论文部分内容阅读
植物的养分特征和叶片特征均反映了植物保持和利用养分的能力,在一定程度上决定了植物在群落中的优势地位,调控了群落的结构和功能。了解植物养分和叶片特征对氮(Nitrogen,N)沉降及降水变化的响应,将有助于深入理解全球气候变化背景下,植物的养分利用策略及其对群落结构的调控过程。本研究以黄土高原典型草原为研究样地,对其实施长期N处理试验(0,1.15,2.3,4.6,9.2,13.8 gN · m-2 · yr1 6个梯度),研究了主要植物种养分和叶片特征及重要值沿N处理梯度的变化,同时结合建群种长芒草(Stipa bungeana)人工种植小区的水和N处理试验(N处理梯度:同上;水处理梯度:多年平均降水量和平均降水量的1.3倍),探讨了长芒草养分特征对水和N处理的响应格局。以期了解植物养分和叶片特征对植物群落的调控作用及其机制,主要结论如下:1)5种植物绿色组织N:P计量比在13.91-15.94之间,且无种间差异,其生长均受N和P的共同限制。禾本科植物的C:Ngr和C:Pgr均高与非禾本科,具有更高的养分生产力;养分回吸收效率为禾草类长芒草(NRE,78.52%;PRE,79.06%)显著高于其它4种植物。物种重要值与其养分计量特征和回吸收效率呈显著正相关关系,而与其叶片SLA大小无显著相关关系。表明研究区植物的群落结构主要受养分特征的调控,叶片特征对其影响不大。2)连续3年氮素处理改变了植物的养分和叶片特征。N处理增加了 5种植物绿色组织和枯黄组织(除达乌里胡枝子)的N含量,长芒草、赖草(Leymus secalinus)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、阿尔泰狗娃花(Heteropappusaltaicus)和达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)绿色组织的N含量分别由N0的14.11、16.00、17.17、21.53 和 23.94mg· g-1 增加到N13.8的 21.71、23.13、25.77、26.58 和 27.15 mg·g-1,长芒草、赖草、糙隐子草和阿尔泰狗娃花枯黄组织的N含量分别由N0的 3.05、9.28、11.18 和 11.36 mg· g-1 增加到 N13.8 的 7.17、13.84、14.32 和 15.83 mg · g-1。N处理降低了 5种植物绿色组织和枯黄组织(除达乌里胡枝子)的C:N计量比,对其P含量和C:P计量比无显著影响,增加其N:Pgr、增强磷对5种植物的相对限制作用。沿N处理梯度增加,不同植物种的N回吸收效率(NRE)响应不同,长芒草和阿尔泰狗娃花降低,达乌里胡枝子增加,赖草和糙隐子草无显著变化;各种植物的P回吸收效率(PRE)均无显著变化;各植物种的叶片SLA显著增加,长芒草和赖草的叶片寿命降低。3)连续3年氮素处理,影响了植物的群落结构。N处理增加长芒草和赖草的重要值,降低糙隐子草、阿尔泰狗娃花和达乌里胡枝子的重要值。在N处理梯度上,物种重要值与其养分计量和回吸收特征呈显著正相关关系,但与其叶片特征无显著相关关系。这表明,在黄土高原典型草原,N沉降可能是主要通过改变植物的养分特征而非叶片特征来调控群落结构的变化,且随着N沉降量的增加,植物绿色和枯黄组织的C:N计量比对群落结构的调控作用在增强。4)水氮互作改变了长芒草叶片比叶面积(SLA)、分蘖数和生物量。高水处理下,营养枝和生殖枝的叶片SLA随N处理梯度的增加而增大,低水处理下仅在较高N处理(N9.2)显著高于对照;水和N处理对营养枝叶片SLA有显著交互作用。高水处理下,长芒草营养枝和生殖枝的分蘖数和生物量仅在较高N处理下显著增加,地下生物量无显著变化,根冠比降低;低水处理下,长芒草生殖枝的分蘖数和生物量在高N处理(N13 8)下显著高于对照,而其营养枝的分蘖数和生物量、地下生物量及根冠比均无显著变化;高水和低水处理下,N处理对生殖枝的影响均大于营养枝,增加生殖分配,植物生活史的生殖阶段对N沉降的响应比营养阶段更敏感。水和N处理对长芒草的生殖枝、营养枝、地上及总生物量均存在显著交互作用。5)水氮互作改变了长芒草的养分特征。高水和低水处理下,N处理均增加地上绿色组织的C、N和P含量,降低其C:N和C:P计量比,对其N:P计量比无显著影响;增加地上枯黄组织的C和N含量,降低其C:N计量比,对其P含量、C:P和N:P计量比无显著影响。与低水处理相比,高水处理下,N处理对地上绿色和枯黄组织的N含量和C:N计量比影响较大,对其P含量和C:P计量比影响较小。水和N处理对长芒草地上组织除绿色和枯黄组织的P含量及枯黄组织的C:P和N:P计量比外的各养分特征均存在显著交互作用。6)水氮互作也改变了长芒草的种子萌发和幼苗生长特性。高水处理下,N处理对种子的出苗速率、累计出苗率和保苗率均无显著影响;低水处理下,使其均增加;高水和低水处理下,N处理均增加幼苗的根长,对苗长无显著影响。高水处理下,N2.3显著增加幼苗的根重和根重/苗重,N处理对其苗重和整株重无显著影响;低水处理下,N处理对幼苗的根重、苗重、整株重及根重/苗重均无显著影响。水和N处理对种子的出苗速率及幼苗的株高、苗重和整株重均有显著交互作用。