中国北方荒漠化草地三种恢复模式下植物-凋落物-土壤生态化学计量特征及树木组织稳态机制研究

本研究针对中国北方科尔沁沙地生态退化问题，通过生态化学计量学（Ecological stoichiometry）方法，对比分析杨树防护林（FG）、樟子松斑块（MG）和榆树斑块（UG）三种恢复模式对植物-凋落物-土壤系统碳氮磷（C:N:P）平衡及树木组织稳态（Homeostasis）的影响。研究发现三种模式显著改变土壤C:N:P比例，且均受氮限制（N-limited），其中杨树防护林更适应当地干旱气候，为脆弱生态区恢复提供科学依据。

　　

中国北方科尔沁沙地是全球荒漠化治理的重点区域，每年约2460 km²土地面临沙化威胁，甚至引发波及北京的沙尘暴。尽管“三北”防护林等工程通过植树造林试图遏制生态退化，但其长期生态效应备受争议——例如，人工林可能导致土壤养分失衡，而不同树种对荒漠化草地的适应性差异尚不明确。针对这一科学盲区，中国科学院应用生态研究所大庆沟生态站的研究团队以生态化学计量学（研究元素比例与生态过程关系的学科）为工具，首次系统评估了杨树（Populus × beijingensis）、樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）和榆树（Ulmus pumila）三种本土树种在20年恢复期内对植物-凋落物-土壤系统的影响。

研究采用野外采样与实验室分析结合的方法，对比三种恢复模式（FG：杨树防护林围封草地；MG：樟子松斑块造林；UG：榆树斑块造林）及未处理对照（CK）的C、N、P含量及比值。通过测定叶片、枝干、茎根等组织元素组成，结合凋落物和0–30 cm土壤样本分析，量化了系统化学计量特征；利用稳态指数（H）评估树木组织的元素平衡能力。

研究结果

1. 植物-凋落物-土壤系统养分分布
   树木组织C含量排序为叶>茎>枝>根，其中杨树叶C含量（435.42 g·kg^?1）显著高于樟子松（396.84 g·kg^?1）。FG模式土壤C:N比提升最显著，表明杨树防护林更利于土壤碳固存。

2. 生态化学计量特征差异
   三种模式均显著改变土壤C:N、C:P和N:P比例（p<0.05）。凋落物N:P比（FG:14.2, MG:16.8, UG:15.3）均低于临界值16，证实系统普遍存在氮限制（N-limited）。

3. 树木组织稳态机制
   杨树表现出最强的稳态性（H=2.1），其叶片N:P比受环境波动影响最小，而樟子松根系稳态性较弱（H=1.3）。不同组织稳态强度排序为叶>茎>根，揭示树木对养分的差异化调控策略。

结论与意义
该研究首次阐明荒漠化恢复中树种选择对系统元素循环的长期影响：杨树防护林（FG）通过高稳态性和土壤改良能力成为干旱区优选方案，而氮限制的普遍存在提示未来需加强氮肥管理。成果发表于《Journal for Nature Conservation》，为中国北方生态脆弱区植被重建提供了量化依据，也为全球干旱区恢复实践贡献了“化学计量学-稳态”联合评估框架。