茂兰喀斯特区68种典型植物叶片化学计量特征

吴 鹏,崔迎春,赵文君,侯贻菊,朱 军,丁访军,*,杨文斌

1 贵州省林业科学研究院,贵阳 550005

2 中国林业科学研究院荒漠化研究所, 北京 100091

生态化学计量学是基于生态学、生物学和化学计量学等基本原理,来研究生物有机体内碳(C)、氮(N)、磷(P)等多重化学元素平衡和生物系统能量平衡[1- 6],为探讨不同生态系统的养分循环利用机制提供了新的思路,为揭示养分元素平衡对生态过程交互作用的影响提供新的技术方法[1,3,6- 7]；目前,它已成为生态学研究的重要工具[6,8],在细胞、个体、种群、群落乃至整个生态系统等多个尺度开展了广泛研究[2,4- 5,7,9- 12]。

C、N、P、钾(K)作为陆生植物的基本营养元素,同时也是细胞结构与功能最重要的生命元素,在植物的生长发育、生理机制调节以及种群动态、养分循环利用等方面都扮演着极其重要的角色[5,13- 17]。不同功能(类)群植物在长期演化进程中,由于环境以及区域元素含量的差异,植物对养分的吸收和利用也形成了适应机制[18]；而叶片的化学计量特征即能反映植物在特定环境下的生存策略[17],也能反映自身的生长状态及其内部特征,如C∶N和C∶P可反映植物的生长速度,并可表明与其N、P养分利用效率的相关性[4- 5,19],而N∶P既能反映植物生长受N或P素的限制情况[12,19- 20],还作为一个关键指标决定着群落的结构和功能[21],同时它也受外界环境要素(降雨、温度、土壤等)和植物自身因素(科属分类特征、叶面积指数、叶龄、根系等)以及群落内物种均匀性、植物功能(类)群等的影响[22]。

喀斯特地貌因其生境的特殊性以及脆弱性[23],其上的森林植被无论在群落外貌、结构以及区系组成,还是在演替更新以及对环境的影响等方面都与常态地貌上的明显不同[24]；那么,喀斯特森林不同功能(类)群植物的化学计量特征具有哪些特点？其养分含量与化学计量特征间的内在耦合关系如何？对养分元素吸收的趋同性和差异性又是如何？本研究基于以上问题,以茂兰喀斯特区68种不同功能(类)群植物为研究对象,通过对不同生长阶段植物叶片养分含量的测定及其化学计量比的计算,揭示其时空动态变化规律,阐明养分含量与化学计量特征间的内在耦合关系,探讨N∶P对植物生长的指示意义,以期能够进一步了解该区域植物的养分利用状况、适生机制及其生物地球化学过程[5,16,25],为喀斯特森林退化的内在机制提供基础数据,并为其恢复与重建、保护及管理提供科学依据。

1 研究区概况

本研究在茂兰国家级自然保护区、荔波喀斯特森林生态系统定位观测研究站(位于贵州省黔南州荔波县)内进行,地处贵州高原向广西丘陵平原过渡的斜坡地带,地理位置：东经107°52′10″—108°05′40″、北纬25°09′20″—25°20′50″[23]；地势呈西北高东南低,最高海拔1078.6 m,最低430.0 m,平均多在550—850 m之间；气候属中亚热带季风湿润气候区；年平均气温15.3℃,其中：1月份5.2℃,7月份23.5℃；年降水量1752.5 mm,多分布于4—10月；年平均湿度83.0%；年日照时数1272.8 h,无霜期315 d,太阳年辐射总量为63289.80 kW/m2,≥10℃积温4598.6℃[5- 6]。该区域属典型的喀斯特地貌(多为纯质石灰岩及白云岩构成的喀斯特峰林及峰丛洼地),岩石裸露率高达80%；土壤稀少、土层浅薄且多存于石隙石缝之中,富钙和富盐基化、有机质含量高。主要植被类型为喀斯特原生性常绿落叶阔叶混交林,是目前全球同纬度带残存下面积最大、类型最为独特且相对稳定的喀斯特森林生态系统[5- 6,23]。

2 研究方法

2.1 样地设置

2015年5月,通过对荔波喀斯特生态站已布设固定样地的踏查,根据植被类型分布,并结合其典型性、代表性以及便利性等原则,分别选择了3个顶极群落和3个乔林群落,新增了3个灌木灌丛群落和3个草本群落；共计12个固定样地[6]。各样地具体位置见(图1)。

