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为探讨中国南亚热带森林生态系统在全球变化背景下,对降水格局改变以及氮沉降逐年增加的综合响应,本研究选取南亚热带地区主要森林植被的6种优势种幼苗:阳性先锋树种马尾松(Pinus massoniana)、阳性树种荷木(Schima superba)、中性树种黄果厚壳桂(Cryptocaryaconcinna)、耐阴树种光叶山黄皮(Randiacanthioides)、阳性喜湿树种水翁(Cleistocalyx operculatus)以及耐阴灌木柏拉木(Blastus cochinchinensis)作为研究对象。通过野外自然降水转移设施结合模拟氮沉降实验,设置对照(C)、加1/3降雨量(+H20)、减1/3降雨量(-H2O)、加氮100kgN.hm-2·a-1(+N)、加1/3降雨量结合加100kgN·hm-2.a-1(+H2O+N)、减1/3降雨量结合加100kgN.hm-2·a-1(-H2O+N)共6种处理,结合气候、土壤特性等环境因子的监测,研究模拟降水突变、高氮输入及其复合作用对6种植物幼苗的综合影响。主要结论如下:
1、近年鼎湖山年均气温升高,降水量下降,酸雨比例较高。氮沉降量维持在较高水平。样地土壤养分含量本底值较低,加氮处理显著提高土壤有效氮水平,降低土壤pH值。
2、降水量改变1/3对5种参试幼苗(荷木除外)的成活率、6种树苗整体株高生长无显著影响,但对一些树种有季节性影响。阳性树种马尾松和荷木在正常情况下株高生长优先于基径生长,当遇到水分胁迫(降水太多或太少)时则调整生长策略,-H2O处理时优先根系生长,特别是主根生长。光叶山黄皮和柏拉木等荫生植物在水分太多的胁迫下其幼苗选择基径生长优先。减少1/3降水促进荷木、黄果厚壳桂幼苗的全株生物量生长,而抑制另外4种幼苗的全株生物量生长。
3、持续高氮输入降低了5种参试植物(除马尾松)幼苗的成活率,并抑制了6种参试树种的全株生物量生长。+N处理对中性树种黄果厚壳桂的株高基径生长有促进作用,严重抑制耐荫灌木柏拉木的生长,对其余4个树种的株高生长则无显著影响。高氮沉降输入对于幼苗株高、基径生长的影响显示出:从先锋树种、阳生树种、耐阴树种到喜湿树种,受抑制的程度逐渐加重,对灌木的影响比乔木重。
4、降水量改变1/3对6种幼苗的叶片C含量无显著影响,降低个别树种叶片N含量;添加N的处理(+N、+H2O+N、-H2O+N)除使马尾松叶片N含量增加不显著外,明显增加其它5种叶片N含量。高氮沉降输入减小了马尾松、荷木、水翁等阳性树种和柏拉木的C/N,提高了黄果厚壳桂和光叶山黄皮的C/N。
5、各树种在红蓝光源强度1200μmol·m-2.s-1,CO2浓度370ppm,叶室温度25℃条件下的净光合速率Pn对+H2O、-H2O处理在不同季节(雨季或旱季)的响应不一致,说明光合作用对水分供应较敏感,其对+N处理的累积效应有响应。水、氮处理对阳性树种光合色素相对值Pp影响不显著,而黄果厚壳桂等中性树种的Pp含量在大多数季节下降。净光合速率与光合色素相对值之比P值在各种水处理下与净光合速率有相似的规律,但在各种加氮处理时情况复杂,其中水翁的月季变化趋势对各种加氮处理的反应无显著差异,柏拉木在各种氮处理下净光合速率及P值均大大降低。幼苗Pn值与叶片氮含量之间无显著相关关系。
6、综合分析,仅考虑降水格局改变和高氮持续输入等全球变化因子,未来鼎湖山南亚热带森林生态系统中,马尾松的先锋树种地位难以动摇,优势树种荷木、黄果厚壳桂、及光叶山黄皮可能继续保持较高的优势度,溪边林优势种水翁将受到降水减少和高氮输入的抑制而衰退,林下常见的灌木柏拉木也难以适应持续的高氮沉降,这必将影响鼎湖山森林群落的组成结构和群落动态。