饒麗仙，沈艷,2*，聶明鶴(.寧夏大學農學院，寧夏 銀川 75002；2.西北土地退化與生態(tài)恢復省部共建國家重點實驗室培育基地，寧夏 銀川 75002)

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寧夏典型草原不同退耕年限草地植物-土壤生態(tài)化學計量特征

饒麗仙1，沈艷1,2*，聶明鶴1
(1.寧夏大學農學院，寧夏 銀川 750021；2.西北土地退化與生態(tài)恢復省部共建國家重點實驗室培育基地，寧夏 銀川 750021)

為了研究寧夏典型草原不同退耕年限草地優(yōu)勢植物及土壤 C、N、P化學計量特征，本研究以寧夏南部典型草原區(qū)退耕草地為對象，分別對退耕0、1、3、5、6、8、11、15、20年草地優(yōu)勢植物及土壤碳、氮、磷等生態(tài)化學計量特征進行研究。結果表明，各植物全氮含量均表現為地上部分大于地下部分，且豬毛蒿整體全氮含量較其他植物高。全磷含量除賴草外也表現為地上部分大于地下部分。退耕1年狗尾草和退耕3年賴草有機碳含量表現為地下部分大于地上部分，其余各退耕年限地上部分大于地下部分。優(yōu)勢植物C∶N、C∶P、N∶P整體表現為退耕20年長芒草最大。賴草和豬毛蒿最小。退耕6年以上20年以內土壤有機碳含量由表層向深層逐層遞減；全氮含量退耕0～6年呈波動式變化，退耕8年后全氮含量由表層向深層逐層遞減；全磷含量變化趨勢與全氮相同。研究區(qū)土壤C∶N變化范圍為7.08～19.62，C∶P變化范圍為6.60～35.25，N∶P變化范圍為0.82～2.17。各層土壤C∶N平均值變化范圍為11.18～15.03，C∶P平均值變化范圍為14.09～24.55，N∶P平均值變化范圍為1.06～1.98；除C∶N接近我國土壤C∶N均值外，研究區(qū)土壤C∶P和N∶P均低于我國土壤C∶P和N∶P均值。并且相應地表優(yōu)勢植物C∶N、C∶P、N∶P明顯高于表層土壤。本研究中土壤C∶N與土壤有機碳之間相關性不顯著，與全N呈負相關，意味著C∶N主要受N控制，而C∶P與有機碳呈顯著正相關，與全P相關性不顯著。土壤N∶P與土壤全N含量呈顯著正相關，與土壤全P含量相關性不顯著，說明主要受N控制，而土壤全N含量隨退耕年限的增加呈波動式上升趨勢。植物與土壤碳、氮、磷相關性顯示：植物全N與土壤N之間相關性不顯著(P>0.05)，植物全P與土壤全N、全P呈極顯著的相關關系(P<0.01),與土壤有機碳和N∶P呈顯著的相關關系(P<0.05)。

