 徐玲琳, 曾从盛, 等. 河口湿地植物活体枯落物土壤的碳氮磷生态化学计量特征[J]. 生态学报, 2011,31(23):7119-7124.
[4]	Han Wenxuan, Fang Jingyun, Reich P B, et al. Biogeography and variability of eleven mineral elements in plant leaves across gradients of climate,soil and plant functional type in China[J]. Ecology Letters, 2011,14(8):788-796. doi: 10.1111/j.1461-0248.2011.01641.x
[5]	Frouz J, Kalcík J, Velichová V. Factors causing spatial heterogeneity in soil properties,plant cover,and soil fauna in non-reclaimed post-mining site[J]. Ecological Engineering, 2011,37(11):1910-1913. doi: 10.1016/j.ecoleng.2011.06.039
[6]	左巍, 贺康宁, 田赟, 等. 青海高寒区不同林分类型凋落物养分状况及化学计量特征[J]. 生态学杂志, 2016,35(9):2271-2278.
[7]	李孝良, 陈效民, 周炼川, 等. 西南喀斯特石漠化过程对土壤水分特性的影响[J]. 水土保持学报, 2008,22(5):198-203.
[8]	魏亚伟, 苏以荣, 陈香碧, 等. 人为干扰对桂西北喀斯特生态系统土壤有机碳、氮、磷和微生物量剖面分布的影响[J]. 水土保持学报, 2010,24(3):164-169.
[9]	潘复静, 张伟, 王克林, 等. 典型喀斯特峰丛洼地植被群落凋落物C:N:P生态化学计量特征[J]. 生态学报, 2011,31(2):0335-0343.
[10]	曾昭霞, 王克林, 刘孝利, 等. 桂西北喀斯特森林植物-凋落物-土壤生态化学计量特征[J]. 植物生态学报, 2015,39(7):682-693. doi: 10.17521/cjpe.2015.0065
[11]	张亚冰, 吕文强, 易武英, 等. 贵州月亮山5种森林类型土壤生态化学计量特征研究[J]. 热带亚热带植物学报, 2016,24(6):617-625.
[12]	赵洋毅, 王玉杰, 王云琦, 等. 渝北水源区水源涵养林构建模式对土壤渗透性的影响[J]. 生态学报, 2010,30(15):4162-4172.
[13]	池永宽. 石漠化治理中农草林草空间优化配置技术与示范[D]. 贵阳:贵州师范大学, 2015.
[14]	鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 第3版.北京: 中国农业出版社, 2008: 74-271.
[15]	刘兴诏, 周国逸, 张德强, 等. 南亚热带森林不同演替阶段植物与土壤的N、P的化学计量特征[J]. 植物生态学报, 2010,34(1):64-71. doi: 10.3773/j.issn.1005-264x.2010.01.010
[16]	杜满义, 范少辉, 刘广路, 等. 土地利用方式转变对赣中地区土壤活性有机碳的影响[J]. 应用生态学报, 2013,24(10):2897-2904.
[17]	Tian Hanqin, Chen Guangsheng, Zhang Chi, et al. Pattern and variation of C:N:P ratios in China’s soils:a synjournal of observational data[J]. Biogeochemistry, 2010,98:139-151. doi: 10.1007/s10533-009-9382-0
[18]	白小芳, 徐福利, 王渭玲, 等. 华北落叶松人工林土壤碳氮磷生态化学计量特征[J]. 中国水土保持科学, 2015,13(6):68-75.
[19]	俞月凤, 彭晚霞, 宋同清, 等. 喀斯特峰丛洼地不同森林类型植物和土壤C、N、P化学计量特征[J]. 应用生态学报, 2014,25(4):947-954.
[20]	宋同清, 彭晚霞, 曾馥平, 等. 喀斯特峰丛洼地不同类型森林群落的组成与生物多样性特征[J]. 生物多样性, 2010,18(4):355-364.
[21]	Cleveland C C, Liptzin D. C:N:P stoichiometry in soil:is there a “Redfield ratio” for the microbial biomass?[J]. Biogeochemistry, 2007,85:235-252. doi: 10.1007/s10533-007-9132-0
[22]	王绍强, 于贵瑞. 生态系统碳氮磷元素的生态化学计量学特征[J]. 生态学报, 2008,28(8):2938-2947.
[23]	Güsewell S. N:P ratios in terrestrial plants:variation and functional significance[J]. New Phytologist, 2004,164:243-266. doi: 10.1111/j.1469-8137.2004.01192.x
[24]	王晶苑, 王绍强, 李纫兰, 等. 中国四种森林类型主要优势植物的C:N:P化学计量学特征[J]. 植物生态学报, 2011,35(6):587-595. doi: 10.3724/SP.J.1258.2011.00587
[25]	赵维俊, 刘贤德, 金铭, 等. 祁连山青海云杉林叶片-枯落物-土壤的碳氮磷生态化学计量特征[J]. 土壤学报, 2016,53(2):477-489.
[26]	Kang Hongzhang, Xin Zaijun, Breg B, et al. Global pattern of leaf litter nitrogen and phosphorus in woody plants[J]. Annals of Forest Science, 2010,67, 811.
[27]	McGroddy M, Daufresne T, Hedin L O. Scaling of C:N:P stoichiometry in forests worldwide:implications of terrestrial redfield-type ratios[J]. Ecology, 2004,85(9):2390-2401. doi: 10.1890/03-0351
[28]	杨佳佳, 张向茹, 马露莎, 等. 黄土高原刺槐林不同组分生态化学计量关系研究[J]. 土壤学报, 2014,51(1):133-142.
[29]	项文化, 黄志宏, 闫文德, 等. 森林生态系统碳氮循环功能耦合研究综述[J]. 2006,26(7):2365-2372.
[30]	平川, 王传宽, 全先奎. 环境变化对兴安落叶松氮磷化学计量特征的影响[J]. 生态学报, 2014,34(8):1965-1974. doi: 10.5846/stxb201306301805
[31]	宾振钧, 王静静, 张文鹏, 等. 氮肥添加对青藏高原高寒草甸6个群落优势化学计量学特征的影响[J]. 植物生态学报, 2014,38(3):213-237.
[32]	赵其国, 王明珠, 何园球. 我国热带亚热带森林凋落物及其对土壤的影响[J].土壤, 1991(1):8-15.
[33]	曾德慧, 陈广生. 生态化学计量学:复杂生命系统奥秘的探索[J]. 植物生态学报, 2005,29(6):1007-1019. doi: 10.3773/j.issn.1005-264x.2005.6.006

