氮添加对不同群落羊草和寸草种群繁殖策略的影响

来源 :东北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yhymoon0527
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繁殖策略是植物种群适应环境变化的重要对策。近年来,人类的生产生活使氮沉降逐年增加,将不可避免地影响草地植物的生长与繁殖。羊草和寸草是我国东北松嫩平原常见的多年生无性系植物,具有耐旱、耐盐碱等生态特性,两者可组成恢复演替系列的典型群落。本研究以羊草和寸草为研究对象,通过人工移栽羊草和寸草幼苗,分别对其单优群落和混生群落中的种群进行氮添加,开展两种无性系植物种群总分蘖株数量动态、营养繁殖特征、有性生殖特征、营养生长特征以及生长繁殖权衡的系统研究,以揭示氮添加条件下无性系植物种群繁殖策略的调节机理,丰富无性系植物种群生长及繁殖适应理论,并为退化草地植被的恢复提供有价值的参考。主要研究结果如下:(1)对于分蘖株数量动态,氮添加明显加快了单优和混生群落中羊草和寸草种群的分蘖株数量变化。在移植当年,羊草和寸草种群大多以指数函数增长,且增长速率随着施氮浓度的增加而增加。在第二年,羊草和寸草种群的实际增长率明显低于前一年,此时羊草种群仍呈指数增长,而寸草种群则呈对数增长。混生群落中羊草种群所占的数量比例会随着施氮浓度的增加呈现升高趋势,而寸草则逐渐降低。(2)对于营养繁殖特征,经过两个生长季之后,氮添加显著促进单优和混生群落中羊草种群以及单优群落寸草种群营养株和根茎的产生。对于混生群落寸草种群,氮浓度达到20 g N m-2yr-1仅显著增加其根茎生物量。氮添加有利于单优和混生群落中羊草潜在种群的形成,其中羊草的根茎潜在种群在数量上更占据优势,根茎芽的占比达90%以上,而对单优和混生群落中的寸草潜在种群数量没有显著影响。在混生群落中,羊草的潜在种群数量至少为寸草的10倍以上,更具有竞争优势。同时,不同氮浓度下羊草和寸草种群的分株数量、根茎长度以及潜在种群的年龄谱组成保持稳定,并且均呈现增长或稳定型的年龄结构。氮添加对两年间的羊草和寸草种群各龄级分株和根茎营养繁殖力均没有显著影响。(3)单优和混生群落中羊草和寸草种群的有性生殖特征对氮添加的响应不同。氮添加显著增加单优和混生群落中羊草种群的生殖株高、花序长、生殖株数量、种子数、小花数、种子生物量和花序生物量,且随着施氮梯度的升高显著增加,但对羊草种群的千粒重、结实率和抽穗率等指标影响不显著。对于寸草种群,氮添加仅显著增加单优群落中寸草种群的生殖株数量,并显著降低寸草种群对生殖株生物量的分配(RAⅢ),且在氮浓度为10 g N m-2yr-1和20 g N m-2yr-1之间无显著差异。随着施氮浓度的增加,单优群落寸草种群的小花数、种子数、种子生物量和花序生物量呈现出上升的趋势。相同的施氮浓度下,混生群落中寸草种群除了生殖株数量、种子数、小花数、种子生物量和花序生物量显著低于单优群落外,其种群的结实率、抽穗率和生殖再分配(RRA)也低于单优寸草群落。(4)氮添加对单优和混生群落中羊草和寸草营养生长特征的影响存在差异。两年内氮添加会显著增加羊草种群各营养构件生物量和总生物量,经过第二个生长季后,施氮处理会显著增加单优群落中羊草种群向叶和茎的生物量分配,同时显著降低向须根的生物量分配。对于寸草种群,氮添加仅对第一年的寸草种群营养构件生物量及分配产生显著影响。(5)在不同的氮添加条件下,羊草和寸草种群用于生长和繁殖的生物量大小均为:营养生长>营养繁殖>有性生殖。羊草种群用于营养生长、营养繁殖和有性生殖的资源会随着氮添加浓度的增加而显著增加。其中,在氮浓度为20 g N m-2yr-1时,单优群落羊草种群显著增加向营养生长的分配。氮添加显著增加寸草种群的营养繁殖生物量。对于混生群落中的寸草种群,氮添加显著减少种群向营养生长的分配,同时显著增加向营养繁殖的分配。在混生群落中,不施氮时,羊草种群采取了有性生殖与营养繁殖呈正相关的繁殖策略,而寸草种群在营养繁殖和有性生殖之间采取了权衡策略;当施氮浓度为20 g N m-2yr-1时,羊草种群在营养繁殖和有性生殖之间采取了权衡策略,这可能是由于有限的生长空间、种内竞争加剧和种间竞争共同起作用的结果。本研究中,两年的氮添加对单优群落和混生群落中的羊草和寸草种群产生了不同影响。对于羊草种群,氮添加促进两种群落中羊草种群的营养生长和营养繁殖,并且以主要增加生殖株数量的方式影响羊草种群的有性生殖。而对于寸草种群,氮添加主要促进了两种群落中寸草种群的营养繁殖,同时仅显著增加单优群落中寸草生殖株数量,对混生群落中寸草种群的有性生殖和营养生长则没有显著影响。施氮浓度的差异使羊草和寸草种群采取不同的繁殖策略。因此,短期的氮添加加快了混生群落向单优羊草群落的演替。本研究揭示了不同群落中羊草和寸草种群的繁殖策略在氮添加条件下的可塑性变化,为退化草地植被的恢复提供了有价值的参考。
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