寧夏典型草原;退耕草地;土壤;優(yōu)勢植物;碳、氮、磷生態(tài)化學計量

碳(C)、氮(N)、磷(P)是植物的基本化學元素，在植物生長和各種生理調節(jié)機能中發(fā)揮著至關重要的作用。由于N元素和P元素自然供應往往受限制，因此成為生態(tài)系統(tǒng)中主要的限制性元素。有研究表明，植被恢復之后，土壤碳、氮和磷含量將會受到影響且有助于提高土壤生產力[1-2]。退耕植被恢復對土壤碳、氮、磷庫的改善具有重要作用，且燕麥(Aveansativa)地退耕還草8年之后 0～30 cm 土層中土壤有機碳儲量增加了82%[3]。另有研究也表明農田轉化成林地，灌木和草地對土壤碳、氮和磷含量有所影響。退耕還林草之后土壤有機碳、氮和磷含量增加，說明大規(guī)模植被恢復實現了土壤有機碳、氮和磷的累積[4]。因此，研究寧夏典型草原區(qū)不同退耕草地群落演替過程中土壤C、N、P生態(tài)化學計量特征，為該區(qū)退耕草地演替及草地植被恢復提供了重要的理論依據。植物葉片C∶N、C∶P代表著植物吸收N、P元素時同化碳的能力，同時反映了植物的生長速率和養(yǎng)分利用效率；N∶P計量特征是研究生態(tài)系統(tǒng)中生物多樣性、營養(yǎng)結構變化和生物地球化學循環(huán)的基本依據[5]；是判斷生態(tài)系統(tǒng)功能及植物生長受養(yǎng)分限制的重要指標；而土壤C∶N和C∶P則能指示土壤養(yǎng)分供給與有機碳分解情況。大量研究表明；化學計量比在生態(tài)學不同組織尺度上具有內穩(wěn)性特征，內穩(wěn)性高的物種通常具有較高的優(yōu)勢度和穩(wěn)定性，同樣，內穩(wěn)性高的生態(tài)系統(tǒng)則具有較高的生產力和穩(wěn)定性[6-7]。針對寧夏典型草原生態(tài)系統(tǒng)退化現狀，自2003年起，在國家退耕還林草工程的推動下，該區(qū)大面積坡耕地逐步變?yōu)樽匀换謴偷牟莸刂脖?，這在改善當地生態(tài)環(huán)境的同時，也使土地利用方式發(fā)生了較大變化，這勢必會影響群落植物及土壤的碳、氮、磷的分布與分配。本試驗通過對寧夏典型草原區(qū)9個不同退耕年限草地土壤生態(tài)化學計量特征研究，明確生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、磷元素平衡的化學計量比格局及3種元素之間的相互作用和平衡制約關系；旨在為揭示土壤C、N、P計量特征對退耕草地植被演替的影響機理奠定基礎，也為退耕草地的植被恢復和草地合理管理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗區(qū)位于寧夏南部半干旱黃土丘陵區(qū)固原市原州區(qū)云霧山自然保護區(qū)，以本氏針茅(Stipacapillata)和大針茅(Stipagrandis)為群落建群種。東經106°21′-106°27′，北緯36°10′-36°17′。海拔1800～2100 m，最高峰2148 m,大部分在2000 m以下。土壤類型可分為山地灰褐土和黑壚土兩類。屬半干旱氣候，年均氣溫5 ℃，最熱月7月，氣溫在22～25 ℃之間，最冷月1月，平均最低氣溫-14 ℃左右?！? ℃的年積溫為2370～2882 ℃，年日照時數為2500 h，太陽輻射總量522.75 kJ/cm2。年平均無霜期137 d，年降水量400～450 mm。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地選擇 運用時空互代法，于2015年7月中旬，在云霧山自然保護區(qū)選擇未退耕草地(用T0表示)，退耕1年、3年、5年、6年、8年、11年、15年和20年的草地(分別用T1、T3、T5、T6、T8、T11、T15和T20表示)，以海拔、坡度和坡向基本一致作為樣地選擇原則。每個處理3次重復。

1.2.2 樣品采集 每一個樣地隨機設置3個1 m×1 m典型樣方，在樣方內隨機取優(yōu)勢植物30株(若樣方內數量不夠，則在緊鄰樣方外選取)，齊地剪下，在65 ℃下烘干稱重。優(yōu)勢植物根系采集用土柱法結合水洗法，洗凈后烘干待測。土壤取樣點與植物取樣點一一對應，在樣地土壤剖面不同層次取原狀土(分別在0～5 cm、5～15 cm、15～25 cm和25～40 cm處分層取樣)，并將采集的每個樣方同層土壤樣品混勻、去雜、風干、研磨過0.075 mm篩后備用。基于植被調查數據，通過計算重要值確定各樣地優(yōu)勢植物分別為：退耕1年為狗尾草(Setariaviridis)，退耕3年和15年為賴草(Leymussecalinus)，退耕5年為豬毛蒿(Artemisiascoparia)，退耕6年、8年、11年、20年均為長芒草(Stipabungeana)。

重要值=(相對蓋度+相對頻度+相對高度)/3[8]