群落	母岩	土壤类型	坡度/(°)	坡向	坡位	密度/ (株/hm²)	乔木层		灌木层
群落	母岩	土壤类型	坡度/(°)	坡向	坡位	密度/ (株/hm²)	平均树高 /m	平均胸径 /cm	平均树高 /m	地径 /cm
1号	砂页岩	黄壤	28	西南	中	8425	12.43	14.45	1.46	1.96
2号	砂页岩	黄壤	33	南	中	7725	—	—	1.03	1.56
3号	砂页岩	黄壤	20	东南	中	6325	16.11	12.92	1.67	1.64
4号	石灰岩	石灰土	50	西南	中	7325	5.85	6.58	1.69	1.67
5号	砂页岩	黄壤	33	东北	上	7850	12.12	13.86	1.09	1.02

群落	OC		TN		TP
群落	土壤	凋落物	土壤	凋落物	土壤	凋落物
1号	12.40±0.34d	398.67±1.59bc	1.03±0.070d	18.02±1.42a	0.16±0.0086d	1.60±0.50a
2号	20.12±0.34c	389.61±7.16c	1.26±0.032c	13.49±0.41c	0.63±0.095a	2.05±0.52a
3号	9.24±0.18e	407.86±8.99b	0.70±0.029e	16.83±0.28ab	0.16±0.0069d	2.25±0.75a
4号	55.74±2.68a	408.87±3.95b	3.20±0.075a	14.88±1.28bc	0.43±0.0023b	1.90±0.44a
5号	27.61±0.44b	430.45±6.24a	1.63±0.096b	17.13±2.13ab	0.29±0.012c	2.50±0.76a

群落	C:N		C:P		N:P
群落	土壤	凋落物	土壤	凋落物	土壤	凋落物
1号	12.09±1.02b	22.22±1.76c	77.67±4.78c	268.98±99.34a	6.43±0.24b	12.01±3.89a
2号	15.98±0.17a	28.91±1.15a	32.44±5.80e	198.39±51.89a	2.03±0.39e	6.82±1.53b
3号	13.14±0.32b	24.24±0.86bc	56.77±1.69d	194.53±57.54a	4.32±0.17d	7.98±2.16ab
4号	17.44±0.87a	27.62±2.43ab	129.45±6.65a	219.25±38.26a	7.42±0.21a	7.92±0.96ab
5号	16.98±1.03a	25.36±2.85abc	95.65±2.76b	183.19±54.19a	5.65±0.33c	7.16±1.61ab

项目	土壤						凋落物
项目	OC	TN	TP	C:N	C:P	N:P	OC	TN	TP	C:N	C:P	N:P
土壤
OC	1
TN	0.993^**	1
TP	0.415	0.381	1
C:N	0.773^**	0.706^**	0.634^*	1
C:P	0.793^**	0.808^**	-0.200	0.438	1
N:P	0.532^*	0.581^*	-0.490	0.041	0.913^**	1
凋落物
OC	0.243	0.217	-0.327	0.330	0.523^*	0.427	1
TN	-0.344	-0.310	-0.783^**	-0.502	0.195	0.443	0.347	1
TP	-0.018	-0.044	0.006	0.197	-0.017	-0.125	0.243	0.300	1
C:N	0.445	0.402	0.776^**	0.645^**	-0.065	-0.361	-0.095	-0.961^**	-0.238	1
C:P	-0.048	-0.007	-0.139	-0.313	0.044	0.215	-0.110	-0.120	-0.914^**	0.079	1
N:P	-0.224	-0.167	-0.407	-0.552^*	0.045	0.325	-0.106	0.228	-0.792^**	-0.291	0.929^**	1

对象	研究区域	OC/(mg/g)	TN/(mg/g)	TP/(mg/g)	C:N	C:P	N:P	文献
土壤	贵州喀斯特0~20cm	25.02	1.56	0.33	15.13	78.40	5.17	本研究
	广西喀斯特0~20cm	41.77	5.17	0.28	8.5	209.20	23.80	[19]
	赣中0~10cm	16.27	0.74	0.11	21.99	147.91	6.73	[16]
	全国0~10cm	24.59	1.88	0.77	14.40	136.00	9.30	[17]
	全球森林0~10cm	—	—	—	12.43	82.10	6.60	[21]
凋落物	贵州喀斯特地区	407.09	16.07	2.06	25.67	212.87	8.38	本研究
	广东鼎湖山	522.10	14.22	0.43	37.30	1305.00	35.00	[24]
	祁连山地区	379.90	12.12	0.81	33.25	484.10	13.30	[25]
	广西喀斯特地区	396.15	12.73	0.90	31.12	440.17	14.11	[10]
	全球森林	—	—	—	56.75	1219.27	20.58	[27]