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本研究包括室内油蒿双因素随机区组盆栽实验和油蒿三因素正交盆栽实验以及野外四个油蒿群落调查,分析了土壤碳酸钙/有效磷比(钙磷比)对油蒿生长状况、RNA含量和氮磷含量的影响,使用统计学和地统计学方法讨论了不同样地土壤钙磷比的大小、空间分布及其对植物密度的影响,探讨了土壤钙磷比对油蒿影响的作用机制,以完善干旱区、半干旱区植物群落稳定性机制。
1.以油蒿为研究对象,通过盆栽实验探究土壤钙磷比对油蒿幼苗个体生长的影响。结果表明土壤钙磷比显著影响油蒿幼苗的个体生长和物质合成,土壤钙磷比的影响程度高于土壤碳酸钙和有效磷含量。随着土壤钙磷比的增加,植物株高及地上部生物量的相对生长率均显著降低,地上部RNA含量显著增加,根部全氮、全磷含量显著增加,根部氮磷比显著增加。同时,随着土壤碳酸钙含量的增加,植物株高的相对生长率显著降低,根长负的相对生长率显著升高,而根部全氮、全磷含量显著降低、氮磷比显著升高。这说明土壤钙磷比对植物生长产生影响的作用机制包含两方面:土壤碳酸钙本身对植物生长的影响以及土壤碳酸钙对土壤磷素有效性的限制,其中,后者占主导地位。
2.以不同气候带中处于沙丘不同固定阶段的四个样地(沙坡头油蒿群落固定沙地一维样地、榆林油蒿群落半固定沙地一维样地、榆林油蒿群落固定沙地二维样地和阿拉善油蒿+冷蒿群落生草沙地二维样地)为研究对象,分析各样地中土壤钙磷比的大小及空间分布。结果表明,土壤钙磷比在空间上存在异质性,且土壤钙磷比的空间异质性大于土壤碳酸钙及有效磷含量各自的空间异质性,原因在于干旱、半干旱区土壤碳酸钙对磷素的限制作用。
3.对上述四个样地中土壤钙磷比对植物密度影响的分析表明,当土壤钙磷比小于2.5时,随着土壤钙磷比的增加,半干旱区油蒿密度逐渐增加而干旱区油蒿密度则逐渐减少;在半干旱区,当土壤钙磷比量级不变,土壤碳酸钙增幅大于有效磷增幅时,随土壤钙磷比的增加,油蒿密度逐渐增加;在干旱区,当土壤钙磷比量级增大、土壤碳酸钙显著增加而有效磷显著减少时,随土壤钙磷比的增加,油蒿密度逐渐增加,冷蒿密度逐渐减少。这表明干旱、半干旱区土壤钙磷比是影响植物密度的一个重要因素,而土壤钙磷比对植物密度的影响因植物群落所处气候带、土壤钙磷比增加类型及群落组成的不同而存在较大差异。由此,土壤钙磷比对植物个体生长、种群密度的影响会进一步影响群落的结构组成甚至动态变化,并最终影响植物群落稳定性。