亚高山草甸弃耕地恢复演替过程中植物-土壤反馈作用研究

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植物可以改变土壤的生物和非生物特性以及产生过程,反过来,土壤的生物和非生物特性也会影响植物的生长、生产力以及竞争力,植物和土壤间的这种反馈作用影响植物群落的演替和生态系统的功能。本研究在青藏高原东部亚高山草甸选择一个弃耕地演替梯度,分析了不同演替梯度上各个群落的物种总的丰富度、各个功能群的丰富度以及它们的生物量,以及土壤碳、氮等各项指标的变化,同时,通过在青藏高原东部亚高山草甸的一个野外植物土壤反馈作用盆栽实验,结合演替过程中土壤氮的形态变化及其与植物种的相互作用,进一步验证土壤氮成分是否控制着亚高山草甸弃耕地植物群落的演替。研究结果表明:(1)在弃耕地恢复演替过程中,随着弃耕时间的增加,群落中总的物种丰富度增加,在弃耕22年已经接近天然亚高山草甸的水平;豆科功能群的物种丰富度及生物量与总的物种丰富度和生物量表现为一定的正相关,土壤中氨氮含量、硝氮含量和植物地上总的生物量以及豆科生物量也呈现一定的正相关。在低氮水平下,随着弃耕时间的增加,土壤氮成分可能控制着植物群落的演替。(2)在弃耕地恢复演替过程中,随着弃耕时间的增加,土壤中全氮、有机碳、氨氮和硝氮含量没有呈现一直增加的趋势,而是呈现出先增加后降低的趋势,即使弃耕37年的弃耕地也没有到达天然草甸的水平。在弃耕地恢复演替过程中,相比于地上植被,土壤养分的恢复具有滞后性。(3)不管是在弃耕地区域还是在亚高山草甸区域,各个植物斑块下的土壤中生物和非生物的特性有显著差异。全氮含量和有机碳含量在弃耕地区和亚高山草甸区差异不显著,但是禾草类(弃耕地区的垂穗披碱草和亚高山草甸区的矮嵩草)比非禾本草本类全氮含量更丰富;氨氮和全磷含量在弃耕地区域明显高于亚高山草甸区域;硝氮以及微生物碳氮含量在弃耕地物种的凤毛菊以及亚高山草甸物种珠牙蓼中明显高于其它物种。(4)在反馈实验中,比较了植物生物量的变化以及土壤特性的差异。与移栽前相比,移栽了五种植物的土壤中,其氨氮含量出现了明显的减少,硝氮含量出现了不同程度的增加,全磷、全氮以及有机碳含量变化则不大,进一步得出在亚高山草甸弃耕地恢复演替过程中,土壤中氮的成分可能控制着群落的演替,植物-土壤反馈在弃耕地显示出一定的正反馈,植物-土壤反馈在同源与异源土中表现出因物种而异的正、负反馈。
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