1.2.3 樣品碳、氮、磷測定 測定各樣品總有機碳、全氮、全磷含量，其中土壤和植物總有機碳測定采用重鉻酸鉀外加熱法；全氮分別經 H2SO4-K2SO4∶CuSO4∶Se和H2SO4-H2O2催化后用全自動凱氏定氮儀測定;全磷采用氫氧化鈉堿溶-鉬銻抗比色法[9]測定。

1.3 數據分析

樣品處理完之后，對采集的9個不同退耕年限草地植物和土壤樣品數據采用Excel 2010軟件進行數據處理及制圖，利用SAS 8.2和DPS軟件分析C∶N、C∶P、N∶P與C、N、P之間的相關關系，并采用LSD多重比較分析不同退耕年限的差異。

2 結果與分析

2.1 不同退耕年限優(yōu)勢植物地上和地下部分碳、氮、磷含量及C∶N、C∶P、N∶P特征

研究區(qū)不同退耕年限優(yōu)勢植物地上和地下部分碳、氮、磷化學計量特征如表1所示，有機碳含量變化范圍地上部和地下部分別為18.76%～28.93%和15.89%～27.76%。全氮含量變化范圍分別為0.92%～1.79%和0.67%～1.10%。全磷含量變化范圍為0.02%～0.21%和0.02%～0.40%。

表1 不同退耕年限優(yōu)勢植物碳、氮、磷化學計量特征Table 1 C,N,P stoichiometry of dominant plant with different restoration years

長芒草和豬毛蒿地上部分全氮、全磷、有機碳含量均大于地下部分，長芒草地上部分全氮含量隨退耕年限增加逐漸減少，豬毛蒿地上部和地下部全氮含量均較其他幾種植物高。狗尾草地上部分全氮、全磷含量大于地下部分，有機碳含量地下部分大于地上部分。賴草全氮含量地上部分大于地下部分，全磷含量則地下部分大于地上部分，有機碳含量退耕3年地下部分大于地上部分，退耕15年地上部分大于地下部分。

優(yōu)勢植物C∶N除退耕20年長芒草地上部分大于地下部分外，其他退耕年限植物均為地下部分大于地上部分，且地上部分C∶N退耕20年長芒草最大，退耕5年豬毛蒿最小；地下部分退耕3年賴草最大，退耕5年豬毛蒿最小。優(yōu)勢植物C∶P除賴草和退耕20年長芒草地上部分大于地下部分外，其他各退耕年限植物均為地下部分大于地上部分，且地上部分和地下部分C∶P均為退耕20年長芒草最大，退耕15年賴草最??；N∶P除賴草地上部分大于地下部分外，其他退耕年限植物均為地下部分大于地上部分，且地上部分N∶P退耕20年長芒草最大，退耕15年賴草最小，地下部分退耕20年長芒草最大，退耕3年賴草最小。

2.2 研究區(qū)土壤有機碳、氮、磷含量特征

研究區(qū)土壤有機碳含量變化范圍為3.24～20.73 g/kg，平均值(±標準差)為(11.97±3.68) g/kg。不同土壤剖面層次0～5 cm、5～15 cm、15～25 cm、25～40 cm 層的變化范圍分別為11.11～20.73 g/kg、7.68～17.34 g/kg、6.76～18.19 g/kg、3.24～17.38 g/kg。平均值(±標準差)分別為(13.86±2.85) g/kg、(11.60±2.63) g/kg、(12.23±3.80) g/kg、(10.19±4.23) g/kg。

不同土壤剖面有機碳含量退耕0～5年呈波動式變化，6～20年表層(0～5 cm)有機碳含量較其他各土層明顯偏高，且隨著退耕年限增加呈波動式升高的趨勢，其他3層土壤有機碳含量呈波動式下降趨勢(圖1)。由于土壤表層是植物根系主要分布和枯落物聚集的土層，隨土層加深植物根系減少，枯落物分解減少，因此，有機碳含量由表層向深層逐層遞減，這與相關研究結果較為一致[10-11]。此外，環(huán)境因子對土壤有機碳含量的影響也至關重要，如：植被生長狀況、氣候條件、土壤類型等。研究區(qū)屬半干旱黃土丘陵區(qū)，降雨量較少，且植被覆蓋率較低，使得土壤有機碳的輸入較少。這也是該地區(qū)土壤有機碳較少的原因。方差分析表明，不同退耕年限土壤有機碳含量存在極顯著差異。同一退耕年限不同剖面層次土壤有機碳含量差異顯著。

