黄土高原雨养农区不同时间尺度苜蓿草地C、N、P生态化学计量特征研究

发布时间：2017-05-25 10:15

  本文关键词：黄土高原雨养农区不同时间尺度苜蓿草地C、N、P生态化学计量特征研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：生态化学计量学是研究植物体内多种元素在同一时间内协同变化的科学,能解释植物对不同环境的适应与响应。深入研究植物的生态化学计量特征及其调控机制对阐明植物的环境适应性机制意义重大。前人的研究指出植物生态化学计量特征会受到植物类型、生长环境、人为干扰等的影响,但其是否随植物的生长而产生时间变异性尚不得而知。从不同时间尺度(生育时期、茬次、年龄、建植年龄)对紫花苜蓿草地C、N和P生态化学计量特征开展研究,并分析了苜蓿C、N、P含量及计量比与土壤C、N、P含量及计量比间的偶联关系,得到了以下主要结果:1)不同生育时期苜蓿呈现不同的生态化学计量学和生理生态特征。苜蓿生长初期具有较高的净光合速率、蔗糖含量;随生育时期变化,苜蓿有机C含量和生物量呈增加的趋势,而全N和全P含量呈降低的趋势。由于有机C、全N和全P含量决定了其计量比,故苜蓿C:N、C:P呈增加的趋势,但得到N:P的变化趋势不一致。根据N:P阈值判断植物生长受N或P限制的原理,判断不同生育时期田间苜蓿受N或P的限制,而温室中苜蓿主要受N的限制。在不同生育时期,土壤N、P含量及N:P会影响苜蓿体内C、N、P含量及计量比的变化。2)茬次对苜蓿C、N、P含量及计量比呈现显著影响。随茬次的增加,根有机C含量增加,茎和叶有机C含量无显著变化;苜蓿全N含量先降低后增加;全P无显著变化。苜蓿C:N在年内呈降低趋势,且年内连续刈割超过4次后,苜蓿C:N无显著变化;田间苜蓿C:P在年内三茬间无显著变化,而温室中C:P呈显著降低的趋势;田间苜蓿N:P整体上先无显著变化而后增加,而温室中苜蓿根和叶N:P基本无变化,茎N:P先增加后降低。根据N:P阈值原理,判断田间苜蓿在2012年和2013年受N限制,而2014年受P限制,而温室中苜蓿主要受N的限制。在不同茬次时,苜蓿C、N、P含量及计量比会随土壤C、N、P含量及计量比而显著改变。3)苜蓿C、N和P含量及计量比随年龄而变化。随年龄的增加,茎和叶有机C含量、全N含量基本无显著变化,而全P含量降低。叶C:N无显著变化,而茎C:N在苜蓿5龄下最大;茎和叶C:P呈增加的趋势;苜蓿6龄时茎和叶N:P明显高于4、5龄。判断苜蓿在4、5龄时为N限制,而6龄时为P限制。在不同年龄时,苜蓿草地土壤C、N、P含量及计量比对苜蓿C、N、P含量及计量比有显著影响,但在茎和叶中表现不一致。4)建植年龄对苜蓿C、N、P含量及计量比有显著的影响。全N和全P含量一般低龄(4或5龄)苜蓿高于高龄(8或11龄)苜蓿,而C:N、C:P和N:P高龄苜蓿高于低龄苜蓿。土壤全P含量增加可提高根和茎全N、全P含量,降低根和茎C:N、C:P、N:P;除叶C:N与土壤C:N、C:P呈显著负相关关系外,在苜蓿C:N、C:P、N:P受土壤C:N、C:P、N:P显著影响的前提下,都为正相关关系。研究表明,陇东苜蓿C、N、P生态化学计量特征因苜蓿生育时期、茬次、年龄和建植年龄的差异而不同,表现出明显的时间变异性。这也可能是苜蓿适应黄土高原雨养农区气候和土壤条件的重要机制之一。此外,研究也表明苜蓿C、N、P生态化学计量特征与土壤C、N、P含量和计量比存在一定的相关性。
【关键词】：苜蓿 生态化学计量学 时间变异性 植物部位 土壤 黄土高原
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S541.9
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 前言10-13
• 1 研究背景10-11
• 2 研究意义11-13
• 第二章 国内外研究进展13-27
• 1 生态化学计量学发展史13-14
• 2 生态化学计量学理论与假说14-15
• 3 植物C、N、P生态化学计量特征对主要非生物因素变化的响应15-19
• 3.1 土壤营养供应对植物C、N、P含量及计量比的影响15-16
• 3.2 水分供应对植物C、N、P含量及计量比的影响16-17
• 3.3 大气CO2浓度变化对植物C、N、P含量及计量比的影响17
• 3.4 温度变化对植物C、N、P含量及计量比的影响17-18
• 3.5 光照变化对植物C、N、P含量及计量比的影响18
• 3.6 其它非生物因素对植物C、N、P含量及计量比的影响18-19
• 4 植物C、N、P生态化学计量特征对生物因素变化的响应19-21
• 4.1 植物-植物种间关系对植物C、N、P含量及计量比的影响19
• 4.2 动物-植物种间关系对植物C、N、P含量及计量比的影响19-20
• 4.3 微生物-植物种间关系对植物C、N、P含量及计量比的影响20-21
• 5 人类活动对牧草C、N、P生态化学计量特征的影响21-22
• 6 植物C、N、P生态化学计量特征的空间变异性22-23
• 7 苜蓿的适应性及其机制研究23-24
