横断山脉亚高山带高山栎叶片生态化学计量及内稳性特征

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2023.06.014

植物研究 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (6): 923-931.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2023.06.014

横断山脉亚高山带高山栎叶片生态化学计量及内稳性特征

李鸿博¹, 陈诗¹, 黄耀华¹, 康定旭¹, 伍建榕², 马焕成¹()

^1.西南林业大学西南地区生物多样性保育国家林业局重点实验室，昆明 650224
^2.云南省高校森林灾害预警控制重点实验室，西南林业大学生物多样性保护学院，昆明 650224

收稿日期:2023-05-07 出版日期:2023-11-20 发布日期:2023-11-08
通讯作者: 马焕成 E-mail:mhc@swfu.edu.cn
作者简介:李鸿博（1993—），男，硕士研究生，主要从事植被恢复与保持研究。
基金资助:
国家重点研发计划(2019YFD100200X);云南教育厅科学研究基金产业化培育项目(2016CYH14);国家自然科学基金(31860208);西南林业大学木棉纤维人工林产业化培育省创新团队(2018HC014)

Ecological Stoichiometry and Homeostasis of Alpine Quercus semicarpifolia Leaves in Subalpine Zone of Hengduan Mountains

Hongbo LI¹, Shi CHEN¹, Yaohua HUANG¹, Dingxu KANG¹, Jianrong WU², Huancheng MA¹()

^1.Key Laboratory of Southwest Regional Biodiversity Conservation，National Forestry and Grassland Administration，Southwest Forestry University，Kunming 650224
^2.Key Laboratory of Forest Disaster Warning and Control in Yunnan Universities，School of Biodiversity Conservation，Southwest Forestry University，Kunming 650224

Received:2023-05-07 Online:2023-11-20 Published:2023-11-08
Contact: Huancheng MA E-mail:mhc@swfu.edu.cn
About author:LI Hongbo（1993—），male，postgraduate，mainly engaged in research on vegetation restoration and conservation.
Supported by:
National Key Research and Development Program of China(2019YFD100200X);Yunnan Education Department Scientific Research Fund Industrialization Cultivation Project(2016CYH14);National Natural Science Foundation of China(31860208);Innovation Team of Kapok Fiber Plantation Industrialization Cultivation Province,Southwest Forestry University(2018HC014)

摘要/Abstract

摘要：

为揭示横断山脉亚高山带高山栎（Quercus semicarpifolia）的生态适应性机制，选取该地区8个样地的高山栎叶片和生长基质土壤为研究对象，分别测定C、N、P含量及其比例特征，并对生长限制性元素进行判断，利用生态化学计量内稳性模型拟合判断高山栎叶片所处状态。结果表明8个样地土壤C、N、P质量分数分别为38.86~70.19、3.54~9.46、0.61~2.05 g?kg^-1，土壤ω（C）∶ω（N）为5.65~16.07，ω（C）：ω（P）为36.98~74.42，ω（N）∶ ω（P）为4.41~12.90，均值分别为9.48、51.79和6.54。叶片C、N、P质量分数分别为428.31~473.86、21.22~31.68、2.21~3.68 g?kg^-1，叶片ω（C）∶ω（N）、ω（C）∶ω（P）和ω（N）∶ω（P）分别为14.16~22.46，121.41~215.86和6.99~12.84，均值分别为17.36、164.39和9.68。叶片N、P含量均高于全球平均水平。各样地中叶N与土壤P、叶N与土壤 ω（C）∶ω（N）、叶ω（C）∶ω（P）与土壤ω（N）∶ω（P）、叶ω（C）∶ω（N）与土壤ω（N）∶ω（P），以及叶ω（C）∶ω（P）与叶 ω（N）∶ω（P）极显著正相关（P<0.01）。此外，高山栎叶片化学计量内稳性指数以1/H进行探讨，1/H_ω_（N）为-0.181~0.141、1/H_ω_（P）为-1.255~1.206、1/H_［_ω_（N）∶_ω_（P）］为0.391~0.960，表明各高山栎1/H_ω_（N）处于稳态、1/H_ω_（P）和1/H_［_ω_（N）∶_ω_（P）］多处于弱稳态、弱敏感和敏感态。高山栎叶片ω（N）∶ω（P）小于或接近16，说明该地区对高山栎N、P两种元素供应充足。高山栎能够过量贮存N、P元素以适应变化的外界生境，但对于外界P元素的利用策略更为保守。该地区高山栎林在长期演替进程中与土壤形成了良好的养分供给与归还关系，已形成相对完整稳定的亚高山带森林生态系统。

