發(fā)布時(shí)間：2020-07-19 09:15

【摘要】：氮(N)和磷(P)是植物生長(zhǎng)必需的礦質(zhì)元素,這兩種元素之間的相對(duì)關(guān)系可以反映土壤中的營(yíng)養(yǎng)條件,在個(gè)體發(fā)育、碳同化、新陳代謝和繁育過程中有重要的作用,對(duì)植物種間關(guān)系和群落結(jié)構(gòu)有重要的影響。自工業(yè)革命以來,人類活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)中的營(yíng)養(yǎng)條件產(chǎn)生了強(qiáng)烈的影響。由于人為氮、磷輸入的比例失衡及氮、磷元素在理化性質(zhì)上的差異,很多生態(tài)系統(tǒng)中的氮磷比發(fā)生了改變。隨著氮磷比營(yíng)養(yǎng)條件的改變,植物群落中優(yōu)勢(shì)種,植物間的種間關(guān)系也會(huì)隨之改變。同時(shí),外來種廣泛使用給本地生態(tài)系統(tǒng)的影響也受到越來越多的關(guān)注,成為當(dāng)今生態(tài)學(xué)研究中的熱點(diǎn)。營(yíng)養(yǎng)條件是外來植物定植新棲息地過程中的決定性因素之一,許多外來植物在營(yíng)養(yǎng)獲取、營(yíng)養(yǎng)利用及營(yíng)養(yǎng)保持等方面都具有優(yōu)勢(shì),對(duì)營(yíng)養(yǎng)波動(dòng)具有更好的適應(yīng)能力,在與本地植物的競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)地位。因此,研究不同氮磷比條件下外來植物與本地植物的種間關(guān)系可以加深對(duì)外來植物生態(tài)影響的認(rèn)識(shí),并為分析氣候變化背景下潛在的入侵植物提供依據(jù)。 為了研究氮磷比營(yíng)養(yǎng)條件改變對(duì)外來植物與本地植物種間關(guān)系的影響,我們選取了華北地區(qū)植被恢復(fù)中常用的外來植物火炬樹(Rhus typhina)、本地植物麻櫟(Quercus acutissima)和荊條(Vitex negundo var. heterophylla)作為研究物種,通過溫室控制實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)該問題進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)中,根據(jù)野外森林土壤的調(diào)查數(shù)據(jù),由低到高設(shè)置了三個(gè)氮磷比處理：5,15和45。每種氮磷比處理下以火炬樹與麻櫟或荊條混種的方式模擬種間競(jìng)爭(zhēng),并設(shè)置單種的處理作為對(duì)照。實(shí)驗(yàn)過程中,從植物功能性狀入手對(duì)植物的生長(zhǎng)、生理、生物量積累及分配、葉片化學(xué)計(jì)量學(xué)、種間關(guān)系等內(nèi)容進(jìn)行了測(cè)量和觀察,比較了火炬樹與麻櫟、荊條的差異,并分析了火炬樹對(duì)這兩種本地植物的影響。 模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：氮磷比營(yíng)養(yǎng)條件的改變對(duì)火炬樹、麻櫟和荊條都產(chǎn)生了顯著的影響。三種植物的生物量在氮磷比5或15時(shí)最大；而氮磷比45時(shí),三種植物的生物量積累都受到了明顯的抑制,主要原因是高氮磷比時(shí),氮磷元素失衡,磷元素成為限制因素,影響了植物的碳同化能力。生物量分配方面,低氮磷比時(shí),三種植物均顯著增加了根生物量比,提高對(duì)氮元素的獲取能力；在高氮磷比時(shí),均沒有明顯的生物量調(diào)整�；鹁鏄渖�長(zhǎng)快,冠幅大,葉生物量比重高,具有較高的凈光合速率、低比葉重和高的氮磷元素利用效率,可以積累高生物量并具有較大的根生物量,在氮磷營(yíng)養(yǎng)和光照的獲取方面有很大的優(yōu)勢(shì),對(duì)營(yíng)養(yǎng)條件的改變適應(yīng)能力很強(qiáng)。本地植物麻櫟和荊條均將更多的生物量分配到根,根冠比大,葉生物量比重小,在光合組織中的投入較少,生物量積累能力低,在營(yíng)養(yǎng)元素和光照獲取上均遜于火炬樹。 混種時(shí),火炬樹均具有遠(yuǎn)高于本地種的相對(duì)優(yōu)勢(shì)度系數(shù),在種間關(guān)系中始終處于絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)地位,并且這種競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)沒有受到氮磷比條件改變的負(fù)面影響。