• 8 科学问题的提出24-25
• 9 研究内容25
• 10 研究技术路线25-27
• 第三章 材料与方法27-31
• 1 试验材料27
• 2 试验地概况27
• 3 试验设计27-29
• 3.1 茬内不同生育时期苜蓿草地设计及取样27-28
• 3.2 不同茬次苜蓿草地设计及取样28-29
• 3.3 不同年龄苜蓿草地设计及取样29
• 3.4 不同建植年龄苜蓿草地设计及取样29
• 4 植物与土壤样品采集与处理29-30
• 5 主要指标测定方法30
• 6 数据计算与分析30-31
• 第四章 不同生育时期苜蓿草地C、N、P生态化学计量特征31-64
• 1 田间茬内不同生育时期苜蓿草地C、N、P含量及计量比变化31-50
• 1.1 苜蓿茎和叶C、N、P含量及其计量比31-33
• 1.2 草地土壤C、N、P含量及其计量比33-39
• 1.3 茬内不同生育时期苜蓿与土壤C、N、P含量及计量比的偶联关系39-50
• 1.3.1 土壤C、N、P含量对苜蓿C、N、P含量的影响39-40
• 1.3.2 土壤C、N、P含量对苜蓿C:N、C:P、N:P的影响40
• 1.3.3 土壤C:N、C:P、N:P对苜蓿C、N、P含量的影响40-45
• 1.3.4 土壤C:N、C:P、N:P对苜蓿C:N、C:P、N:P的影响45-50
• 2 温室中不同生育时期苜蓿C、N、P计量特征及其生理生态特性的连续变化50-60
• 2.1 苜蓿根、茎和叶C、N、P生态化学计量特征的连续变化50-55
• 2.2 苜蓿根、茎和叶生理生态特性的连续变化55-60
• 3 讨论60-62
• 4 小结62-64
• 第五章 不同茬次苜蓿草地C、N、P生态化学计量特征64-88
• 1 田间不同茬次苜蓿草地C、N、P含量及计量比的变化64-83
• 1.1 田间苜蓿茎和叶C、N、P含量及计量比64-66
• 1.2 草地土壤C、N、P含量及计量比66-72
• 1.3 不同茬次苜蓿与土壤C、N、P含量及计量比的偶联关系72-83
• 1.3.1 土壤C、N、P含量对苜蓿C、N、P含量的影响72
• 1.3.2 土壤C、N、P含量对苜蓿C:N、C:P、N:P的影响72-78
• 1.3.3 土壤C:N、C:P、N:P对苜蓿C、N、P含量的影响78
• 1.3.4 土壤C:N、C:P、N:P对苜蓿C:N、C:P、N:P的影响78-83
• 2 温室中连续多茬时苜蓿C、N、P含量及计量特征83-85
• 2.1 苜蓿根、茎和叶C、N、P含量83-84
• 2.2 苜蓿根、茎和叶C:N、C:P、N:P84-85
• 3 讨论85-87
• 4 小结87-88
• 第六章 不同年龄苜蓿草地C、N、P生态化学计量特征88-105
• 1 不同年龄苜蓿C、N、P含量及计量比的变化88-90
• 1.1 苜蓿茎和叶C、N、P含量88-89
• 1.2 苜蓿茎和叶C:N、C:P、N:P89-90
• 2 不同年龄苜蓿地土壤C、N、P生态化学计量特征90-92
• 2.1 草地土壤C、N、P含量90-91
• 2.2 草地土壤C:N、C:P、N:P91-92
• 3 不同年龄苜蓿与土壤C、N、P含量及计量比间的偶联关系92-103
• 3.1 土壤C、N、P含量对苜蓿茎和叶C、N、P含量的影响92
• 3.2 土壤C、N、P含量对苜蓿茎和叶C:N、C:P、N:P的影响92-98
• 3.3 土壤C:N、C:P、N:P对苜蓿茎和叶C、N、P含量的影响98
• 3.4 土壤C:N、C:P、N:P对苜蓿茎和叶C:N、C:P、N:P的影响98-103
• 4 讨论103-104
• 5 小结104-105
• 第七章 不同建植年龄苜蓿草地C、N、P生态化学计量特征105-122
• 1 不同建植年龄苜蓿C、N、P含量及计量比105-109
• 1.1 苜蓿茎和叶C、N、P含量105
• 1.2 苜蓿茎和叶C:N、C:P、N:P105-109
• 2 不同建植年龄草地土壤C、N、P含量及计量比109-113
• 2.1 草地土壤C、N、P含量109
• 2.2 草地土壤C:N、C:P、N:P109-113
• 3 不同建植年龄苜蓿与土壤C、N、P含量及其计量比相关性113-120
• 3.1 土壤C、N、P含量对苜蓿C、N、P含量的影响113
• 3.2 土壤C:N、C:P、N:P对苜蓿C、N、P含量的影响113-119
• 3.3 土壤C、N、P含量对苜蓿C:N、C:P、N:P的影响119
• 3.4 土壤C:N、C:P、N:P对苜蓿C:N、C:P、N:P的影响119-120
• 4 讨论120-121
• 5 小结121-122
• 第八章 结论、创新点及展望122-125
• 1 主要结论122-123
• 2 本研究的创新点123
• 3 展望123-125
• 参考文献125-133
• 在学期间主要研究成果、获奖情况133-135
• 项目资助135-136
• 致谢136-138

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