氮添加对亚热带主要森林植物叶片光合特性及解剖结构的影响

来源 :福建师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jipin226
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全球环境变化及人类活动等导致氮(N)沉降已经成为全球性的重大问题之一。持续的氮沉降可能会对森林生态系统的树种组成、表型结构及生态功能等产生重要影响。论文以江西省阳际峰国家级自然保护区两种森林类型(常绿阔叶林和竹阔混交林)中的5种主要森林植物甜槠(Castanopsis eyrei)、青冈(Castanopsis eyrei)、木荷(Schima superba)、马缨花(Albizzia julibrissin)和格药柃(Eurya muricata)为研究对象,通过设置低氮(LN:50 kg·hm-2·a-1)、高氮(GN:100 kg·hm-2·a-1)与对照(CK:0 kg·hm-2·a-1)处理试验,并对1年氮处理后的植物叶片表型、光合生理及其养分性状进行测定,分析氮添加对其叶片光合生理、碳氮磷含量与解剖结构等性状的影响,初步揭示其叶片性状对氮添加的响应机制。研究结果有助于了解亚热带天然常绿阔叶林主要森林植物对氮沉降响应机制,并可为开展氮沉降背景下的亚热带天然常绿阔叶林经营、维护天然常绿阔叶林生态系统结构与功能稳定等提供重要理论依据。主要研究结论如下:(1)氮添加对主要森林植物叶片表型性状的影响氮添加对主要森林植物的叶面积(LA)、比叶面积(SLA)和叶相对含水率(LRWC)影响显著(P<0.05),但对叶干物质含量(LDMC)则影响不明显(P>0.05)。主要森林植物的LA、SLA和LDMC在树种间差异显著(P<0.05)。在常绿阔叶林中,氮添加会显著降低5树种的LA(P<0.05);木荷、马缨花和格药柃SLA的变化一致,均以LN处理后的SLA为最大;氮添加会显著降低青冈、木荷和格药柃的LRWC(P<0.05)。在竹阔混交林中,GN处理会显著降低青冈和木荷的LA(P<0.05),并显著降低青冈、马缨花和格药柃的LRWC(P<0.05);LN处理则会显著促进甜槠、青冈和马缨花的SLA(P<0.05)。说明5种植物对氮添加的响应因物种而异,没有一致的规律性。(2)氮添加对主要森林植物叶片养分及化学计量比的影响氮添加对主要森林植物除碳磷比(C/P)以外的叶片养分及化学计量比指标均产生显著影响(P<0.05),主要森林植物叶片的养分及化学计量比指标在树种间差异均显著(P<0.05)。在常绿阔叶林中,GN处理会显著降低青冈、木荷、马缨花和格药柃的叶氮含量(LNC)(P<0.05),但会显著增加青冈和马缨花的碳氮比(C/N)(P<0.05),LN处理会显著降低木荷和格药柃的C/N(P<0.05);施氮处理会显著增加青冈、木荷和格药柃的氮磷比(N/P)(P<0.05)。在竹阔混交林中,施氮会显著增加甜槠、木荷和马缨花的LNC(P<0.05),并显著增加甜槠、青冈、木荷和格药柃的N/P(P<0.05);GN处理会显著降低青冈、木荷和格药柃的C/N(P<0.05)。本研究中5种植物通过采取不同的叶片养分策略来应对施氮对植物叶片产生的影响。(3)氮添加对主要森林植物叶片光合特性的影响氮添加对主要森林植物叶片光合特性的指标均影响显著(P<0.05),且叶片各光合生理指标在树种间存在显著差异(P<0.05)。在常绿阔叶林中,LN处理会显著增加甜槠和木荷的净光合速率(Pn)(P<0.05);氮添加会显著提高木荷和马缨花的蒸腾速率(Tr)(P<0.05)及甜槠、青冈和木荷的气孔导度(Gs)(P<0.05),并使青冈、马缨花和格药柃的胞间CO2浓度(Ci)显著升高(P<0.05);GN处理会显著降低甜槠、马缨花和格药柃的水分利用效率(WUE)(P<0.05)。在竹阔混交林中,氮添加会显著增加木荷和格药柃的Pn(P<0.05)及木荷、马缨花和格药柃的Tr(P<0.05),并使青冈和马缨花的Ci及甜槠和木荷的Gs显著增加(P<0.05),但氮添加会导致青冈、木荷和马缨花的WUE显著降低(P<0.05)。说明适量的氮添加有利于森林植物叶片的Pn、Tr、Gs和Ci的提高,但会降低其叶片的WUE,且不同森林植物的光合生理性状对氮添加的响应程度存在差异。(4)氮添加对主要森林植物叶片解剖结构的影响氮添加对主要森林植物叶片解剖结构的下表皮厚度(LET)、栅栏组织厚度(Pt)、海绵组织厚度(St)和叶片厚度(LT)具有显著影响(P<0.05),但对上表皮厚度(UET)则影响不明显(P>0.05)。各叶片解剖结构指标在树种间差异明显(P<0.05)。在常绿阔叶林中,氮添加会显著增加青冈的LET,但会显著降低马缨花和格药柃的LET(P<0.05);氮添加会显著增加青冈和格药柃的Pt,但GN处理则会显著降低甜槠和木荷的Pt(P<0.05);氮添加会显著增加甜槠、青冈和格药柃的St(P<0.05);5个树种的LT在施氮后均显著增加(P<0.05)。在竹阔混交林中,氮添加会显著增加木荷和马缨花的LET(P<0.05);木荷、马缨花和格药柃的Pt均以LN处理为最大(P<0.05);氮添加会显著增加甜槠、木荷、马缨花和格药柃的St(P<0.05),但GN处理则会显著降低青冈和格药柃的LT(P<0.05)。说明氮添加会改变森林植物叶片的内部解剖结构,但不同树种叶片的内部解剖结构对氮添加的响应存在差异。综上所述,5种森林植物主要通过改变自身的叶片光合特性及其解剖结构以应对氮添加带来的影响,适量的氮添加会增加森林植物的光合效率,并使其解剖结构发生改变,从而促进植物生长。不同的森林植物及同一森林植物在不同的森林类型中,其叶片光合生理、碳氮磷含量与解剖结构等性状对氮添加的响应特征也存在差异。在未来的研究上,应该分别森林类型与森林植物种开展其叶片性状对氮添加的内在响应机制研究。
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