圖1 不同退耕年限土壤有機碳含量變化特征Fig.1 Variation of soil organic carbon with different restoration years 不同小寫字母表示0.05水平下差異顯著,不同大寫字母表示0.01水平下差異極顯著,下同。The different small letters mean significant differences under 0.05 level, the different capital letters mean extremely significant differences under 0.01 level, the same below.

氮作為植物生長的重要營養(yǎng)元素之一，在土壤中通常以有機態(tài)形式存在，土壤中全氮含量的多寡是衡量土壤供氮能力的一項重要指標，直接影響植物吸收及利用氮的狀況。云霧山區(qū)土壤全氮含量退耕0～6年不同土壤剖面呈波動式變化，退耕8年后各退耕年不同剖面層次全氮含量呈減少趨勢。隨退耕年限增加，各土層全氮含量變化趨勢與有機碳相同。研究區(qū)土壤全氮含量變化范圍為 0.46～1.35 g/kg，平均值(±標準差)為(0.92±0.22) g/kg，不同土壤剖面層次0～5 cm、5～15 cm、15～25 cm、25～40 cm 層的變化范圍分別為0.62～1.25 g/kg、0.64～1.24 g/kg、0.57～1.28 g/kg、0.46～1.35 g/kg。平均值(±標準差)分別為(1.02±0.20) g/kg、(0.92±0.20) g/kg、(0.89±0.24) g/kg、(0.84±0.27) g/kg (圖 2)。不同退耕年限各層次土壤全氮含量存在極顯著差異。同一退耕年限不同剖面層次土壤全氮含量差異顯著。

圖2 不同退耕年限土壤全氮含量變化特征Fig.2 Variation of soil total nitrogen with different restoration years

磷也是植物生長所必需的重要營養(yǎng)元素之一，全磷含量反映了土壤磷元素潛在的供應能力。研究區(qū)土壤全磷變化范圍為 0.49～0.79 g/kg，平均值(±標準差)為(0.60±0.07) g/kg，不同土壤剖面層次0～5 cm、5～15 cm、15～25 cm、25～40 cm層的變化范圍分別為 0.52～0.77 g/kg、0.52～0.79 g/kg、0.51～0.70 g/kg、0.49～0.73 g/kg。不同土壤剖面全磷含量變化趨勢與全氮相同(圖3)。隨退耕年限增加各土層全磷含量變化趨勢同有機碳和全氮。不同退耕年限土壤全磷含量存在極顯著差異。同一退耕年限不同剖面層次土壤全磷含量差異顯著。

圖3 不同退耕年限土壤全磷含量變化特征Fig.3 Variation of soil total phosphorus with different restoration years

2.3 不同退耕年限草地土壤C∶N、C∶P、N∶P特征

研究區(qū)土壤0～5 cm、5～15 cm、15～25 cm、25～40 cm層C∶N 變化范圍分別為11.22～19.62、10.52～13.97、10.79～16.41、7.08～15.30，平均值(±標準差)分別為13.82±2.50、12.30±1.05、13.66±1.46、11.51±2.59。0～5年同一退耕年限下土壤15～25 cm土層 C∶N 最高，6～20年各土層C∶N呈波動式變化(圖4a)。土壤 C∶N 與土壤全N含量呈負相關(r=-0.10,n=9,P<0.79)，與土壤有機碳含量相關性未達到顯著性水平(圖5)。

