菌根对灌丛生态化学计量特性及其响应气候变化的影响

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生态化学计量学是生态系统中元素平衡和物质循环的重要框架。碳(C)、氮(N)和磷(P)是构成所有生物结构、功能的基本元素,是重要的化学计量元素,它们在生物化学过程中紧密耦合。C、N和P是植物生长发育所必需的元素,在调控和驱动不同类型植物的演替过程中具有重要作用。C、N和P的化学计量比,对于理解生物地球化学过程有着重要作用。菌根是植物根系和土壤真菌之间普遍存在的共生体,是最重要的生物间相互作用之一。菌根策略包括菌根状态和菌根类型,它们是生态系统功能特征的重要反映,菌根状态或类型能够改变C、N和P在不同器官中的分配和生态化学计量特征。本研究旨在通过探讨菌根策略对不同灌丛器官C、N、P化学计量学的影响,为改善全球陆地生态系统的特性提供理论基础和数据支持。本研究分析了中国北方725个地点-样品在不同菌根状态或类型下灌丛不同器官中的C、N、P化学计量模式。结果表明,在不同菌根状态下,兼性菌根(facultatively mycorrhizal,FM)灌丛器官中C含量最高,叶片中的中位数为450mg·g-1,叶片的C含量主要集中在465mg·g-1和446mg·g-1附近;茎中的C含量主要集中在455mg·g-1附近;根中的C含量主要集中在430mg·g-1附近。非菌根(Non-mycorrhizal,NM)菌根N含量最高,其叶茎根中的N含量分别集中在27mg·g-1,17mg·g-1和19.5mg·g-1。在不同菌根类型下,丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)菌根类型下灌丛器官的N含量最高,其叶茎根中的N含量分别集中在14.7mg·g-1,4.5mg·g-1和5mg·g-1,外生菌根(ectomycorrhiza,ECM)菌根类型下叶茎根中的P含量分别集中在1.6mg·g-1,5.57mg·g-1和0.75mg·g-1。在OM(obligately mycorrhizal)或FM菌根状态下,茎和叶中C、N、P的含量随根中C、N、P的含量的增加而增加。在NM菌根状态下,茎和叶中的N含量随着根中N含量的增加而增加。在AM、AM+ECM和ECM菌根类型下,C、N、P在根、茎和叶中的含量密切相关。结果表明,菌根的状态或类型能够改变不同器官中C、N、P的分配,不同器官中C、N、P的关系能够随着菌根状态或类型的变化而表现出不同的趋势。温度、降水和菌根状态共同影响灌丛器官根茎叶的C、N、P分配。OM状态下不同灌丛器官间的C、N、P含量随着温度不同而产生差异。OM状态灌丛的根、茎、叶的N含量随年均温的增高而增高,但是C、P的含量却随年均温的升高而降低。在生长季均温中,OM状态下灌丛根茎叶的C、N、P分配变化情况与年均温变化相同。FM状态下,灌丛根茎叶中的C含量和茎中的N含量均随年均温和季均温的升高而升高,灌丛根茎叶中的P含量和跟叶中的N含量则随年均温和季均温的升高而降低。NM状态下,灌丛根中的C含量和根茎叶中N含量均随年均温和季均温的升高而升高,灌丛根茎叶中的P含量和茎叶中的C含量则随年均温和季均温的升高而降低。OM状态下,灌丛叶中的C和P含量随年降水和生长季降水的增加而增加,N含量则随年降水和生长季降水的增加而降低,其他器官中C、N、P含量随降水的增加变化不大。FM状态下,灌丛根茎中C、N、P随年降水和生长季降水的变化幅度一致,根茎叶中的C和N均随降水的增加而降低,根中P的含量则随降水的增加而升高。NM状态下,灌丛根茎叶中P含量和根茎中的C含量均随年降水和生长季降水的增加而升高,灌丛根茎叶中的N含量和根中的C含量则随年降水和生长季降水的增加而升高。本研究通过对不同菌根类型和状态灌丛根茎叶的C、N、P化学计量的研究,探索了灌丛菌根策略,丰富和完善了灌丛C、N、P养分生理生态理论,奠定了灌丛各器官中营养变化规律科学基础,也为我国灌丛生态系统的养分维持和平衡提供试验依据和技术支撑。
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