图1 固定样地位置示意图

2.2 样地调查

每个固定样地的经纬度、海拔和坡向等因子利用GPS测量,坡度利用罗盘仪读取,坡位、岩石裸露率以及乔木层郁闭度、灌草盖度等采用目测法估测。各固定样地内乔木层调查采用每木检尺法(主要针对胸径5 cm以上的植物),灌木和草本层调查采用样方法,测量并分别记录其物种名称、株数、胸径(或地径)、高度(或长度)、冠幅、郁闭度(或盖度)等因子[5- 6]。各固定样地基本情况见(表1)。

表1 固定样地基本信息[5- 6]

2.3 样品采集、处理及测定

采集时间：按植物不同的生长阶段,即秋末冬初,常绿树种的生长末期或落叶树种的落叶期(Ⅰ)；春末夏初,常绿树种的生长盛期或落叶树种的生长期(Ⅱ),对各固定样地内的乔木层、灌木层和草本层等不同群落层次植物于2015年10—11月和2016年5—6月分别进行了两次取样[5]。

采集方法：乔木层树种根据其重要值按优势树种分不同径阶(DBH<7.5 cm、7.5 cm≤DBH<22.5 cm和DBH≥22.5 cm)分别进行取样(1株树为1个重复),用高枝剪剪取冠层不同部位的枝条,采摘枝条上完全伸展、无病害、完整且不带叶柄的叶片,充分混合均匀后,采用四分法(样品量不少于30片),密封好后置于便携式冷藏箱中备用。灌木层和草本层植物按优势种分别进行取样；灌木层每种植物以2—3株的混合样为1个样品(采集方法与乔木层相同)；高大草本或蕨类植物以5—7株(丛)混合样为1个样品,低矮草本或蕨类植物以不少于300 g新鲜样为1个样品(直接用剪刀剪取新鲜、完整并充分展开的叶片)。如样地内无对应径阶样株或数量不足的可在样地外采集补充[5]。

样品处理及测定：样品的制备参考《LY/T 1211—1999》和《LY/T 1267—1999》；样品C含量的测定采用重铬酸钾氧化—外加热法《LY/T 1237—1999》,全N测定采用凯氏消煮法—扩散法《LY/T 1269—1999》,全P测定采用钼锑抗比色法《LY/T 1270—1999》,全K测定采用火焰光度法《LY/T 1270—1999》[26]。

2.4 数据处理

本研究的数据绘图及统计分析均采用Excel 2010和SPSS 22.0软件实现。

数据的正态分布性采用K-S(Kolmogorov-Smirnov test)检验；数据在进行相关统计分析时,应首先将其进行对数转换(即：ln(x+1)),以满足ANOVA假设和正态分布[5- 6,17]；数据在进行多重比较时,需对其进行方差齐性检验,如齐性则采用LSD法,如非齐性则采用Tamhane′s T2法[5- 6,17]。数据在进行线性或非线性模型拟合时,最优拟合模型按相关系数(R2)的大小来确定。

3 结果与分析

3.1 物种组成

本研究共采集植物样品68种计381份(表2),其中：生长阶段Ⅰ,191份；生长阶段Ⅱ,190份；分属40科62属。按植物不同生活型可划分为乔木(常绿乔木、落叶乔木)、灌木(含藤状灌木、攀援灌木和藤本植物)和草本(含蕨类植物),其中：常绿乔木17种、落叶乔木9种、灌木26种、草本16种；按植物不同系统发育可划分为种子植物(双子叶、单子叶植物)和蕨类植物,其中：双子叶植物54种、单子叶植物10种、蕨类植物4种。占比重较大的科则分别是禾本科8种、樟科7种、蔷薇科4种、桦木科3种和荨麻科3种,分别占总种数的11.76%、10.29%、5.88%、4.41%和4.41%。

表2 68种典型植物名录[5]