0～5 cm、5～15 cm、15～25 cm、25～40 cm土層土壤 C∶P 變化范圍為19.18～35.20、14.15～22.01、13.13～29.20和6.60～27.92,平均值(±標準差)分別為22.17±4.75、18.70±2.34、20.31±5.13和16.68±5.59。退耕20年草地0～5 cm土層土壤C∶P最高，并與其他各年呈顯著性差異。各退耕年5～15 cm土層土壤C∶P差異不顯著，其他各層差異均顯著(圖4b)。土壤C∶P與土壤有機C含量呈顯著正相關(r=0.95,n=9,P<0.01)、與土壤全P含量相關性不顯著(圖5)。

0～5 cm、5～15 cm、15～25 cm、25～40 cm 土層土壤 N∶P 變化范圍為1.19～2.11、1.19～1.87、1.05～2.05和0.82～2.17, 平均值(±標準差)分別為1.61±0.25、1.50±0.20、1.48±0.30和1.41±0.38。0～5 cm土層土壤N∶P表現為隨著退耕年限的增加,比值呈現波動式上升的趨勢(圖4c)。5～40 cm土層土壤N∶P 0～5年均大于6～20年。土壤N∶P與土壤全N含量呈顯著正相關(r=0.95,n=9,P=0.0001)，與土壤全 P 含量相關性不顯著(圖 5)。

圖4 不同退耕年限土壤C∶N、C∶P、N∶PFig.4 C∶N, C∶P, N∶P of soil with different vegetation restoration years

圖5 土壤C∶N、C∶P、N∶P與土壤C、N、P含量之間的關系Fig.5 The relationship between soil C∶N, C∶P, N∶P and C, N, P content

2.4 研究區(qū)不同退耕年限優(yōu)勢植物與土壤碳、氮、磷含量相關性分析

通過分析研究區(qū)優(yōu)勢植物與土壤C、N、P相關性，發(fā)現優(yōu)勢植物與土壤C、N、P及C∶N、C∶P、N∶P的相關性不同，如表2所示：植物有機碳與土壤全N、全P具有顯著的相關關系(P<0.05)，植物全P與土壤全N、全P呈極顯著的相關關系(P<0.01)，與土壤有機碳和N：P呈顯著的相關關系(P<0.05)，植物全N與土壤全N之間相關性不顯著，植物C∶N與土壤有機碳、全磷及C∶P存在顯著的相關關系(P<0.05)，植物C∶P、N∶P與土壤全P呈顯著的負相關關系(P<0.05)。

表2 不同退耕年限優(yōu)勢植物與土壤碳、氮、磷相關性Table 2 Correlation of C,N,P between dominant plant and soil in different restoration years

SOC: 土壤有機碳Soil organic carbon; STN: 土壤全氮Soil total nitrogen; STP: 土壤全磷Soil total phosphorus; POC：植物有機碳Plant organic carbon；PTN：植物全氮Plant total nitrogen；PTP：植物全磷Plant total phosphorus；S:土壤Soil；P: 植物Plant；* 表示 0.05 水平上的顯著性Indicates significance at the level of 0.05; ** 表示 0.01 水平上的顯著性Indicates significance at the level of 0.01.

3 討論

土壤碳、氮、磷是維護生態(tài)系統(tǒng)健康及養(yǎng)分循環(huán)的重要生態(tài)因子，且土壤養(yǎng)分和有機碳的積累以及凋落物分解速率和土壤微生物數量都受其含量影響[12]。 本研究結果表明，退耕0～5年土壤有機碳含量呈波動式變化，退耕6年以上20年以內土壤有機碳含量由表層向深層逐層遞減；全氮含量退耕0～6年呈波動式變化，退耕8年后全氮含量由表層向深層逐層遞減；全磷含量變化趨勢與全氮相同。這可能是由于隨著退耕年限增加，研究區(qū)受人類活動干擾減少，植物枯落物歸還、分解在土壤中大量積累，有利于表層土壤有機碳的積累，使得表層土壤有機碳含量偏高[13]。此外土壤團粒結構也是影響土壤有機碳含量的重要因子。

