华西雨屏区典型人工混交林生物元素转移及其对氮添加的短期响应

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:selanyihao
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
凋落物的生物元素归还以及生物元素在植物体内的转移和回收等是森林生态系统物质循环的关键过程,也是林木适应环境变化的重要机制。因此,研究不同人工林生物元素转移及其对环境变化的响应可为人工林可持续经营与管理提供重要科学依据。同时,大气氮沉降正在对森林生态系统元素转移与回收等过程产生不同程度的影响,但已有的研究结果还具有很大的不确定性。中国是世界上人工林面积最大和增长速率最快的国家,大面积的人工林在减缓全球气候变化和支撑国家生态文明建设中发挥了巨大作用。然而,人工林树种组成单一和林分结构简单导致的地力衰退、生物多样性较低、生态系统抗逆性和稳定性较差等人工林生态学问题也日益凸显,因而营建人工混交林成为优化人工林结构和提升人工林生态系统服务功能的重要手段。现在的科学问题是:(1)不同树种组成的人工混交林生物元素转移是否存在差异?(2)大气氮沉降对人工混交林的生物元素转移等过程有何影响?因此,本研究选取降雨丰沛、氮沉降量相对较大、人工林资源丰富、生态战略地位重要的华西雨屏区作为研究区域,根据区域大气氮沉降背景及其预测,设置3个氮添加处理(0 kg·N·hm-2·a-1、20 kg·N·hm-2·a-1和40 kg·N·hm-2·a-1),从2016年11月至2018年10月,以桢楠(Phoebe zhennan)-喜树(Camptotheca acuminata)混交林、麻栎(Quercus acutissima)-喜树混交林和多树种混交林作为研究对象,采用凋落物收集器等方法从器官、物种、功能群、群落水平上研究了不同人工混交林的凋落物产量、元素归还特征及其对氮添加的响应,从物种和功能群水平认识了人工混交林生物元素的重吸收效率及其对氮添加的响应,从植物-凋落物-土壤多层面探讨了混交林碳、氮、磷化学计量动态平衡及其对氮添加的响应。主要研究结果归纳如下:(1)三种典型人工混交林的凋落物年产量介于5249.8-7494.4 kg hm-2 a-1之间,月动态整体上均为双峰模式,在11-12月和7月较高,在2-3月较低。不同组分相比,凋落叶产量显著高于凋落物其他组分,且对凋落物总产量及其月动态起主导作用。三种人工混交林之间的凋落物产量差异显著,其中,麻栎-喜树混交林凋落物产量最高,而桢楠-喜树混交林最低。不同功能群相比,三种混交林落叶树种的凋落物产量均显著高于常绿树种,并且落叶树种的凋落物产量在麻栎-喜树混交林中最高,而常绿树种的凋落物产量在多树种混交林中最高。不同树种相比,喜树(桢楠-喜树混交林)、麻栎(麻栎-喜树混交林)、枫杨(多树种混交林)的凋落物产量和年贡献率均显著高于相应混交林中其他两种优势树种。另外,短期氮添加对三种人工混交林的不同器官组分、物种、功能群、群落凋落物产量及其月动态变化均无显著影响。可见,人类的经营管理(树种的选择和搭配)对该地区成熟人工混交林的凋落物产量和动态具有决定性作用,而短期的模拟氮沉降实验对其影响有限。(2)人工混交林通过凋落物归还到地表的生物元素由大到小的总体顺序为:碳(C)、钙(Ca)、氮(N)、钾(K)、镁(Mg)、磷(P)、铁(Fe)、铝(Al)、锰(Mn)。不同物候期相比,四个关键物候期的归还量表现为:落叶期>盛叶期>展叶期>萌芽期。不同凋落物组分相比,凋落叶各元素归还量均显著高于凋落物其他组分,对其总归还量及其动态具有决定性作用。三种混交林的凋落物各元素归还量存在较大的差异;麻栎-喜树混交林和多树种混交林凋落物的C、N、P、K、Fe、Al元素归还量整体大于桢楠-喜树混交林,桢楠-喜树混交林和多树种混交林凋落物的Ca、Mg元素归还量总体高于麻栎-喜树混交林,而Mn元素归还量在麻栎-喜树混交林中最高。