模拟增温和氮沉降对几种菊科入侵植物生长及形态属性的影响

【摘要】：以气候变暖和氮素沉降增加为主要特征的全球变化正在改变着人类赖以生存的生态环境，引起了越来越多的关注和研究。相关研究表明，温度升高和氮沉降增加对植物的生长及形态属性将产生影响，可能会促进植株生长，也可能是不利于生长。环境的变化也可能改变植物的种间竞争，从而影响外来种入侵新栖息地的过程和结果。植物入侵与其他全球变化因子间的相互作用已经成为全球生态学的一个研究热点。本试验采用红外辐射加热器模拟增温和施加硝酸铵溶液模拟氮沉降的方法，研究全球变化条件下，几种入侵植物和本地种形态属性及竞争生长的响应。主要结果总结如下： 1增温对不同地区多斑矢车菊生长和形态属性有影响，温度升高2℃对有的地区种源植株生长有促进作用，有的则是不利于生长，且作用程度可能和地区所处地理位置、气候条件存在相关性，具体表现为低、高纬度地区响应强于中纬度地区，高山地区强于沿海岸区。对各组多斑矢车菊进行4.0g.m-2的氮沉降处理后，各组多斑矢车菊（Maryland组除外）株高和地上生物量均增加，而根系生物量和根冠比降低。不同地区多斑矢车菊的响应程度不同，具体表现顺序为VermontMontanaMaryland组，这与增温处理的研究结果具有相似性。这表明，加氮促进了多斑矢车菊的生长力，但是长期持续加氮或者施加高浓度氮会不利于植物根系生长。 2早熟禾不受多斑矢车菊竞争时，增温能显著促进早熟禾生长。受到多斑矢车菊竞争后，早熟禾的生长受到强烈干扰，叶面积和生物量等生长指标显著降低，具体影响顺序为UkraineArkansasRomaniaVermontMontanaMarylandCanada组。增温对竞争中的多斑矢车菊和早熟禾生长大多表现为促进作用，其中早熟禾地上部分更加显著，而多斑矢车菊根系部分更为敏感。早熟禾不受多斑矢车菊竞争时，4.0g.m-2氮沉降能显著促进早熟禾生长。多斑矢车菊与早熟禾竞争后，加氮可以促进两物种的生长，并且前者的响应更为敏感，其生长状况和竞争力均高于早熟禾。不同地区多斑矢车菊竞争优势表现为VermontMarylandMontana组，多斑矢车菊在竞争中处于有利生长，而氮沉降使这种优势更显著。 3不同增温模式对植物生长的影响存在较大差异，具体表现为：鬼针草对增温的响应顺序由大到小依次为为全天、夜晚、白天增温；多须公和紫茎泽兰的响应顺序是白天、夜晚、全天增温；加拿大一枝黄花的响应顺序为白天、全天、夜晚增温。3种增温模式对本地种（鬼针草和多须公）地上部分生长有促进作用，而不利于根系生长。除全天增温对紫茎泽兰生长没有促进作用外，各种增温处理对入侵种（紫茎泽兰和加拿大一枝黄花）地上及根系部分生长都有促进作用。通过对4种植物进行施加1.0g.m~(-2)和4.0g.m~(-2)浓度的氮处理发现，2种浓度的氮对植物生长都具有促进作用，本地种在1.0g.m~(-2)氮处理下的促进作用高于4.0g.m~(-2)，而入侵种则是后者的促进作用高于低氮处理。这表明，与本地种相比，入侵种有更高的氮耐受能力，高浓度或者持续氮沉降条件下，入侵种的生长将更有利。