氮沉降对长白山苔原带竞争植物的生理生态特性的影响比较

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本文以长白山苔原带优势种牛皮杜鹃和侵入植物小叶章为研究对象,在长白山西坡苔原带开展了为期两年的人工模拟氮沉降实验,通过对比两者之间生理生态特征的变化来探讨氮沉降的增加对原生植物和侵入植物的生长以及种间关系的影响,对于揭示在全球氮沉降增加的大背景下侵入植物对原生植物群落的影响以及侵入植物的适应和扩散机制具有重要意义。主要得出以下结论:(1)氮添加改变植物的生长形态特征,对植物生长既有促进,也有抑制。氮添加增加了牛皮杜鹃的干重、叶厚度以及茎粗,但降低了叶面积、比叶面积和茎的年生长量;氮添加增加了小叶章的比叶面积,但对小叶章的叶长、叶宽、叶厚度、叶面积、干重、茎粗和株高均起到抑制作用。随着氮添加的增加,促进作用减弱,抑制作用加强。牛皮杜鹃和小叶章受到氮添加影响程度不同,牛皮杜鹃作为一种多年生常绿灌木,生长缓慢,对环境突变的耐受能力强,氮添加对牛皮杜鹃的作用较弱;小叶章生长速度快,对氮添加敏感,少量的氮添加促进小叶章生长,随着氮添加的增加,小叶章受到的抑制作用更为强烈。中浓度的氮添加对牛皮杜鹃未产生显著性影响,而小叶章受到明显抑制。高浓度的氮添加使得牛皮杜鹃叶片向着更小、更厚、组织结构更紧密的方向发展,而小叶章的叶片向更薄,组织密度更小的方向变化。(2)氮添加改变了植物的生理过程。氮添加使得牛皮杜鹃和小叶章茎的氮含量迅速提升,叶片氮含量变化不明显。可见当氮元素受到限制时,牛皮杜鹃和小叶章均优先保证对叶片的供给;而茎的氮含量的增加也会影响到植物对其他营养元素的吸收作用:牛皮杜鹃体内更多的光合产物被固定,从而碳含量增加,小叶章体内碳含量没有受影响。较低浓度的氮添加有利于促进小叶章对磷的吸收,而高浓度的氮添加则会起到抑制作用。氮添加没有明显影响到叶片可溶性糖含量,而茎可溶性糖含量显著下降,可见影响到了可溶性糖由叶片向根的运输过程。高浓度的氮添加使小叶章磷含量明显下降,而牛皮杜鹃无显著变化;高浓度的氮沉降下小叶章的可溶性糖含量下降而牛皮杜鹃增加。(3)牛皮杜鹃和小叶章之间存在明显的竞争关系,小叶章入侵显著抑制了牛皮杜鹃的生长,且入侵程度越严重对牛皮杜鹃的抑制作用越明显;而对自身影响不大,超过一定密度范围,才会出现抑制自身生长的现象。而氮添加改善了原有的养分条件,少量的氮添加促进小叶章生长明显。尤其是重度入侵下,氮添加使小叶章摆脱了氮限制。在与牛皮杜鹃的竞争中明显处于优势地位。(4)氮添加和草本入侵的交互作用比单一的氮添加或入侵处理对抑制牛皮杜鹃的生长更明显,而草本入侵一定程度缓解了高浓度的氮添加对小叶章所产生的消极影响。(5)可见,在氮沉降水平持续增长但不发生突变的前提下,氮沉降通过改变牛皮杜鹃和小叶章的生长形态特征和生理过程,增加了入侵植物小叶章的竞争优势,且随着小叶章比例的增加,小叶章的竞争优势不断强化。长白山灌木苔原势必草甸化。即使在未来氮沉降水平显著增加,小叶章生长受到抑制,但在小叶章密度较大的区域,抑制作用有限。
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