與麻櫟相比,火炬樹具有更高的凈光合速率、更小的比葉重、更高的光合氮利用效率和光合磷利用效率,將較多的氮磷營(yíng)養(yǎng)分配到與光合作用有關(guān)的組織中,具有更強(qiáng)的碳同化能力。雖然荊條在凈光合速率、比葉重等性狀上與火炬樹類似,但由于火炬樹生長(zhǎng)快,冠幅大,對(duì)其產(chǎn)生了遮陰作用,抑制了其光合作用。雖然火炬樹并沒有對(duì)荊條的生理狀態(tài)造成顯著的脅迫作用,但其生物量積累受到嚴(yán)重影響�；旆N時(shí),由于火炬樹的競(jìng)爭(zhēng)壓力,本地種麻櫟和荊條均調(diào)整了生物量分配,將更多的生物量投入到根,以獲取更多的氮磷營(yíng)養(yǎng)。而火炬樹則保持了與單種時(shí)基本一致的生物量分配格局,更多的生物量分配到地上部分。這種生物量分配策略上的不同,導(dǎo)致火炬樹在地上部分對(duì)光照的競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì),結(jié)合其強(qiáng)的碳同化能力,保證其可以積累明顯高于麻櫟和荊條的總生物量。雖然火炬樹的根生物量比重較麻櫟和荊條小,但是其具有很高的生物量,使其在競(jìng)爭(zhēng)中仍具有較高的根生物量,結(jié)合其在根表面積等性狀上的優(yōu)勢(shì),保證了其對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)元素的強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)能力。在高氮磷處理中,火炬樹顯著增加了葉生物量比,在磷限制的情景下維持較高的地上部分碳同化能力,進(jìn)而促進(jìn)其地下對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的獲取,對(duì)該條件具有更好的適應(yīng)性。而本地植物麻櫟和荊條的生物量分配格局并沒有進(jìn)行調(diào)整,這種適應(yīng)策略上的內(nèi)穩(wěn)性,反映出植物對(duì)不利環(huán)境較強(qiáng)的耐受性,有利于植物更好的適應(yīng)營(yíng)養(yǎng)脅迫的不良條件。但這種策略在營(yíng)養(yǎng)條件波動(dòng)時(shí)則比較保守,相比于外來植物火炬樹,在環(huán)境變化下不利于其在競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)。 總之,與華北地區(qū)典型物種麻櫟和荊條相比,外來植物火炬樹在生長(zhǎng)特性、葉片性狀、根屬性等植物功能性狀上具有明顯的優(yōu)勢(shì),而且其對(duì)不同的氮磷比營(yíng)養(yǎng)條件表現(xiàn)出了更為積極的生物量和氮磷營(yíng)養(yǎng)分配策略,保證其具有很高的生物量生產(chǎn)能力。得益于其更強(qiáng)的營(yíng)養(yǎng)元素吸收能力,在與光合作用相關(guān)的組織中更多的生物量和氮磷營(yíng)養(yǎng)投入,火炬樹在競(jìng)爭(zhēng)中積累了遠(yuǎn)高于麻櫟和荊條的生物量。這種在生物量和葉片營(yíng)養(yǎng)分配中的權(quán)衡,是導(dǎo)致這幾種植物在競(jìng)爭(zhēng)中差異化表現(xiàn)的主要原因,并有助于火炬樹在不同的氮磷比營(yíng)養(yǎng)條件中始終保持絕對(duì)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。另外,在低氮磷比或高氮磷比條件下,即氮限制或磷限制時(shí),火炬樹可以產(chǎn)生較麻櫟更多的生物量,并能夠在人為活動(dòng)造成的氮磷輸入時(shí)適應(yīng)的更快更好。此外,雖然在我們的研究中麻櫟幼苗在競(jìng)爭(zhēng)中生物量沒有明顯下降,但荊條幼苗因?yàn)榛鹁鏄涞恼陉幾饔蒙�物量顯著下降,因此火炬樹對(duì)本地植物的影響需要高度關(guān)注。在未來的植被恢復(fù)過程中,外來植物的引入和管理應(yīng)重視對(duì)外來植物植物功能屬性和當(dāng)?shù)赝寥罈l件的綜合分析,并結(jié)合當(dāng)前主要的氣候變化因素,分析其可能存在的入侵潛力,以減少外來植物引入所造成的不必要的經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：Q948

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2762221