模拟氮沉降对长白山苔原带灌草混合群落优势种生长特征的影响

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受氮沉降持续增加与土壤氮素不断累积的影响,草本植物小叶章(Deyeuxia purpurea)和尖被藜芦(Veratrum oxysepalum)持续上侵长白山苔原带,与原生灌木牛皮杜鹃(Rhododendron aureum)形成了种间竞争强烈的灌草群落。本文以牛皮杜鹃-小叶章群落(R.aureum-D.purpurea community)和牛皮杜鹃-尖被藜芦群落(R.aureum–V.oxysepalum community)为研究对象,设置4个氮添加水平,在野外进行氮沉降模拟试验,监测长白山灌草混合群落中优势种植物形态特征、叶片营养元素的吸收以及光合特性的差异,研究氮沉降背景下长白山苔原带植被的变化趋势,结果表明:(1)氮沉降对灌草混合群落中优势种形态特征的影响不同。氮沉降导致小叶章叶厚度、叶干重、株高增加,促进小叶章生长。低、中氮沉降水平对尖被藜芦生长的促进作用显著,高氮沉降水平则抑制。不同灌草混合群落中牛皮杜鹃形态特征对氮沉降的响应有差异,牛皮杜鹃-小叶章混合群落中,牛皮杜鹃叶厚度、叶干重、株高在低、中氮沉降水平下达到最大值;牛皮杜鹃-尖被藜芦群落中,牛皮杜鹃叶干重、茎粗、株高在中氮沉降水平下达到最大值,且叶干重、株高的增幅大于牛皮杜鹃-小叶章群落;氮沉降对牛皮杜鹃形态特征的影响在牛皮杜鹃-尖被藜芦群落中更显著。(2)氮沉降对灌草混合群落中优势种叶片营养元素吸收的影响不同。氮沉降导致小叶章叶片氮含量、单位面积叶氮含量显著增加,促进小叶章对氮元素的吸收。低、中氮沉降水平促进尖被藜芦对氮元素的吸收,高氮沉降水平则抑制。不同灌草混合群落中牛皮杜鹃叶片营养元素的吸收对氮沉降的响应有差异,牛皮杜鹃-小叶章群落中,氮沉降导致牛皮杜鹃叶片氮含量增加,碳、磷含量降低;牛皮杜鹃-尖被藜芦群落中,低、中氮沉降水平下牛皮杜鹃叶片氮、碳、磷含量均增加;氮沉降对牛皮杜鹃-尖被藜芦群落中牛皮杜鹃叶片营养元素的积累作用更强。(3)氮沉降对灌草混合群落中优势种叶片光合气体参数的影响不同。氮沉降导致小叶章净光合速率、气孔导度增加,促进小叶章的光合作用。尖被藜芦的净光合速率、气孔导度在低、中氮沉降水平下明显增加,高氮沉降水平则抑制。低、中氮沉降水平均导致两种混合群落中牛皮杜鹃净光合速率增加,但牛皮杜鹃-尖被藜芦群落中牛皮杜鹃净光合速率的增幅更大,促进作用更显著,高氮沉降水平均抑制。(4)氮沉降对灌草混合群落中优势种叶绿素荧光参数的影响不同。氮沉降导致小叶章最大光化学效率、实际光化学效率、光化学淬灭系数增加,促进小叶章对光能的利用。低、中氮沉降水平下,尖被藜芦的最大光化学效率、实际光化学效率显著增加,促进尖被藜芦对光能的转化,高氮沉降水平则抑制。低、中氮沉降水平均导致两种混合群落中牛皮杜鹃的最大光化学效率、光化学淬灭系数增加,但牛皮杜鹃-尖被藜芦群落中牛皮杜鹃的增幅更大,更利于其对光能的转化。(5)综上,氮沉降对入侵植物小叶章生长的促进作用最显著,尖被藜芦在低、中氮沉降水平内促进作用显著,低、中氮沉降水平均会促进两个混合群落中牛皮杜鹃的生长,但对牛皮杜鹃-尖被藜芦群落中牛皮杜鹃的促进作用更大。说明氮沉降的增加改变了苔原带资源的贫乏性,在一定氮沉降范围内均促进苔原带植被的生长,但入侵植物小叶章较尖被藜芦更喜氮,竞争优势更大,导致氮沉降对牛皮杜鹃-小叶章群落中牛皮杜鹃的促进作用小于牛皮杜鹃-尖被藜芦群落。所以,喜氮植物小叶章一旦入侵苔原带,氮沉降可能会提高其竞争力,导致其快速生长和扩张,小叶章的扩张会导致苔原带春季空生态位增加,有利于尖被藜芦种子着床生长,改变当地的群落结构。但当氮沉降达到一定阈值后,长白山苔原带的植被变化还需进一步监测研究。
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