关键词: 横断山脉, 高山栎, 生态化学计量特征, 内稳性, 生态适应性机制

Abstract:

To reveal the ecological adaptation mechanism of Quercus semicarpifolia in the subalpine zone of the Hengduan Mountains， the leaves and growing soil of eight plots were selected， and the C， N and P contents and their stoichiometric characteristics of leaves and growing substrate soil were measured， and the growth-limiting elements were determined. The ecological stoichiometry homeostasis model was used to determine the state of the alpine Quercus leaves. The soil C， N and P contents of the selected eight plots ranged from 38.86-70.19， 3.54-9.46 and 0.61-2.05 g?kg^-1， with soil ω（C）∶ω（N） 5.65-16.07， ω（C）∶ω（P） 36.98-74.42 and ω（N）∶ω（P） 4.41-12.90， mean values were 9.48， 51.79 and 6.54， respectively. Leaf C， N and P contents ranged from 428.31-473.86， 21.22-31.68 and 2.21-3.68 g?kg^-1， leaf ω（C）∶ω（N）， ω（C）∶ω（P）， and ω（N）∶ω（P） were 14.16-22.46， 121.41-215.86 and 6.99-12.84， with mean values of 17.36， 164.39 and 9.68， respectively. The alpine Quercus leaf N and P contents were higher than the global average. Leaf N and soil P， leaf N and soil ω（C）∶ω（N）， leaf ω（C）∶ω（P） and soil ω（N）∶ω（P）， leaf ω（C）∶ω（N） and soil ω（N）∶ω（P）， and leaf ω（C）∶ω（P） and leaf ω（N）∶ω（P） were highly significantly and positively correlated in each plot （P<0.01）. In addition，the leaf stoichiometric homeostasis index of alpine Quercus were probed in terms of 1/H absolute values， while 1/H_ω_（N） was -0.181-0.141， 1/H_ω_（P）was -1.255-1.206， and 1/H_［_ω_（N）∶_ω_（P）］was 0.391-0.960. The results indicated that each alpine Quercus 1/H_ω_（N） was in the homeostasis state， 1/H _ω_（P） and 1/H_［_ω_（N）∶_ω_（P）］ were mostly in the weakly homeostasis state， weakly sensitive and sensitive state. Leaf ω（N）∶ω（P） ratio was less than or close to 16， illustrating that alpine Quercus in this region tended to be not deficient in both N and P elements. Alpine Quercus might overstore N and P elements to adapt to the changing external habitat， but still had a more conservative strategy for the use of external P elements. The alpine Quercus forests in this region had formed a good nutrient supply and return relationship with the soil in the long-term succession process， which had formed a relatively complete and stable subalpine forest ecosystem.

Key words: alpine Quercus of HengDuan mountain, ecological stoichiometric characteristics, homeostasis, correlation, adaptive mechanisms of ecology

中图分类号:

Q945.31

李鸿博, 陈诗, 黄耀华, 康定旭, 伍建榕, 马焕成. 横断山脉亚高山带高山栎叶片生态化学计量及内稳性特征[J]. 植物研究, 2023, 43(6): 923-931.

Hongbo LI, Shi CHEN, Yaohua HUANG, Dingxu KANG, Jianrong WU, Huancheng MA. Ecological Stoichiometry and Homeostasis of Alpine Quercus semicarpifolia Leaves in Subalpine Zone of Hengduan Mountains[J]. Bulletin of Botanical Research, 2023, 43(6): 923-931.