不同功能群相比,落叶树种的凋落物元素归还量显著高于常绿树种,并且两者在三种混交林中存在一定的差异,具体依元素而定。不同树种相比,喜树(桢楠-喜树混交林)、麻栎(麻栎-喜树混交林)、枫杨(多树种混交林)的凋落物各元素归还量均显著高于其他优势种。另外,短期氮添加对三种人工混交林不同尺度上(从器官、物种、功能群到群落)的元素归还量及其关键物候期动态特征均无显著影响。可见,树种组成决定了成熟人工混交林凋落物元素归还量及其动态特征,而短期氮添加对其影响较小。(3)三种人工混交林优势植物叶片的生物元素重吸收效率平均大小顺序依次为:钾元素重吸收效率(KRE,62.1%)>氮元素重吸收效率(NRE,52.8%)>磷元素重吸收效率(PRE,50.2%)>镁元素重吸收效率(Mg RE,28.7%)>钙元素重吸收效率(Ca RE,-25.4%)>锰元素重吸收效率(Mn RE,-38.9%)>铝元素重吸收效率(Al RE,-41.5%)>铁元素重吸收效率(Fe RE,-42.2%)。其次,不同物种和不同功能群的元素重吸收效率存在显著差异,且草本植物的NRE、PRE、Ca RE、Mg RE整体大于木本植物,而Fe RE、Mn RE则相反。另外,氮添加整体显著降低了叶片NRE,增加了PRE、KRE和Mg RE,但对其他元素重吸收效率无显著影响。同时,林下植物叶片的大量元素(除Ca外)重吸收效率整体对氮添加的响应比乔木层植物更加敏感;氮添加对乔木层植物的元素重吸收效率均无显著影响,而对部分灌木或草本植物有显著影响。表明植物元素转移与回收具有遗传属性,是植物生长繁殖重新分配营养的平衡机制,而短期氮添加对其的影响因元素而异,并且受到功能群及物种的调控,具有层次性。(4)不同物种和不同功能群之间的植物叶片和凋落物叶碳、氮、磷化学计量特征存在显著差异,林下植物叶片和凋落物叶的平均氮、磷含量高于乔木层植物,而碳含量和碳氮磷比值则相反。三种人工混交林的土壤碳、氮、磷含量存在显著差异,桢楠-喜树混交林和多树种混交林的土壤碳、氮、磷含量高于麻栎-喜树混交林,而碳磷比则相反。同时,植物叶片、凋落物叶、土壤三者相比,氮、磷含量及氮磷比在植物叶片中最高,碳含量、碳氮比、碳磷比在凋落物叶中最高,而其最小值均出现在土壤中。其次,氮添加对植物叶片和凋落物叶的碳含量均无显著影响,总体上显著提高了氮含量、碳磷比和氮磷比,而显著降低了磷含量和碳氮比。不同功能群植物叶片和凋落物叶的碳、氮、磷化学计量特征对氮添加的响应存在差异,氮添加整体上对乔木层植物无显著影响,但显著改变了林下植物的碳、氮、磷化学计量特征。另外,氮添加对三种人工混交林的土壤碳、氮、磷化学计量特征均无显著影响。可见,各层面的碳、氮、磷化学计量特征具有分异特性,对氮添加的短期响应受到物种和功能群的调控,并且在氮沉降持续增加的背景下,土壤相对于植物可能有更高的化学计量动态平衡,而植物的预测和指示作用更强。综上所述,人工混交林的凋落物产量和元素归还量受到树种组成的影响,且在不同混交林之间存在显著差异,但其动态特征保持一致。落叶树种的凋落物产量和元素归还量均显著高于常绿树种,并且其在三种混交林中存在显著差异。同时,短期氮添加对三种成熟人工混交林不同尺度上的凋落物产量和元素归还量及其动态特征均无显著影响。其次,草本植物的NRE、PRE、Ca RE、Mg RE整体大于木本植物,而Fe RE、Mn RE则相反,氮添加显著降低了NRE,增加了PRE、KRE和Mg RE,且林下植物叶片的大量元素(除Ca外)重吸收效率对氮添加的响应比乔木层更敏感。此外,植物叶片和凋落物叶的碳、氮、磷含量及其比值均高于土壤,并且氮添加对林下植物的碳、氮、磷化学计量特征有显著影响,而对土壤的影响较小。这些结果丰富了人工混交林生物元素转移的研究内容,有利于深入理解氮沉降对森林生态系统物质循环和能量流动的影响,同时为在全球变化背景下精准提升人工林质量和地力维持提供了理论数据。
其他文献