3.2 植物叶片C、N、P、K含量的统计特征

茂兰喀斯特区68种典型植物叶片养分含量的统计特征见图2。该区域植物叶片C、N含量的偏度值均小于1,而P、K含量的均大于1,但经K-S检验,均不符合正态分布(P<0.05),可用几何平均值来反映样本的总体分布情况。C含量309.57—573.21 g/kg,几何平均值445.87 g/kg,分布相对集中,400.00—499.99 g/kg占75.59%,309.57—399.99 g/kg占13.39%,500.00—573.21 g/kg占11.02%。N含量5.01—41.62 g/kg,几何平均值17.32 g/kg,66.93%分布于10.00—19.99 g/kg,27.82%分布于20.00—29.99 g/kg,<10 g/kg和>30 g/kg分别仅占2.89%和2.36%。P含量0.56—5.79 g/kg,几何平均值1.35 g/kg,0.56—0.99 g/kg占26.51%,1.00—1.99 g/kg占57.74%,>2.00 g/kg占15.75%。K含量2.50—39.11 g/kg,几何平均值9.86 g/kg,2.50—9.99 g/kg占56.43%,10.00—19.99 g/kg占31.23%,20.00—29.99 g/kg占8.14%,>30 g/kg仅占4.20%。从变异系数来看,C作为植物体的骨架,变异系数最小,属弱变异性；其次为N,属中等变异性；P和K的变异系数最大,均属强变异性。

图2 植物叶片养分含量的频率分布[5]

3.3 不同生活型植物叶片的C、N、P、K含量

由表3可知,各生长阶段不同生活型间植物叶片养分含量的差异均显著,其中：C含量以灌木最高、乔木次之、草本最低,且草本与灌木间存在显著差异(P<0.05)；N、P和K含量则依次为草本、灌木和乔木,且乔木的N、P含量与草本的差异均显著(P<0.05),而K含量在乔木、灌木、草本相互间差异均显著(P<0.05)。另外,各生长阶段落叶乔木的C、K含量均要低于常绿乔木,且差异显著(P<0.05)；而N、P含量不同生长阶段则存在不一样的变化规律。不同生长阶段间,各生活型植物叶片的养分含量均表现为Ⅱ>Ⅰ,且乔木和灌木的P、K含量不同生长阶段间的差异均显著(P<0.05)。

表3 不同生活型植物叶片的C、N、P、K含量比较[5]

3.4 不同系统发育植物叶片的C、N、P、K含量

由表4可知,生长阶段Ⅰ蕨类植物的C含量要稍低于种子植物,而生长阶段Ⅱ的则正好相反；N、P、K含量则均表现为蕨类植物要显著高于种子植物(P<0.01)。各生长阶段单子叶植物的C、P和K含量均要高于双子叶,而N含量则正好相反。从不同生长阶段来看,蕨类和种子植物各元素含量均表现为Ⅱ>Ⅰ；T检验结果显示,蕨类植物各元素含量不同生长阶段间其差异均不显著(P>0.05)；而种子植物除N含量以外,其余元素含量不同生长阶段间差异均显著(P<0.05)；单子叶植物的K含量以及双子叶植物的C、P和K含量不同生长阶段间差异均显著(P<0.05)。

表4 不同系统发育植物叶片的C、N、P、K含量比较[5]

3.5 植物叶片化学计量特征的频率分布

从图3可以看出,该区域植物叶片的C∶N、C∶P和N∶P其偏度值都小于1,而N∶K、P∶K和C∶K的都大于1,经K—S检验,仅C∶N符合正态分布(P>0.05),可用算术平均值反映样本的总体特征,其余均不符合(P<0.05),可用几何平均值反映样本的总体特征。C∶N为11.06—57.39,算术平均值26.93,11.06—19.99占22.11%,20.00—29.99占45.20%,30.00—39.99占24.74%,40.00—57.39占7.89%。C∶P为58.20—886.69,几何平均值330.93,有超过50%主要分布于250.00—450.00。C∶K为9.94—217.80,几何平均值45.22,95%以上主要分布于10.00—99.99。N∶P为3.57—30.88,几何平均值12.85,其中：<14的占51.71%,14—16占17.32%,>16占30.97%。N∶K为0.38—6.31,几何平均值1.76,有近70.00%主要分部于1.00—2.99。P∶K为0.035—0.555,几何平均值0.137,75%以上主要分部于0.060—0.220。从变异系数来看,C∶N、C∶P、N∶P和N∶K均属中等变异性,而C∶K和P∶K均属强变异性。

图3 植物叶片各元素化学计量比的频率分布[5]