土壤碳、氮、磷化學計量比是衡量土壤有機碳組成的重要指標[14]，反映了土壤釋放氮、磷礦化養(yǎng)分的能力。土壤C∶N、C∶P和N∶P化學計量學比值隨著土地利用類型變化差異巨大，且影響因子較為復雜[15]。本研究結果表明，研究區(qū)土壤C∶N變化范圍為7.08～19.62，C∶P變化范圍為6.60～35.25，N∶P變化范圍為0.82～2.17。各層土壤C∶N平均值變化范圍為11.18～15.03，C∶P平均值變化范圍為14.09～24.55，N∶P平均值變化范圍為1.06～1.98；除C∶N接近我國土壤C∶N均值外[16]，研究區(qū)土壤C∶P和N∶P均低于我國土壤C∶P和N∶P均值。表層土壤C、N、P化學計量比能夠較好地指示土壤養(yǎng)分狀況。隨退耕年限的增加，研究區(qū)0～15 cm土壤C∶N呈波動式上升趨勢，土壤C∶N與土壤有機碳含量相關性未達到顯著性水平，與土壤全N含量呈負相關(r=-0.10,n=9,P<0.79)；而土壤C∶P退耕20年草地0～5 cm土層最高，并與其他各年呈顯著性差異，土壤C∶P與土壤有機C含量呈顯著正相關(r=0.95,n=9,P<0.01)，與土壤全P含量相關性不顯著；土壤N∶P在退耕0～5年內呈波動式變化趨勢，退耕6～20年土壤N∶P由表層向深層逐層遞減。不同退耕年限下土壤C∶N與C∶P、N∶P沒有表現出一致的變化模式。這可能是由于土壤C∶N、C∶P、N∶P的變化所取決的因子不同而造成的。本研究中土壤C∶N與土壤有機碳之間相關性不顯著，與全N呈負相關，說明該區(qū)土壤C∶N主要受N控制。而C∶P與有機碳呈顯著正相關，與全P相關性不顯著，則主要受C控制。土壤N∶P與土壤全N含量呈顯著正相關，與土壤全P含量相關性不顯著，說明也主要受N控制，而土壤全N隨退耕年限的增加呈波動式上升趨勢。C∶N、C∶P、N∶P對退耕年限的響應差異與土壤N、P的來源差異密切相關。土壤中N主要以有機態(tài)形式存在，與土壤有機質含量有很重要的關系，土壤中的P一方面來源于有機質，另一方面土壤中礦物風化對其也有一定的影響。土壤有機質礦化分解速率通常與C∶N、C∶P呈負相關關系，較低的C∶N、C∶P意味著土壤C、P有效性較高[14]，有研究表明[17]，較低的C∶P有利于微生物在有機質分解過程中的養(yǎng)分釋放，促進土壤中有效磷的增加。本研究區(qū)土壤C∶N、C∶P均低于全國平均水平，表明本研究區(qū)土壤C、P有效性較高。

在生物地球化學循環(huán)中植物與土壤之間存在著必然聯系。一方面植物通過根系從土壤中吸收養(yǎng)分，另一方面又以枯落物的形式向土壤歸還C、N、P等養(yǎng)分[18]。構成了生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分轉化的有效循環(huán)系統(tǒng)。寧夏云霧山區(qū)植物有機碳與土壤全N、全P呈顯著的相關關系，是由于植物對土壤養(yǎng)分的吸收是土壤養(yǎng)分輸出的主要途徑，土壤作為植物生長的主要基質，其中的有機質、硝態(tài)氮等經過分解，源源不斷地為植物正常生理活動提供必要養(yǎng)分，使得土壤與植物在養(yǎng)分的供給和需求間通過動態(tài)交換從而維持一個平衡的元素比[14]。植物全N與土壤全N之間相關性不顯著，植物全P與土壤全N、全P呈極顯著的相關關系，與土壤有機碳和N∶P呈顯著的相關關系，與丁小慧等[19]的研究結果不一致，一般而言，植物吸收利用P的含量相對C、N較少，但植物對土壤中營養(yǎng)元素的吸收和利用是一個極其復雜的過程，除了養(yǎng)分含量外，土壤 pH、微生物活性、種內和種間競爭以及氣候變化等因子也對其產生一定的影響[20-21]。

