树种种间竞争对亚热带森林植物和土壤碳氮含量的影响

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土壤碳、氮元素在生态系统中发挥重要功能,其受到植物物种间互补和竞争作用的影响。然而,种间竞争对土壤碳、氮动态的影响具有物种特异性(即不同物种在相同环境下表现具有差异),因此,量化种间相互关系,是深入认识植物多样性与生态系统功能关系的核心。森林是陆地生态系统最大的碳、氮储存库,定量探讨种间竞争对森林土壤碳、氮转化过程的影响对于理解全球碳、氮循环具有重要意义。基于此,本研究以亚热带森林的常见树种(包括落叶和常绿树种)为研究对象,选择幼苗(生长一年)和幼树(生长十年)两种树木主要发育阶段开展竞争控制实验。本论文通过计算植物生物量的变化来定量种间竞争强度(Relative Interaction Intensity,RII),并测定植物碳、氮含量,土壤碳、氮库活跃组分及碳、氮矿化速率,以此阐明幼苗和幼树种间竞争对植物-土壤碳、氮动态的影响及其调控机制。主要结论如下:(1)幼苗种间竞争影响植物碳、氮含量的研究结果表明,在8组混合处理中,植物间的关系皆为种间竞争。幼苗种间竞争对植物碳、氮含量的影响具有物种特异性。植物碳、氮含量随着竞争强度的增加而降低。(2)幼苗种间竞争对土壤可溶性有机碳、氮含量影响的研究结果显示:种间竞争增加了土壤可溶性有机碳、氮含量,但降低了土壤铵态氮(NH4+-N)含量和净氮矿化速率。随着竞争强度的增加,土壤可溶性有机碳、氮含量增加。这些结果表明,在幼苗阶段,植物与微生物可能发生强烈的养分竞争,从而降低了由微生物参与的土壤净氮矿化速率,导致土壤可溶性有机碳、氮含量增加。(3)幼树种间竞争影响植物碳、氮含量的研究结果显示:在种植不同物种的6组混交林中,仅有短柄枹栎(Quercus serrata)–苦槠(Castanopsis sclerophylla)组合的种间关系为促进作用;其余5组混交林的种间关系为竞争。幼树种间竞争对植物碳、氮含量的影响具有物种特异性。植物碳、氮含量随着竞争强度的增加而降低;这与种间竞争影响幼苗碳、氮含量的研究结果相一致。(4)幼树种间竞争对土壤碳、氮循环过程的影响:短柄枹栎–苦槠组合增加了土壤总碳含量、土壤碳氮比和土壤净氮矿化速率。当区分功能类型组合时,种间竞争仅增加落叶–常绿树种组合的土壤总碳、氮含量以及土壤可溶性有机碳、氮含量。本文还发现土壤总碳、氮含量,土壤可溶性有机碳、氮含量以及土壤净氮矿化速率与竞争强度呈显著负相关。这些结果说明,幼树间促进作用可为植物和微生物生长提供更多的可溶性有机质和矿质氮,这有利于植物生长及土壤碳储存。相反地,剧烈地种间竞争使植物生长受限,这将减少土壤有机质输入,且降低了土壤氮的可利用性。综上所述,种间竞争对植物和土壤碳、氮含量的影响具有物种特异性;随着竞争强度的增加,植物的碳、氮含量降低,上述结果在树木不同发育阶段具有一致性。然而,在树木不同发育阶段,种间竞争对土壤碳、氮库活跃组分——可溶性有机碳、氮含量的影响并不一致,表明了植物与微生物对土壤氮的利用性存在权衡。总的来说,本论文阐明了幼苗和幼树种间竞争对亚热带森林土壤碳、氮含量的影响,揭示了种间竞争条件下植物-土壤间相互关系。该研究有利于我们更好地理解森林生态系统土壤碳、氮循环,并为森林生态管理提供理论支持。
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