中国典型生态脆弱区土壤生态化学计量研究取得进展
发表日期:2022-10-10来源：
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生态化学计量学（ecological stoichiometry）研究多种元素之间的平衡关系，将生物科学的不同领域和不同层次联系起来，对揭示生物地球化学循环机制及其与生态系统结构、功能和过程的关系发挥重要作用。土壤是陆地生态系统的基础，不仅是陆地生态系统最大的碳库，其养分供应还决定了植物、微生物的生长，主导群落结构和功能的变化，并指示了陆地生态系统的生产力。土壤生态化学计量学可促进对营养循环、生态系统动力学和生物地球化学循环机制的深入理解，并为生态系统管理提供支持。然而，在国内中度以上生态脆弱区占陆地国土面积的一半以上，脆弱生态系统稳定性差、抗干扰能力弱，在全球环境变化背景下极易失衡。我们仍然缺乏对大尺度生态脆弱区土壤元素平衡的综合研究，对生态脆弱区不同植被、气候类型的生态化学计量空间模式及其关键影响因素也知之甚少。
内蒙古奈曼农田生态系统国家野外科学观测研究站恢复生态学研究团队长期从事干旱和半干旱区生态环境领域的研究工作。团队成员在我国典型生态脆弱区（林草交错带、黄土高原生态脆弱区、青藏高原生态脆弱区、西南农牧交错带、西南岩溶石漠化地区）沿降水、气温、海拔等环境梯度设置了三条总长约4300 km的调查样地，于样带上设置了156个调查样地，并采集了312个土壤样品，初步确定了生态脆弱区土壤有机碳（C）、全氮（N）、全磷（P）生态化学计量沿环境梯度的变化特征及其驱动机制。研究发现：（1）0~20 cm土层C、N含量显著（p < 0.05）高于20~30 cm，但P在不同土层之间没有显著（p > 0.05）差异（图1）。（2）农牧交错带C、N和P含量最高，黄土高原最低；喀斯特地区C:N、C:P和N:P最高，青藏高原C:N和黄土高原C:P、N:P最低（图1）。生态脆弱区表层（0~30 cm）平均土壤C:N:P为51:4:1，低于全球平均C:N:P（111:8:1）。（3）C、N、P之间存在强耦合关系。总体上0～20 cm土层的C:N主要受C驱动，而20～30 cm土层的C:N主要由N驱动；C:P和N:P在两个深度分别主要受C、N的驱动（图2）。（4）土壤C、N、P生态化学计量沿环境梯度的空间模式是多变的（图3），在0~20 cm土层，环境因子的解释率由高到低依次为气候因子（21.7%）、植被因子（8.9%）、土壤因子（6.4%）和地形因子（0.6%），而在20~30 cm土层依次为植被因子（35.9%）、气候因子（5.3%）、土壤因子（3.3%）和地形因子（2.1%）（图4）。研究结果可为生态脆弱区C、N、P生物地球化学循环提供新见解，并为生态脆弱地区生态恢复提供依据。
该成果以 Patterns and driving factors of soil ecological stoichiometry in typical ecologically fragile areas of China 为题在线发表在农林科学领域Top期刊 Catena (IF = 6.367)上。内蒙古奈曼农田生态系统国家野外科学观测研究站陈云博士为本文第一作者，李玉强研究员为通讯作者。该研究获国家重点研发计划（2017YFA0604803）、国家自然科学基金项目（31971466）共同资助。
图1 不同区域及土层土壤C、N、P的差异
图2 土壤C、N、P生态化学计量的相关性
图3 土壤C、N、P生态化学计量随环境梯度的变化规律
图4 环境因子对土壤C、N、P生态化学计量的影响
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