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氮、硫均是影响入侵植物互花米草(Spartina alterniflora Loisel.)生长与繁殖的重要营养元素,研究其交互作用可能有助于揭示互花米草成功入侵机制。本文在人工控制条件下,以河沙为栽培基质,研究了氮、硫互作对互花米草生长和繁殖的影响,同时还以本土植物芦苇(Phragmites australis(Cav.)Trin.exSteud.)为参照,研究了互花米草与芦苇在不同供氮水平下对硫营养的觅养行为。
实验结果表明:
(1)中氮(MN)和高氮(HN)处理下的互花米草分支强度、初级分株数、次级分株数、根状茎数及其总长要显著高于低氮(LN),不同硫水平及氮硫互作对互花米草无性繁殖没有显著影响;互花米草的种子数和种子生物量受硫以及氮硫交互作用的影响显著,在高氮(HN)水平下,中硫(S200)处理的互花米草种子数和种子生物量要远远高于其他处理。中氮(MN)和高氮处理下的互花米草叶、茎、根、根状茎和总生物量显著高于低氮(LN)处理;只有在高氮(HN)水平下,高硫(S400)处理的生物量才显著低于其他处理。在中氮(MN)和高氮(HN)营养条件下,高硫(S400)处理会促使互花米草对地上部分投入更多的生物量。中硫-高氮作用对互花米草有性繁殖的促进,使互花米草能在硫浓度较高的滩地保持高有性繁殖率;虽然过高的硫会抑制互花米草的有性繁殖,但却能促进根状茎数目的增加,从而加速其向外短距离扩张;这些特性均有利于互花米草对滨海盐沼的入侵。
(2)高硫(S400)处理使互花米草叶长和叶宽分别降低了25%和13%;而中氮(MN)和高氮(HN)处理仅仅使互花米草叶数增加了70%。高硫(S200和S400)使互花米草的单叶面积在不同N水平下均降低30%,且使其总叶面积也降低了约50%;而氮营养(MN和HN)使互花米草的总叶面积提高约100%,对其单叶面积没有显著影响。此外,较高浓度的硫(S200和S400)显著降低了互花米草的比叶面积,但仅在HN水平下降低其叶面积比率;氮营养(MN和HN)对互花米草的比叶面积没有显著作用,但能显著提高植株的叶面积比率。所以,过高的硫对互花米草的光合能力和叶片生长有一定的抑制作用,而氮营养的增加能够有效缓解高硫的“毒害”作用,提高植株在高硫生境中的适应能力。
(3)所有氮处理下的两个硫营养区域内互花米草根状茎数目,根生物量、根茎生物量、根系总生物量积累都没有显著差异。而氮添加降低了低硫区域内互花米草地下生物量的积累。同时,高氮下的互花米草根生物量比,根茎生物量比,格总生物量比相对低氮处理显著降低,但高硫斑块内的植株根系积累,根系生物量比均没有显著差异,并未随着地下生物量降低而降低,而是保持在稳定的投入。中氮处理的芦苇植株生物量积累达到最高,生长旺盛,而此处理下的根状茎在不同硫区域内分布呈现出显著差异,95%以上的根状茎分布在低硫区域内。并且根茎生物量、格总生物量、根茎生物量比、格总生物量比都与根状茎分布相二致。此结果说明互花米草根系对硫营养的选择具有广布性,而芦苇对硫营养则具有较高的觅食精确性。芦苇对低硫环境的选择性和互花米草在高硫环境下对根系的稳定生物量投入决定了互花米草在海滨高硫环境中具有很大的竞争力。