蓝花丹(Plumbago auriculata Lam.)是白花丹科白花丹属植物,原产非洲南部,因其独特的淡蓝紫色花朵及较长的花期等观赏价值特性,被我国多地引种作为园林造景植物,深受消费市场追捧。由于蓝花丹有长柱头花型(Long-style,L)和短柱头花型(Short-style,S)分别于两株,是一种典型的二型花柱异长植物。花柱异长是植物在进化过程中表现的一种遗传多态性,通常伴随着自交不亲和(
学位
玉米是世界范围内重要的粮经饲作物,其产量和品质直接影响人类的粮食安全和生活品质。大刍草作为玉米的近缘属祖先,具有丰富的遗传多样性,是优良的抗性种质资源,但关于大刍草对玉米产量性状育种潜力评估的报道相对较少。干旱和低磷是玉米全生育期两种重要的非生物逆境胁迫,直接制约玉米苗期的生长发育和成株期的产量。本研究利用玉米和大刍草远缘杂交产生的六个重组自交系群体,通过多年多点的表型鉴定和一系列产量比较试验,探
学位
玉米生长发育的各个阶段同时受到光照、温度、水分、营养元素、盐碱等各种环境因子的交互影响。不同环境因子响应信号通路间存在复杂而有序的交叉互作,协同调控植物的生长发育和繁衍。研究玉米光周期遗传调控机理,发掘优异抗逆基因资源是引进热带、亚热带玉米种质资源,拓宽现有种质遗传基础,实现多样化育种目标的基础和核心。GIGANTEA是陆生植物特有的核蛋白基因,参与调控植物生长发育的多个遗传途径和多种逆境胁迫。对
学位
植物在生长过程中会受到各种各样的生物和非生物胁迫,如细菌、真菌、干旱、极端气候等。在长期进化中,宿主植物为避免外界病原微生物的影响形成抵御外源病原物的免疫系统。钙离子(Ca2+)是植物免疫反应中的重要信使,通过激活或抑制细胞内特定酶的活性、诱导抗逆基因转录表达等增强植物对环境胁迫的适应能力。对拟南芥和玉米这两种主要模式植物的免疫反应中钙离子相关通路中关键基因进行进化分析和功能鉴定将为植物免疫反应分
学位
介绍了吸波和导热相关机理,结合MXene独特的二维层状结构及其丰富可调的表面官能团,系统综述了国内外MXene及其复合材料在吸波和导热领域的研究成果,为后续设计开发吸波/导热一体化材料提供借鉴,最后指出了目前具备吸波和导热功能的MXene材料存在的问题和面临的挑战,并展望了未来的研究方向。
期刊
报纸
<正>缩表减少金融市场充裕流动性,影响市场利率水平,进而进一步影响金融市场资产价格和资产配置,对美国以及全球经济产生一系列宏观效应2022年5月4日,美联储在5月议息会议发布《缩减美联储资产负债表规模的计划》,并宣布于2022年6月1日起开始收缩资产负债表,这意味着美联储货币政策正常化步入关键阶段。中央银行资产负债表是其以往政策操作的沉淀,
期刊
作为世界第一大粮饲和能源作物,玉米不仅在维护国家粮食安全中发挥着重要作用,同时在土壤重金属修复中也具有极其巨大的潜力。铅是一种毒性非常大的重金属,一旦被人体吸收,会造成人体内各种器官的损伤,危害人体健康。研究玉米对铅胁迫的耐受机制,探明植株对铅离子的吸收与积累机制、挖掘相关基因并构建分子调控网络具有重要的理论指导意义。本研究利用315份玉米自交系材料,联合GWAS、QTT、eQTL分析及候选基因关
学位
从简单的真菌(酵母)到高级的哺乳动物(人类),几乎都能以脂滴的形式储存能量以备不时之需,这一过程在真核生物中相对保守。为了更好适应环境,从无脊椎动物到鱼类、两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类,随着物种进化,脂肪的分布和功能也在不断发生演变。近年来,脂肪组织在新陈代谢、内分泌和疾病等方面的功能研究取得了极大进展,但从基因表达层面探讨物种间脂肪组织进化关系的研究鲜有报道。本研究收集人、恒河猴、小鼠、大鼠、豚
学位
玉米是世界上被广泛种植的作物之一。玉米淀粉合成是主要发生在胚乳中的生理活动,直接影响玉米产量,是―库‖形成的关键;玉米光合作用是主要在叶片中进行的将光能转化为化学能的过程,是―源‖形成的基础。已有研究表明,玉米胚乳淀粉合成以及光合作用相关基因的表达分别受一些转录因子的调控。尚无研究发现既能促进胚乳淀粉合成又能促进叶片光合作用的转录因子。另一方面,在动物中已发现大量RNA结合蛋白也能像转录因子一样在
学位