松嫩草地水分和养分对植物—土壤反馈效应的作用研究

来源 :东北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bchen2009
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生态系统中的植物与土壤的关系受到越来越广泛的关注,由此提出的“植物-土壤反馈”(Plant-Soil Feedback,简称PSF)概念在近二十年来不断发展,相关研究不断深入。植物-土壤反馈在解释植物地上-地下关系、种群动态变化、物种入侵机制、群落组成格局、生物多样性维持、生态系统功能等方面都有所应用。草地生态系统是一个多环境因子影响的复杂系统,水分是限制草地生产力和多样性的重要环境因子,水分的变化可能改变植物-土壤反馈的强度。草地生产力还受到多种土壤养分条件的限制,而土壤养分会也会改变植物与土壤间的相互作用,从而改变植物-土壤反馈的强度和方向。此外,不同环境因子组合对植物-土壤反馈的影响研究还相对较少,因此需要开展此类研究以明确植物-土壤反馈在复杂自然环境中的动态变化。本研究以松嫩草地的优势种与常见植物——羊草(Leymus chinensis)和兴安胡枝子(Lespedeza davurica)为研究对象,通过控制水分和养分两种环境因子,设置两阶段的植物-土壤反馈盆栽实验,研究水分和养分及它们的交互作用对植物-土壤反馈的影响,分析影响植物-土壤反馈对两种环境因子的响应趋势。本研究获得以下主要结果及结论:(1)羊草和兴安胡枝子对土壤有着不同的调节作用。羊草调节过的土壤表现为较高的p H,较低的总碳和总氮含量,而兴安胡枝子调节过的土壤正好相反,二种土壤的总磷含量没有显著差异。这说明两种植物对土壤养分的获取有着不同的侧重,导致了两种土壤的理化性质的有着明显的差异,这会影响后续不同植物的生长。(2)水分是影响羊草植物-土壤反馈的主要驱动因素。随着水分梯度的增加,羊草的株高增高,羊草的株高始终在兴安胡枝子调节过的土壤中较高,并且两种土壤条件下的变化趋势基本一致,养分条件的改变没有使这一趋势发生转变。羊草的总碳含量在同等养分梯度条件下随着水分的增加表现为,低水分条件下羊草调节土壤中含量相对较高,而中等水分和高等水分梯度上兴安胡枝子调节土壤中的羊草总碳含量相对较高。基于总生物量计算的PSF强度变化规律为,随着水分的增加羊草的反馈效应呈现出负反馈-正反馈-负反馈的变化,说明羊草随着水分梯度变化PSF的曲线出现拐点,水分可能是决定羊草PSF方向的重要控制因子。(3)兴安胡枝子的植物-土壤反馈变化受养分影响更显著。肥料的添加显著的改变了土壤的养分含量以及p H等,这种土壤的改变对兴安胡枝子的影响更大。对于兴安胡枝子的总碳含量,在适度的养分条件下会改变其在两种调节土壤中的相对含量,随着养分的增加兴安胡枝子总氮含量也明显增加。兴安胡枝子的PSF强度在低养分梯度是负反馈,在中等养分及高水平养分条件下是正反馈。养分的添加使兴安胡枝子的PSF从负变正,说明养分显著改变了PSF的方向,肥料的使用使得兴安胡枝子在自身调节过的土壤中生长地更好。(4)水分和养分交互作用对植物-土壤反馈的作用存在背景依赖性。对于羊草和兴安胡枝子两种植物的PSF,水分和养分有着不同的影响趋势,即水分对羊草的PSF影响更大,而养分则对兴安胡枝子PSF变化方向有更好的预测。在特定的水分或养分条件下,养分和水分可能也会发挥作用,例如中等和高等养分条件下兴安胡枝子的PSF都表现为正反馈,随着水分的变化,PSF的强度会有不同大小的改变,但这种改变没有养分对兴安胡枝子的PSF影响程度大。因此,水分和养分对PSF的影响需考虑特定物种的特性以及其他环境因子条件,扩展到多种不同环境因子对PSF作用的模式上,可能很难描述出一般性的普适性规律,所以需要考虑PSF对环境响应变化的背景依赖性。总的来说,本研究表明羊草和兴安胡枝子对土壤的性质有着不同的影响,进而导致两种植物对水分和养分的变化有着不同的响应方式,即水分的作用对羊草的PSF变化影响显著,而兴安胡枝子的PSF对养分的变化响应较强,不同环境因子对PSF的作用存在背景依赖性。本研究关注水分和养分两种环境因子对PSF的影响,有助于明确植物和土壤群落之间反馈的相互作用,可以有效的为多环境影响因子下的PSF响应提供一定的理论依据。将PSF的作用规律应用到草地管理的实践中,有助于更好地理解草地物种间的相互作用,合理规划草地植物的组成,进而提高草地生产力。因此,本研究可以对PSF在多种因子影响的环境条件下的作用规律提供一定的实验依据和理解,也可以为草地生产等实践活动提供一定的理论支持。
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