论文部分内容阅读
牛皮杜鹃(Rhododendron aureum)是长白山苔原生态系统中最主要的建群种,广泛分布于海拔2100 m以上的高山苔原带,对维持苔原带生态系统平衡有重要意义。在全球气候变化与氮沉降的背景下,世界各地均有苔原草甸化的研究报道。长白山苔原带作为对全球变化最敏感的响应区域之一,苔原带植被发生了重大变化,以小叶章(Deyeuxia angustifolia)为代表的草本植物从中低海拔上侵至苔原带,形成草本植物斑块,改变苔原带生态系统结构与功能。藜芦(Veratrum nigrum)是近年出现的草本入侵植物,与原生的灌木牛皮杜鹃及笃斯越橘(Vaccinium uliginosum)相比,藜芦生长速度快,种间竞争能力强。自2014年被发现上侵以来,至2017年已形成大面积的草本植物斑块。因此,研究藜芦入侵过程中,入侵植物与原生灌木的生长状况变化过程及土壤养分含量变化过程,对理解草本植物快速入侵机理有重要意义,是确定高山苔原变化趋势和保护长白山脆弱的苔原生态系统的基础研究,同时对认识种间竞争导致植被分布变化和生境变化提供了经典研究案例。本研究选取长白山西坡苔原带海拔2150 m与2350 m不同生境下的牛皮杜鹃群落作为研究对象,根据藜芦盖度分为无入侵(阶段Ⅰ)、轻度入侵(阶段Ⅱ)、中度入侵(阶段Ⅲ)和重度入侵(阶段Ⅳ)等4种不同类型,设立观测样方,进行植被生长过程观测与入侵程度变化监测,并进行土壤养分和植物生物量测定。经过为期3年的野外观测,得到如下结论:1.藜芦在不同环境下入侵速度存在差异,其中,海拔是控制入侵速度的最主要的环境因子,藜芦在低海拔区域入侵速度更快;缓坡区域比陡坡区域藜芦入侵速度快,沟谷区域比坡面区域藜芦入侵速度快;藜芦的入侵过程为:从苔原带低海拔向高海拔上侵,沿着缓坡沟谷向缓坡坡面推进,再侵入陡坡坡谷,逐步上侵至陡坡坡面;2.不同入侵程度下藜芦与牛皮杜鹃的生长情况有明显差异,重度入侵样方与无入侵样方相比,牛皮杜鹃在顶芽长(terminal bud length)、叶长(leaf length)、叶宽(leaf width)和叶面积(leaf area)等4个生长特征上均有显著减小趋势(P<0.05);重度入侵样方与轻度入侵样方相比,藜芦在株高(height)、茎粗(stem diameter)、叶长(leaf length)、叶宽(leaf width)和叶面积(leaf area)等5个生长特征上均有显著增加趋势(P<0.05),且藜芦扩张速度越快,藜芦生长状况越好,牛皮杜鹃生长状况越差;3.随着入侵程度的加重,牛皮杜鹃等灌木植被的年际生物量下降显著(P<0.05),藜芦等草本植物的年际生物量显著增加(P<0.05),总地上生物量有下降趋势但并不显著(P>0.05);4.随着入侵程度的加重,土壤养分含量年际变化显著,土壤有机质(SOM)与全氮(TN)含量显著下降(P<0.05),速效氮(AN)与速效磷(AP)含量显著增加(P<0.05);5.植被地上生物量与土壤环境因子的RDA分析表明,藜芦的地上生物量与土壤速效氮含量呈正相关,牛皮杜鹃的地上生物量与土壤有机质含量呈正相关;回归分析表明,在入侵过程中,藜芦地上生物量的变化过程符合Logistic增长模型,限制藜芦进一步扩张的主要因素是土壤速效氮供应水平;牛皮杜鹃地上生物量减少趋势符合指数模型,限制牛皮杜鹃退化的主要因素是土壤有机质分解速度。