近年來也開展了一些對優(yōu)勢物種生態(tài)化學計量特征的研究工作[22-25]，一些植物長期適應環(huán)境進化成為優(yōu)勢種，其體內碳、氮、磷元素的化學計量特征在一定程度上是植物對特定環(huán)境中養(yǎng)分利用狀況及其自身代謝能力的反映，同時也反映土壤中養(yǎng)分的供應狀況，進而影響著生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[26]，本研究中，優(yōu)勢植物全氮、有機碳含量與土壤全氮、有機碳含量呈正相關，與全磷含量呈負相關，且研究區(qū)土壤0～5 cm C∶N、C∶P、N∶P均值分別為13.8、22.17、1.61，明顯低于相應地表優(yōu)勢植物C∶N、C∶P、N∶P，這與其他地區(qū)的研究一致[27]。

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Effect of grassland restoration duration on plant-soil ecological stoichiometry characteristics in a typical steppe

RAO Li-Xian1, SHEN Yan1,2*, NIE Ming-He1

1.AgricultureCollegeinNingxiaUniversity,Yinchuan750021,China; 2.KeyLaboratoryofRestorationandRehabilitationofDegradedEcosysteminNorthwesternChina,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China

To determine the influence of restoration period on the stoichiometry of dominant plant species and soil C, N, P of typical steppe in Ningxia, China, the stoichiometric characteristics of dominant plant species and soil C, N, P in grassland abandoned for periods of 0, 1, 3, 5, 6, 8, 11, 15 and 20 years. The total nitrogen content of individual plants showed that the aboveground portion is greater than the belowground portion; the total nitrogen content ofArtemisiascopariawas higher than other species. Similarly the total P content of plants was dominated by the above ground portion with the exception ofLeymussecalinusplants. The organic carbon in grassland abandoned for 1 yearSetariaviridisand 3 yearsL.secalinuswas greater in the underground portion; for remaining abandonment periods the aboveground portion was greater than underground portion. The highest C∶N, C∶P, N∶P ratio’s in dominant plants in 20 year grassland occurred inS.bungeanaand the lowest inL.secalinusandA.scoparia. Abandonment periods between 6 and 20 years resulted in soil organic carbon content layer decreasing from the surface with increasing depth while abandonment periods between 0-6 years resulted in fluctuating changes in soil N. The response of total P to abandonment period was similar to that of total N. The soil C∶N ration varied from 7.08-19.62, C∶P ranged from 6.60 to 35.25, N∶P varied from 0.82 to 2.17; the mean soil C∶N ration ranged from 11.18 to 15.03 in different soil layers, C∶P from 14.09 to 24.55 and N∶P from 1.06 to 1.98; The soil C∶P and N∶P ratio’s were generally lower than those typically found in other regions of China while the C∶N ration was similar to typical values in China. There was no correlation between soil C∶N and soil organic carbon but there was a negative correlation with total N, meaning that C∶N was mainly controlled by N; the C∶P ratio was significantly positively correlated with organic carbon but not with total P. There was a significant positive correlation between soil N∶P and total soil N, indicating this ration is primarily controlled by N. Total soil N showed a fluctuating upward trend with increasing abandonment period. There was a strong correlation between total plant P and total soil P (P<0.01); soil organic C was also correlated with N∶P (P<0.05).

typical steppe in Ningxia; abandoned grassland; soil; dominant plant; C, N, P stoichiometry

10.11686/cyxb2016317

http://cyxb.lzu.edu.cn

2016-08-19；改回日期：2016-11-03

國家自然科學基金(31360582,31460632)資助。

饒麗仙(1991-)，女，寧夏鹽池人，在讀碩士. E-mail:1223108049@qq.com*通信作者Corresponding author. E-mail:nxshenyan@163.com

饒麗仙, 沈艷, 聶明鶴. 寧夏典型草原不同退耕年限草地植物-土壤生態(tài)化學計量特征. 草業(yè)學報, 2017, 26(4): 43-52.

RAO Li-Xian, SHEN Yan, NIE Ming-He. Effect of grassland restoration duration on plant-soil ecological stoichiometry characteristics in a typical steppe. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(4): 43-52.