闽楠天然更新过程对植物功能性状可塑性及土壤特征的影响

来源 :中南林业科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mingxingc
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植物天然更新是重要的生态学过程,为应对外部环境变化植物会产生不同的更新变异特征。闽楠(Phoebe bournei)属国家Ⅱ级保护植物,其独特的使用价值以及发育缓慢的生长特点导致现今完整的成片闽楠自然林较为少见。本研究便基于植物功能性状以及生态化学计量理论,以天然更新的闽楠林为主要研究对象,将其更新过程分为更新初期、前期、中期、后期四个阶段。通过测定不同更新阶段中闽楠叶片形态性状和养分性状、闽楠林中凋落物养分含量、土壤养分含量及土壤微生物群落组成结构和多样性,探究天然更新的闽楠叶片功能性状、凋落物养分特性、土壤养分含量变异特征以及不同更新阶闽楠林土壤微生物群落组成和多样性变异特征;并结合植物-土壤养分特征相关分析、拟合植物-土壤养分内稳性模型、RDA冗余分析植物-土壤环境对土壤微生物的影响,从而揭示闽楠适应不同更新阶段的生存策略变化以及影响闽楠林进行天然更新的关键环境因子,并说明天然闽楠林中叶片功能性状、凋落物养分特性、土壤养分特征以及土壤微生物群落之间的相关关系。以期为研究闽楠林应对生态环境变化的具体更新机制、天然闽楠林资源的保护和修复提供理论和数据支撑。主要研究结果如下:(1)随着天然更新的进行闽楠叶片为适应环境变化会产生适应性功能性状变异,其中叶片形态性状中叶面积、比叶面积以及叶宽更容易受到自身生长发育和环境变化的双重影响,各形态指标的种内变异系数在8.84%-30.18%之间变化。随着更新的推进,闽楠生长速率显著提高而养分利用效率降低。闽楠叶片在更新前期主要受P元素限制但随着更新的进行限制作用有减弱的趋势,在更新后期转变为受N元素的限制。闽楠林凋落物养分含量变异系数范围为4.58%-23.3%,在更新后期凋落物分解速率降低,养分归还量逐渐减少。另外,凋落物在分解时同样受P元素限制。(2)天然更新的闽楠林土壤物理性质和养分含量均发生明显变化。土壤容重、土壤含水率、土壤pH均表现为随着土层的加深而不断升高。土壤中C、N含量表现出较高值,但P含量较低,土壤P有效性在更新后期显著降低。各养分指标变异系数范围为9.81%-53.64%,土壤C和C:P变异系数最大,土壤P变异系数相对较小。不同生长季中不同更新阶段土壤养分含量变化相似,即非生长季高于生长季,这与闽楠生长规律一致。在更新中的闽楠林土壤主要受N元素限制且随着更新的推进限制作用越来越显著。从不同土层养分含量变化来看,天然闽楠林土壤养分呈现一定的表聚效应。(3)天然更新的闽楠林土壤微生物群落组成结构会发生相应变化。在各分类学水平上不同更新阶段土壤中细菌物种丰度显著高于真菌物种丰度。在门分类水平上,不同更新阶段中土壤细菌群落优势菌门表现一致均为变形菌门、酸杆菌门、放线菌门以及绿弯菌门,担子菌门、子囊菌门、Unclassified-k-Fungi为闽楠林土壤真菌群落的优势菌门,优势菌门占据群落组成的90%以上。Alpha多样性分析表明,天然更新对土壤微生物群落多样性产生明显影响。在更新末期土壤细菌群落丰富度增加,而真菌群落在更新末期则表现相反趋势;土壤细菌群落和真菌群落在Beta多样性上均在不同更新阶段呈现分离效应,在同一更新阶段内则呈现聚集效应。(4)天然闽楠林的闽楠叶、凋落物、土壤养分性状的主要化学计量指标之间均存在显著的相关关系。其中,土壤有机C与植物以及凋落物养分指标表现出更强的相关关系,其为天然更新中闽楠林植物功能性状的主要影响因子。闽楠叶片养分及其化学计量比内稳性指数变化范围为2.33-16.78,凋落物养分及其化学计量比内稳性指数变化范围为7.84-52.36,从植物-土壤养分内稳性模型可看出,本研究天然更新的闽楠林具有一定的内稳性,在适应外部环境变化时会调整养分利用策略从而保持自身养分元素的平衡。天然闽楠林中植物-土壤养分性状与土壤细菌群落、真菌群落多样性均呈现显著相关性,总体来看对土壤细菌群落多样性的影响程度要强于土壤真菌群落。RDA分析表明,叶片氮、叶片碳、凋落物碳、土壤pH是对土壤细菌群落影响程度最大的环境因子,而土壤氮、叶片碳、凋落物碳、土壤pH是对土壤真菌群落影响程度最大的环境因子。不同土壤微生物群落与植物-土壤养分之间的相关关系表现不同,但均与植物C含量以及土壤pH表现出较强的相关关系。我们建议,在保护天然闽楠林的过程中,不仅需要及时补充氮肥、磷肥,还应注意调整林分和树种结构,从而促进闽楠在自然环境下更好的生长。
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