文献综述
Stoichiometry 是一个化学术语, 它起源于希腊语的两个词汇“stoicheion”和“metron”, 中文含义分别为“元素”和“测量”, 因此, stoichiometry 意为“测量元素的科学”, 在化学中称为化学计量学。化学计量学是指研究参加化学反应的物质量或者是化学反应产物质量的科学, 它最早由 Richter 在 1792 年提出, 主要处理物质转换和化学反应中物质的质量间关系问题, 重点强调物质的化学成分与结构关系, 如化学反应的质量、原子量、分子量和百分比计算。作为化学反应方程中的系数,摩尔比( Molar ratio) 在解决化学计量问题中占有中心位置。
化学计量学主要原理包括: 1) 定比定律(Law of constant composition, 也称作 Law of definiteproportions) , 其内涵为, 每种化合物都有完全确定的组成; 2) 倍比定理( Law of multiple proportions) , 其内涵为, 不同的元素化合时, 这些元素的原子按简单整数比结合成化合物; 3) 质量守恒原理( Mass conservation principle) , 其内涵为, 参加化学反应物质的原子种类和数量与化学反应产物的原子种类和数量保持不变。
在生态学背景下, 生态化学计量学结合了生态学和化学计量学的基本原理,是研究生物系统能量平衡和多重化学元素( 通常是 C、N、P、O、S)平衡的科学, 它是分析多重化学元素的质量平衡对生态交互作用影响的一种理论。生态化学计量通常指的是有机体的元素组成, 主要强调的是活有机体的主要组成元素( 特别是C、N、P) 的关系[1]。
无论是植物个体水平, 还是生态系统水平, C、N、P都是相互作用的。研究其中一个元素在生态学过程中的作用, 必须同时考虑其他元素的影响。生态化学计量学为研究C、N、P等主要元素的生物地球化学循环和生态学过程提供了一种新思路。在植物的个体水平上, C、N、P的组成及分配是相互联系、不可分割的一个整体, 它们的相互作用及与外界环境的关系共同决定着植物的营养水平和生长发育过程。通常可以把C或N作为植物资源分配的“货币(currency)”来看待, 不同器官和组织之间相互作用的结果就是分配多少C或N到特定部位, 以协调整体的生长发育过程[2]。
- N、P 是植物体的主要组成元素，N、P 也是陆地生态系统生产力最重要的 2 个限制元素，在植物生长、发育、群落组成以及生态系统结构和功能等方面发挥着重要的作用。N∶P不仅是决定植物群落结构和功能的关键性指标，也可以作为对生产力起限制性作用的营养元素指示剂，而 C∶ N、C∶ P则反映了单位养分的生产力，即养分利用效率[3]。
肥料是植物生长发育所必需的矿物质营养来源， 直接决定着作物产量。 为了获得作物高产， 施肥是农业生产的必需措施， 其中最普遍的是施加氮肥。 氮作为生命元素， 作物缺乏后其叶面积减小、光合速率降低、植株发育受阻，最终导致减产[4]。
毛竹是优良的速生用材和经济树种, 它具有生长快、成材早、材质好、用途广、经济价值高等许多优点。研究表明, 毛竹集约经营后增产潜力很大, 但由于每年( 度) 竹、笋的采伐, 林地将损失大量的养分元素。因此, 在毛竹的适生区通过平衡施肥及时合理补充毛竹生长所需的各种养分元素是毛竹林丰产、稳产的必要措施之一[5]。
氮素施肥能极显著提高毛竹冬笋和春笋产量，并且施肥后新竹胸径显著增加，毛竹的竹材产量也显著提高。另外在氮素施肥后，1年生和3年生毛竹叶片的净光合速率明显高于对照。说明氮元素的重要性[4]。
竹子具有独特的化学计量内平衡特征, 其叶片C:N:P平均值为380:16:1;竹子器官、年龄、发育阶段等内在因素和土壤、气候、采伐等外部环境都会影响竹子化学计量内平衡; 竹子生态化学计量变化会影响开花结实、发笋成竹、养分吸收、光合作用、克隆扩张、群落发展等生理生态学过程, 也影响到竹材(笋)数量与品质的形成;生态化学计量学原理已初步用于指导竹林养分诊断、平衡施肥和优质高产培育等生产实践。可见竹子生态化学计量学可将竹子生物特性、生态过程和生产经营紧密联系起来[6]。