图/表 4

表1

表2

各采集地高山栎林土壤、叶片C、N、P化学计量特征

样地编号 Sample site No.		有机碳质量分数 ω（SOC）/（g∙kg^-1）	全氮质量分数 ω（TN）/（g∙kg^-1）	全磷质量分数 ω（TP）/（g∙kg^-1）	碳氮比 ω（C）∶ω（N）	碳磷比 ω（C）∶ω（P）	氮磷比 ω（N）∶ω（P）
土壤 Soil	GSL1	70.19±10.05	9.46±1.47	2.05±0.69	7.43±0.22	36.98±14.13	4.95±1.77
	GSL2	61.79±7.60	7.63±1.79	1.43±0.35	8.46±2.64	44.07±6.14	5.48±1.59
	GSL3	38.86±10.73	6.39±3.05	0.79±0.13	7.51±4.52	49.96±13.25	7.86±2.99
	GSL4	43.34±8.46	4.29±1.70	0.61±0.17	12.04±7.68	74.42±22.72	7.22±2.91
	GSL5	45.76±7.00	8.32±1.29	0.77±0.19	5.65±1.55	60.23±6.47	12.90±3.65
	GSL6	53.92±10.72	3.54±0.94	0.80±0.12	16.07±5.33	67.71±10.82	4.41±0.91
	GSL7	44.27±7.26	4.88±1.05	1.05±0.10	9.62±3.84	42.87±9.94	4.65±0.81
	GSL8	58.14±9.36	7.49±3.67	1.55±0.18	9.06±4.56	38.09±9.14	4.85±2.50
平均值Mean		52.03	6.67	1.13	9.48	51.79	6.54
标准差Standard deviation		12.49	2.77	0.52	4.79	17.07	2.86
变异系数Coefficient of variation/%		22.07	41.53	46.02	50.53	32.96	43.73
样地编号 Sample site No.		有机碳质量分数 ω（SOC）/（g∙kg^-1）	全氮质量分数 ω（TN）/（g∙kg^-1）	全磷质量分数 ω（TP）/（g∙kg^-1）	碳氮比 ω（C）∶ω（N）	碳磷比 ω（C）∶ω（P）	氮磷比 ω（N）∶ω（P）
叶片 Leaf	GSL1	443.46±12.65	31.47±2.26	2.46±0.41	14.16±1.44	180.70±14.52	12.84±1.54
	GSL2	438.51±5.73	28.51±2.63	2.67±0.36	15.47±1.54	165.28±18.55	10.82±2.16
	GSL3	461.09±3.72	24.97±0.74	3.06±0.66	18.48±0.70	155.82±36.67	8.44±2.01
	GSL4	471.78±10.71	23.95±4.17	2.21±0.33	20.17±4.10	215.86±26.98	11.11±3.06
	GSL5	473.86±7.61	21.22±1.99	2.53±0.23	22.46±2.10	188.29±14.09	8.43±1.04
	GSL6	438.21±8.36	25.33±3.46	3.68±0.59	17.48±1.98	121.41±20.83	6.99±1.29
	GSL7	470.69±11.94	31.68±2.35	2.94±0.30	14.90±0.99	160.90±16.48	10.88±1.86
	GSL8	428.31±25.55	27.14±2.12	3.51±0.89	15.82±1.14	126.82±29.85	7.95±1.33
平均值Mean		453.24	26.79	2.89	17.36	164.39	9.68
标准差Standard deviation		19.76	4.04	0.63	3.20	34.96	2.42
变异系数Coefficient of variation/%		4.36	15.10	21.80	16.98	21.27	25.03