3.6 不同生活型植物叶片的化学计量特征

由表5可知,各生长阶段不同生活型植物叶片的C∶N、C∶P、C∶K、N∶K和P∶K均表现为乔木>灌木>草本,且乔木与草本间差异极显著(P<0.01)；N∶P也均表现为乔木>灌木>草本,其中：生长阶段Ⅰ,乔木的N∶P大于16,灌木的介于14—16之间,草本的小于14,且不同生活型相互间差异均显著(P<0.05)；生长阶段Ⅱ,乔木、灌木和草本的均小于14,但相互间差异均不显著(P>0.05)。各生长阶段常绿乔木的C∶N和C∶P均要高于落叶乔木,且生长阶段Ⅰ两者间的差异均达到显著(P<0.05)或极显著水平(P<0.01)。C∶K、N∶K和P∶K则均表现为落叶乔木大于常绿乔木,且除了Ⅰ的C∶K差异不显著以外(P>0.05),其余均达到显著(P<0.05)或极显著差异(P<0.01)。生长阶段Ⅰ常绿乔木的N∶P(16.27±4.15)要稍高于落叶乔木的(15.76±4.65),生长阶段Ⅱ的则正好相反,常绿乔木和落叶乔木的分别为12.25±4.15和13.56±5.37,但其差异均不显著(P>0.05)。不同生长阶段间,乔木、灌木和草本的C∶N和P∶K其变化程度都不大(P>0.05),而C∶P、C∶K、N∶P和N∶K则均表现为Ⅰ>Ⅱ。

表5 不同生活型植物叶片各元素化学计量比[5]

3.7 不同系统发育植物叶片的化学计量特征

由表6可知,不同系统发育蕨类植物各元素的化学计量比在Ⅰ和Ⅱ均要低于种子植物,且差异均达到显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)水平,其中：蕨类植物的N∶P在Ⅰ和Ⅱ分别为10.90±3.43和10.33±3.68,而种子植物的则分别为15.39±4.79和12.65±4.47。按单子叶和双子叶植物来比较,双子叶植物的C∶N在各生长阶段均要低于单子叶,而C∶K、N∶P、N∶K和P∶K则正好相反,且均达到显著(P<0.05)或极显著差异(P<0.01)。从不同生长阶段来看,蕨类植物各元素化学计量比不同生长阶段间的差异均不显著；种子植物的C∶N和P∶K不同生长阶段间亦无明显差异(P>0.05),而C∶P、C∶K、N∶P和N∶K则均表现为生长阶段Ⅰ>Ⅱ。

表6 不同系统发育植物叶片各元素化学计量比[5]

3.8 植物叶片养分含量与化学计量特征的关系

茂兰喀斯特区68种植物叶片的C与N含量呈极显著的负相关(P<0.01),而与P、K含量则无明显相关性(P>0.05)；N与P、K含量以及P与K含量则均表现为极显著的正相关(P<0.01)。N含量与C∶P和C∶K,P含量与C∶N、C∶K和N∶K以及K含量与C∶N、C∶P和N∶P间均存在极显著的负相关(P<0.01)。通过进一步的模型拟合(图4),发现它们之间均呈非线性函数关系,其中：P含量与C∶N为幂函数关系,K含量与C∶N为指数函数关系,其余则均为二次函数关系。

图4 植物叶片养分含量与其化学计量特征间的相互关系[5]

4 结论与讨论

4.1 植物叶片的养分含量

对比其他地区研究结果(表7),该研究区域68种典型植物叶片的C含量(448.2 g/kg)要远高于阿拉善地区的379.0 g/kg[17],但要低于黔中喀斯特区的515.6 g/kg[27],与广西桂林喀斯特区的456.2 g/kg[28]、国内其他地区(均介于438.3—458.2 g/kg之间)[29- 32]以及全球的平均水平464.0 g/kg[33]基本持平。

表7 本研究植物叶片的化学计量特征与其他地区研究结果的比较[5]

N和P作为高等陆生植物生长的主要限制性元素,有研究表明我国陆生植物叶片的N、P含量分别为20.20 g/kg和1.46 g/kg[34],其中N含量与全球陆生植物的平均水平相差无几,但P含量则均要低于Elser(1.99 g/kg)[33]和Reich(1.77 g/kg)[35]等在全球尺度上的研究结果；由此表明P素是限制我国陆生植物生长的主要元素。郑淑霞[30]和任书杰[36]等则分别通过对我国黄土高原以及东部南北样带植物叶片养分含量的研究,亦论证了上述观点。而本研究植物叶片的N含量(18.1 g/kg)较全国[34]和全球[33,35]的平均水平都要低,亦低于黄土高原[30]、云南普洱[32]、青藏高原[37]、松嫩草地[38]、北方荒漠[39]和北京及北京周边[19]等地的研究结果,较罗绪强等[25]对该区域常见钙生植物的研究结果则相差更远(其原因可能是物种数量、种类及取样时间等因素的差异而导致)；但要高于浙江天童[29,40]、南昌大学[41]以及阿拉善[17]和安徽石台[31]等地的研究结果,亦高于湘西南石漠化区的12.9 g/kg[42]；是广西桂林喀斯特区的2倍以上[28]；与我国北方温带草原和青藏高原[43]以及东部南北样带[36]、黔中喀斯特区[27]的研究结果较为接近；表明该区域植物的生长可能易受N素的限制[5]。本研究植物叶片的P含量(1.49 g/kg)与全球尺度[33,35]以及我国其他地区[19,30,36- 39,41]相比要明显偏低,但与我国陆生植物的平均水平基本一致[34],稍高于我国其他喀斯特区的研究结果[27- 28,42],进一步论证了在低纬度区植物生长易受P素的限制[21]。综上所述,与大多数陆生植物的研究结果一致,茂兰喀斯特森林植物的生长也易受N、P素的双重限制[5]。

