模拟氮沉降和UV-B辐射对本地和入侵种群乌桕生长的影响

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外来植物入侵是全球变化的一个重要因子,严重威胁着生态系统稳定性和功能。探明全球变化因子对植物入侵产生的影响,对进一步了解入侵植物的生理生态学变化及有效防控外来入侵植物存在重要意义。当前全球变化的重要表现包括氮沉降加剧和紫外(UV-B)辐射强度增强。对生态系统的演替、植物的群落结构变化以及植物个体的生长和发育来说,这些外在环境因素的变化都会对其产生直接或间接的影响。然而,不同的环境因子之间也经常会相互影响,因此植物对环境因子的响应也许会发生一种交互效应。入侵植物可以成功入侵到新领域有以下两个原因:一方面是被引入新生境后的入侵植物在受到外界环境因素的影响时提高了适应性进化,从而进一步提高进竞争能力;另一方是与本地植物相比,入侵植物自身就具有较强的竞争能力。本试验分别从中国(本地)和美国(入侵地)采集4个不同种群的乌桕(Triadica sebifera)种子,于2016年春季进行盆栽试验,探讨N沉降、P施用和土壤灭菌对本地和入侵地不同种群乌桕生物量和生长因子的影响。试验采用完全交互设计,乌桕种源(origin)作为固定因子,种群(populations)作为随机因子。通过测定乌桕幼苗的生物量和形态学特征来分析模拟N沉降、P施用和土壤微生物群落对乌桕幼苗生长的净效应。为进一步探讨全球变化下的入侵植物作用,研究了模拟N沉降加剧和UV-B辐射增强对不同种群乌桕光合参数和生长的效应。分别从中国(本地)和美国(入侵地)采集6个不同种群的乌桕通过模拟N沉降加剧和UV-B辐射增强,在土壤微生物控制条件下,研究三者对不同种群乌桕生长和叶绿素荧光参数(包括光系统II最大量子产率(Fv/Fm)、光系统II实际光合量子产率(Y(II))、快速光曲线初始斜率(α)、潜在最大相对电子传递速率(ETRmax)和半饱和光强(Ik)、相对叶绿素含量(SPAD)以及株高的影响,旨在进一步阐述全球变化背景下乌桕成功入侵的机理。主要研究结果如下:1.在对照土壤中入侵地乌桕比本地乌桕具有较高的叶生物量、叶面积和株高,但是在灭菌土壤中没有较大差异。N沉降显著增加了乌桕地上生物量、总生物量、叶片数、叶面积和株高。P施用显著增加了乌桕根、茎、叶生物量。土壤微生物会促进乌桕的生长。在对照土壤中入侵种群乌桕表现优于本地种群。2.UV-B辐射增强致使乌桕形态学特征和生物量分配发生改变,大部分的资源分配给予了叶片以抵御外界UV-B辐射胁迫。N沉降使得乌桕将更多资源分配至地上部分,特别是叶片,减少了对地下生物量的分配。N沉降加剧、UV-B辐射增强和土壤灭菌对乌桕幼苗叶绿素荧光参数(Fv/Fm、Y(II)、α、ETRmax、Ik)、SPAD和株高具有显著影响,其中UV-B辐射和N沉降在株高方面交互作用显著,N沉降和土壤灭菌在Y(II)、SPAD和株高方面交互作用显著;入侵乌桕相比于本地乌桕具有较高的Y(II)和株高,但是对UV-B辐射胁迫更敏感且在SPAD方面具有较弱的植物-土壤反馈效应;乌桕与本地非根际土壤微生物群落之间多呈现积极的植物-土壤反馈效应。因而,全球变化(N沉降加剧、UV-B辐射增强)和土壤微生物,能够通过影响植物光合作用以及植物-土壤反馈过程来共同作用乌桕成功入侵的整个过程。综上所述,N沉降加剧、UV-B辐射增强和土壤微生物共同作用于乌桕成功入侵的整个过程。植物-土壤反馈过程以及植物光合作用等都影响乌桕的入侵的过程。
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