表2

图1

表3

各高山栎林样本的生态化学计量内稳性特征

样本编号 Sample No.	1/H_ω_（N） R²=0.022 C=26.695 P<0.05	是否稳态 Whether homeostasis	以绝对值探讨 WHDIAV	1/H_ω_（P） R²=0.104 C=2.802 P<0.05	是否稳态 Whether homeostasis	以绝对值探讨 WHDIAV	1/H_［_ω_（N）∶_ω_（P）］ R²=0.012 C=9.566 P<0.05	是否稳态 Whether homeostasis	以绝对值探讨 WHDIAV
平均值Mean	-0.002	—	稳态homeostasis	0.009	稳态homeostasis	稳态homeostasis	0.586	弱敏感weakly sensitive	弱敏感weakly sensitive
gsl1-1	0.085	稳态homeostasis	稳态homeostasis	0.656	弱敏感weakly sensitive	弱敏感weakly sensitive	0.430	弱稳态Weakly homeostasis	弱稳态Weakly homeostasis
gsl1-2	0.037	稳态homeostasis	稳态homeostasis	0.395	弱稳态weakly homeostasis	弱稳态weakly homeostasis	0.596	弱敏感weakly sensitive	弱敏感weakly sensitive
gsl1-3	0.097	稳态homeostasis	稳态homeostasis	1.206	敏感sensitive	敏感sensitive	0.389	弱稳态weakly homeostasis	弱稳态weakly homeostasis
gsl2-1	-0.005	—	稳态homeostasis	0.513	弱敏感weakly sensitive	弱敏感weakly sensitive	0.562	弱敏感weakly sensitive	弱敏感weakly sensitive
gsl2-2	0.021	稳态homeostasis	稳态homeostasis	0.362	弱稳态weakly homeostasis	弱稳态weakly homeostasis	0.443	稳态homeostasis	稳态homeostasis
gsl2-3	0.079	稳态homeostasis	稳态homeostasis	0.104	稳态homeostasis	稳态homeostasis	0.594	弱敏感weakly sensitive	弱敏感weakly sensitive
gsl3-1	-0.021	—	稳态homeostasis	-0.097	—	稳态homeostasis	0.771	敏感sensitive	敏感sensitive
gsl3-2	-0.090	—	稳态homeostasis	-0.379	—	弱稳态weakly homeostasis	0.557	弱敏感weakly sensitive	弱敏感weakly sensitive
gsl3-3	-0.027	—	稳态homeostasis	-0.201	—	稳态homeostasis	0.753	敏感sensitive	敏感sensitive
gsl4-1	-0.181	—	稳态homeostasis	-0.262	—	弱稳态weakly homeostasis	0.727	弱敏感weakly sensitive	弱敏感weakly sensitive
gsl4-2	0.030	稳态homeostasis	稳态homeostasis	-0.596	—	弱敏感weakly sensitive	0.429	弱稳态weakly homeostasis	弱稳态weakly homeostasis
gsl4-3	-0.043	—	稳态homeostasis	-1.255	—	敏感sensitive	0.684	弱敏感weakly sensitive	弱敏感weakly sensitive
gsl5-1	-0.145	—	稳态homeostasis	-0.041	—	稳态homeostasis	0.747	敏感sensitive	敏感sensitive
gsl5-2	-0.063	—	稳态homeostasis	-0.263	—	弱稳态weakly homeostasis	0.762	敏感sensitive	敏感sensitive
gsl5-3	-0.122	—	稳态homeostasis	-0.645	—	弱敏感weakly sensitive	0.960	敏感sensitive	敏感sensitive
gsl6-1	-0.067	—	稳态homeostasis	-0.075	—	稳态homeostasis	0.492	弱稳态weakly homeostasis	弱稳态weakly homeostasis
gsl6-2	0.096	稳态homeostasis	稳态homeostasis	-0.274	—	弱稳态weakly homeostasis	0.476	弱稳态weakly homeostasis	弱稳态weakly homeostasis
gsl6-3	-0.119	—	稳态homeostasis	-0.160	—	稳态homeostasis	0.678	弱敏感weakly sensitive	弱敏感weakly sensitive
gsl7-1	0.134	稳态homeostasis	稳态homeostasis	0.152	稳态homeostasis	稳态homeostasis	0.483	弱稳态weakly homeostasis	弱稳态weakly homeostasis
gsl7-2	0.141	稳态homeostasis	稳态homeostasis	-0.000	—	稳态homeostasis	0.427	弱稳态weakly homeostasis	弱稳态weakly homeostasis
gsl7-3	0.054	稳态homeostasis	稳态homeostasis	-0.018	—	稳态homeostasis	0.546	弱敏感weakly sensitive	弱敏感weakly sensitive
gsl8-1	0.073	稳态homeostasis	稳态homeostasis	0.229	稳态homeostasis	稳态homeostasis	0.391	弱稳态weakly homeostasis	弱稳态weakly homeostasis
gsl8-2	-0.025	—	稳态homeostasis	0.493	弱稳态weakly homeostasis	弱稳态weakly homeostasis	0.490	弱稳态weakly homeostasis	弱稳态weakly homeostasis
gsl8-3	-0.003	—	稳态homeostasis	0.362	稳态homeostasis	弱稳态weakly homeostasis	0.682	弱敏感weakly sensitive	弱敏感weakly sensitive

表3

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群落 Community	采集地经纬度 Latitude & Longitude	海拔 Altitude/m	坡度 Slope/（°）	采集日期 Acquisition time	样地编号 Sample site No.
高山栎Quercus	28°50′7″N，99°29′17″E	2 610	33	2020-10-22	GSL1
高山栎Quercus	28°41′21″N，99°33′13″E	2 340	3	2020-10-22	GSL2
高山栎Quercus	29°32′20″N，100°42′37″E	2 230	12	2020-10-23	GSL3
高山栎Quercus	28°5′37″N，99°48′55″E	2 650	4	2020-10-24	GSL4
高山栎Quercus	29°13′31″N，98°11′29″E	2 970	12	2020-10-22	GSL5
高山栎Quercus	31°43′28″N，102°16′38″E	2 310	28	2020-10-16	GSL6
高山栎Quercus	30°59′35″N，102°50′18″E	2 340	30	2020-10-18	GSL7
高山栎Quercus	31°52′42″N，101°8′42″E	3 040	48	2020-10-20	GSL8

横断山脉亚高山带高山栎叶片生态化学计量及内稳性特征

Ecological Stoichiometry and Homeostasis of Alpine Quercus semicarpifolia Leaves in Subalpine Zone of Hengduan Mountains

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