有研究表明,K与植物自身的抗性关系密切,在其生理生化过程中也扮演着极为重要的角色[18]；但笔者查阅了大量文献资料,发现与其他元素相比对K元素的研究甚少。该区域植物叶片K的平均含量为11.58 g/kg,与黔中喀斯特区的12.25 g/kg[27]较为接近,要稍高于滇池流域富磷区的10.54 g/kg[18]。究其原因,喀斯特地貌上小生境类型多样,岩石裸露率极高,土层浅薄以及水分和养分的供应保存能力差,生态系统脆弱,而植物在如此严酷的生境中,会选择性地富集、吸收更多的K元素来提高自身对环境的抵抗力[5,18]。

已有较多研究表明[18,28],植物叶片的C与N、P含量呈显著的负相关,而N与P含量则呈显著的正相关,体现了植物叶片属性间的经济策略[8,17]。在本研究中,植物叶片养分含量间的相互关系与上述观点则稍有不同,表明了喀斯特森林植物在固C过程中对N、P的养分利用率在权衡策略上存在差异[5],当然这也可能与喀斯特森林特殊的生境有关[25]；而N、P含量间高度的相关性,则体现了其含量变化的相对一致性[36]。

4.2 植物叶片的化学计量特征

植物叶片的C∶N和C∶P可反映其自身的生长速度,并可表明与N、P养分利用效率的相关性[4- 5,19]。本研究植物叶片的C∶N(26.9)、C∶P(361.1)较全球平均水平[33]以及我国黄土高原地区[30]的都要高(其原因主要是由于该区域植物叶片N、P含量较低所致[5])；但要低于黔中[27]和广西的喀斯特区[28]以及安徽石台[31]和阿拉善[17]等地的研究结果。由此表明,研究区域的不同致使植物的C∶N和C∶P存在较大的变异性,即使地貌类型一致,小生境类型的多样性以及植物对N、P养分利用效率的不同致使其变异性也很大[5,36]；另外,也有研究表明其变异性较大的原因可能是由于较小的研究尺度所致[17]。

植物生长过程中对N、P元素的缺乏往往能体现在其叶片的N∶P变化上,因此N∶P可作为其限制性养分元素的判别依据[12,20- 21]。本研究植物叶片的N∶P介于14—16之间,平均值13.7；与我国青藏高原[37]以及全球尺度上的[35]平均水平极为接近(其值分别为13.9和13.8)；与罗绪强等对该区域常见钙生植物的研究结果[25]以及我国陆生植物的平均水平[34]差距较大(其值分别为27.9和16.4)；但要高于我国其他喀斯特区的研究结果[27- 28,42]。根据本研究植物叶片的N、P含量和N∶P,并基于Koerselman等[45]提出的N∶P的阈值范围,结合与其他地区以及全国和全球尺度上的比较结果,认为茂兰喀斯特森林植物的生长易受N、P素的双重限制[5]。另外,我们还依据Venterink等[46]提出的N∶K和K∶P的阈值范围,对该区域植物叶片的N∶K和K∶P(通过P∶K换算而来)进行判别,其结果与N∶P的较为一致[5]。

