【摘 要】
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生物多样性与生态系统功能是生态学研究中的重要科学问题之一.植物物种多样性增加生态系统生产力已经被大量研究所证实.然而,关于物种多样性增加生态系统生产力的机制一直存在争议,是抽样效应(Sampling effect)、互补效应(Complementarity)还是种间促进作用(Interspecific facilitation)？存在争议的重要原因是种间促进的直接证据和机理研究很少.作者根据国内外
【机 构】
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中国农业大学资源与环境学院,北京,100193 美国明尼苏达大学生态、进化与行为学系
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生物多样性与生态系统功能是生态学研究中的重要科学问题之一.植物物种多样性增加生态系统生产力已经被大量研究所证实.然而,关于物种多样性增加生态系统生产力的机制一直存在争议,是抽样效应(Sampling effect)、互补效应(Complementarity)还是种间促进作用(Interspecific facilitation)？存在争议的重要原因是种间促进的直接证据和机理研究很少.作者根据国内外相关进展提出了种间根际效应可能是种间促进作用的机制之一的科学假设.本研究的目的就是通过田间原位采样结合室内温室实验的方法证实这一科学假设.先后对北美草原的Cedar Creek、内蒙古草原的锡林郭勒和沽源草原试验站的30个植物物种的根际效应进行了原位测定,分析根际土壤pH值、磷酸酶活性和有效磷等指标；在温室控制条件下采用专用装置[1个内室和6个外室分别用塑料膜分隔(无种间根系相互作用),用37μm尼龙网分隔(种间根际效应)和无分隔(种间地下部完全相互作用)],在内室种植1种磷获取能力强植物,在外室种植6个不同的磷获取能力弱的种,研究种间根系互作对生产力和磷吸收的影响.结果表明：1) 草原植物物种之间根际土壤pH存在显著的差异.在Cedar Creek低pH值土壤上,测定的8个物种中,Poa pratensis和Solidago rigida的根际pH比非根际高1.0个单位以上；Achillea miilefolium和Lupius perennis高0.5个单位,而Andropogon gerardi, Lespedeza capitata, Schizachyrium scoparium TSorghastrum nutans 等则没有显著变化；在内蒙古草原石灰性土壤上的22个物种中,柴胡(Umbelliferae Bupleurum)和扁蓿豆(Melissitus ruthenica)小叶锦鸡儿(Caragana microphylla),线叶菊(Filifolium sibiricum)等物种的根际pH显著低于非根际土,而星毛委陵菜(Potentilla acaulis)根际pH显著高于非根际.2) 草原植物物种之间根际土壤酸性磷酸酶活性也具有显著差异.在北美的Cedar Creek,Achillea millefolium和Lespedeza capitata根际土壤酸性磷酸酶活性是非根际土的4倍以上,Solidago rigida,Schizachyrium scoparium和Sorghastrum nutans是非根际土壤的3倍.在内蒙草原上,柴胡,扁蓿豆,线叶菊和星毛委陵菜表现出更高的根际酸性磷酸酶活性,而糙隐子草和大针茅则较低.3) 草原植物根际土壤中的有效磷也随物种的不同而有显著差异.在内蒙草原的根际土壤中的Olsen-P含量与土壤pH和酸性磷酸酶活性分别呈现显著的负相关(r=-0.285,n=105)和正相关0=0.5706,n=105).表明根际土壤pH值降低和磷酸酶活性增高是土壤磷活化的重要因素.4) 不同物种组合的温室试验结果证明：尼龙网分隔的人工群落相对根系全分隔处理增产率达16.8％％-45.7％.扁蓿豆的种间根际效应显著增加了糙隐子草磷吸收量、地上部磷利用效率及生产力,同时还促进了冰草的地上部和植株总的磷含量和生产力；线叶菊种间根际效应显著增加了冰草、羊草以及防风的磷吸收和生物量；菊叶委陵菜的种间根际效应也显著促进了羊草根系发育和植株总磷吸收量的提高,也对防风地上部磷浓度的增加有显著影响.综上所述,本研究证实了我们提出的科学假设,即多样性植物群落中,植物种间的根系相互作用的重要机制之一是通过根际环境的改变,对整个群落的生产力产生正的效应.为草原生态系统植物种间促进作用提供了直接证据.
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