外来入侵植物(紫茎泽兰、飞机草)氮、磷吸收能力初步研究

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自工业化以来,人类活动直接或间接地改变着地表植被生态系统的生物地球化学过程、结构和功能。地表活性氮富集和生物多样性丢失已经成为不可逆转的全球性环境问题。研究外来入侵植物与本地植物群落对生境资源的利用能力和机制一直是入侵生态学的热点问题之一。植物和土壤氮(N)、磷(P)含量和化学计量特征不仅能够反映受侵生态系统的N、P营养状态,还能洞察不同功能型植物的N、P吸收和利用能力,为把握外来植物的入侵规律、本地植物的共存或消失机制提供基础科学依据。本论文以西南地区典型外来入侵植物(飞机草Chromolaena odorata(L.)R.M.King&H.Rob、紫茎泽兰Ageratina adenophora(Spreng.)R.M.King&H.Rob)及其共存的本地植物为研究对象,探讨不同入侵条件下生态系统的N、P营养状况和植物N、P吸收能力。  在云南省西双版纳孔明山研究区,调查了无入侵、不同飞机草和紫茎泽兰入侵程度(按入侵种在单个样方中的生物量比例划分)下的物种数量和地上生物量,分析了主要植物的叶片碳(C)、N、P含量和N/P值、土壤总N、总P、有效P、铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)含量,并通过植物地上生物量数据和植物叶片C、N、P含量分析了植物叶片C、N、P总量随入侵程度的变化。  结果显示,植物群落地上生物量随飞机草和紫茎泽兰入侵程度增加,本地植物种数显著减少。飞机草和紫茎泽兰的叶片N、P平均含量无显著差异,但均显著(P<0.05)高于无入侵下的本地植物和与其共存的本地植物N、P平均含量。两种入侵植物的N、P含量均随它们占样方总生物量的比例而升高,本地植物N含量也呈现相似的变化趋势。当对比入侵和无入侵下的同种植物,发现80%以上的本地种叶片P含量呈降低趋势,N含量和N/P呈升高趋势。根据叶片N、P绝对含量和N/P值及其随入侵的变化规律,我们推断这些外来种入侵可能增加了本地土壤中的植物可利用N,尽管从N含量和N/P看本地植物仍然受N限制。另外,入侵植物N、P含量非常高,而且N/P值10与其具有较高的P吸收能力(相对于N吸收)有关。紫茎泽兰入侵下土壤总P、有效P和NH4+-N含量高于无入侵下土壤总P、有效P和NH4+-N含量,飞机草入侵下NH4+-N含量亦高于无入侵下土壤NH4+-N含量,但土壤总N和NO3--N含量在入侵与无入侵下并无显著差异。通过对土壤溶解态N含量之间的相关性分析,支持外来植物入侵可能提高了土壤N的矿化、硝化速率的假设。飞机草、紫茎泽兰叶片P含量及其入侵下的本地植物叶片P含量均与土壤有效P含量呈正相关,而飞机草叶片N含量与土壤NH4+-N含量呈负相关。通过计算植物地上C、N、P总量,入侵植物地上C、N、P总量显著(P<0.01)高于本地植物,并随入侵程度急剧增加,而本地植物叶片C、N、P总量则随入侵不断减小。  本研究清楚详细地揭示了紫茎泽兰和飞机草较强的N、P吸收能力,尤其比本地植物具有更强的P竞争能力,相同N水平下高P的土壤环境可能更有利于飞机草、紫茎泽兰成功入侵或加剧入侵。虽然入侵(相对于无入侵)稍微减弱了共存本地植物的N限制,但是入侵后土壤N、P营养可利用性随入侵程度增加促进外来植物生产力增加、以及部分不同本地植物N、P竞争性吸收能力低和偏好具有可塑性,这可能是造成本地物种多样性减少和生产力降低的原因之一。  尽管不同环境条件和入侵程度下、不同功能型植物的N、P吸收和利用机制还需要更详细深入的调查,但本研究定量描述了外来入侵植物较强的N、P吸收能力。全面理解其外来植物的入侵机制和把握其入侵的地理分布规律具有科学意义,尤其对从N、P营养学的角度有效、有针对性地防控入侵种蔓延、探索受侵生态系统的生物多样性恢复具有一定参考价值。
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