不同功能(类)群植物由于生活史、形态结构以及生理机制等遗传特性方面的分歧,致使其在对生态系统功能影响、资源利用效率等方面也存在较大差异[39],而这种差异则可能在其叶片的化学计量特征上有所体现[45]；同时这也是植物为适应外界环境的一种生存策略[47]。Reich[35]和Wright[47]等通过研究得出,生长快且生命周期短的植物其体内的N、P含量要高于生长慢且生命周期长的。本研究中,草本植物的N、P、K含量均要高于灌木和乔木,而C含量及其化学计量比较灌木和乔木的则要低；此结论进一步论证了上述观点,同时也主要是由于草本作为群落内的下层植物,其根性分布较浅,对表层土壤元素特别是P素的利用率较高,加之其在凋落前有较高的P素的转移率(能够更充分地利用叶片中的P素来满足自身的需求),也就导致其在生长过程中受N素的限制较P素要强[5,48]。另外,本研究中落叶乔木的C、K含量及C∶N和C∶P较常绿乔木的都要低,N、P含量和N∶P在不同生长阶段则有不同的变化趋势,而C∶K、N∶K和P∶K则均表现为：落叶乔木>常绿乔木,此与郑淑霞[30]和韩文轩[34]等人的研究结果基本一致；这主要是因为常绿乔木的植物叶片较落叶乔木有更长的生命周期、光合时间和养分驻留时间(即需消耗大量能量对其叶片结构进行支撑和保护)以及更高的养分利用效率[49],而落叶乔木则具有更高的光合速率以及凋落物分解率和养分重吸收率[5,44]。

按植物不同系统发育来比较,本研究种子植物的N、P和K含量较蕨类植物的均要显著偏低(P<0.05),而各元素化学计量比则正好相反；此与中国东部南北样带的研究结果[36]差异较大。按单子叶和双子叶植物来划分,单子叶植物的C、P、K含量以及C∶N均要高于双子叶,而N含量及其余化学计量比则均表现为双子叶植物要高于单子叶；此与阿拉善地区的研究结果[16]亦存在一定差异。究其原因,一方面可能是由于环境因子以及研究尺度的不同而导致；另一方面也可能是因为物种种类、数量(本研究蕨类植物仅采集了4种)以及群落类型等差异所造成[5]。但这也正好从另一个侧面反映了植物养分含量在系统发育学方面的差异[36]。

“生长速率理论”作为生态化学计量学的具体理论之一,提出生长速率高的植物其体内的N、P含量较高而C∶N、C∶P和N∶P较低[3,33]。本研究中,草本植物的N、P含量较乔木和灌木的都要高,而C∶N、C∶P和N∶P较乔木和灌木的则要低,因此其生长速率较高。从不同生长阶段来看,生长期或生长盛期(Ⅱ)各功能(类)群植物叶片的养分含量均要高于落叶期或生长末期(Ⅰ),而C∶P、C∶K、N∶P和N∶K较落叶期或生长末期(Ⅰ)则均要偏低(蕨类植物除外)；以上这些在一定程度上都是“生长速率理论”的体现。同时也表明,不同生长阶段(或取样时间)即使是同一植物其体内的N、P含量及化学计量比差异也很大,而这则是物种进化过程中不同功能(类)群植物对养分利用策略分异特征的体现[5,15]。另外,通过研究我们也发现,该区域不同功能(类)群植物的C∶N、P∶K在生长阶段Ⅰ和Ⅱ其变化都很小,一定程度上都保持在一个较稳定的状态,而这则可能与生态化学计量学的“内稳态理论”相符[5]。

通过以上论述,我们认为茂兰喀斯特森林植物在生长过程中易受N和P素的双重限制,但又因不同的功能(类)群以及不同的生长阶段其受限元素又存在一定差异[5]。从不同生活型来看,乔木和灌木在生长期或生长旺期易受N素的限制,在落叶期或生长末期则易受N、P素的双重限制,且P素的作用相对更强；草本植物在各生长阶段均易受N素的限制。从不同系统发育来看,双子叶植物在落叶期或生长末期易受N、P素的双重限制,但P素的作用更大,在生长期或生长旺期则主要受N素的限制；单子叶和蕨类植物在各生长阶段则均易受N素的限制。当然,我们也发现用一个统一的标准来衡量植物生长过程中的限制性养分元素可能并不合适[12],其叶片的N∶P通常会由于不同的研究尺度和研究区域、不同的地貌类型和群落类型以及不同的植物种类(种间、种内)和植物器官而存在较大差异,导致其N∶P阈值范围难以确定[20]；另外,不同的生态系统其限制性养分元素的判别标准差异也很大[12]。所以,必须结合施肥实验,在彻底弄清N∶P等指标的适用性因素及影响机制的基础上,才能对植物生长过程中的限制性养分元素进行科学合理的判别[12]。因此,探讨生物、环境等因子对植物养分循环利用的影响以及植物—凋落物—土壤连续体间的相互作用机制是未来工作的重点[5]。