毛竹向常绿阔叶林扩张对碳氮磷硅储量及其化学计量特征影响研究

• 作 者: 刘小玉
• 出 处: 福建农林大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 毛竹入侵 硅循环 化学计量 自然保护区

近年来,自然保护区内毛竹向邻近受破坏的次生常绿阔叶林扩张现象日益严重,但有关毛竹扩张引起的生态后效与入侵机制研究仍有待完善。毛竹属于超富硅植物,这一生物学特性在毛竹扩张相关研究中鲜有考虑。硅元素与其它养分元素（如碳、氮、磷）之间存在紧密联系,过多或过少的硅元素对植物的生长都可能引起负面影响。本研究以硅元素的变化为切入点,采用时空替代法,在江西官山国家级自然保护区沿毛竹扩张方向连续选取毛竹林、竹阔混交林、次生常绿阔叶林,比较分析扩张前后植物-土壤系统中碳、氮、磷、硅元素的分布格局,扩张前后植物的碳、氮、磷、硅元素含量与硅有关的化学计量比等指标,并通过室内硅添加实验来验证硅对植物体内碳、氮、磷化学计量平衡的影响。研究结果如下:（1）毛竹向常绿阔叶林扩张导致生态系统中的总碳储量从252.7 t C ha^-1到149.8 t C ha^-1减少了40.7%,其中土壤碳库并未发生明显变化,植物部分碳储量从147 t C ha^-1到45 t C ha^-1减少了70%。由于毛竹根系周转速度的增加,加快了地下部分的碳循环。对于氮素来说,毛竹的干扰已降低了如虎皮楠等植物的叶氮含量,从生态系统层面来看,毛竹的扩张并未影响氮的总储量,但植物与土壤之间的分配格局发生了一定的变化。毛竹的干扰显著影响了阔叶树种叶片磷含量,毛竹的扩张增加了生态系统的磷储量并改变了其分配格局。（2）毛竹硅元素是其它阔叶树种的3-5倍,属于超富硅植物。且毛竹的干扰导致了样地典型植物虎皮楠硅含量的增加,改变了乔木树种的碳氮磷化学元素计量比。毛竹的扩张导致土壤不同形态硅的分布发生一定程度的改变,毛竹向常绿阔叶林扩张导致生态系统中的总硅储量从303 kg Si ha^-1到465 kg Si ha^-1增加了35%,且植物体Si库增加了27%。由于毛竹根系周转速度的增加,加快了地下部分的硅循环。（3）通过外源硅添加实验发现在低硅与高硅添加改变了实验树苗的高生长与地径影响其光合作用参数,如降低了闽楠与杉木净光合速率,而提高了木荷的净光合速率导致毛竹、闽楠、杉木体内的C:N:P化学计量比增加,木荷却相反。通过以上研究结果可知,毛竹向次生常绿阔叶林的扩张会显著改变生态系统碳氮磷硅的储量与分配格局,毛竹的干扰影响了乔木植物的生长与碳氮磷化学计量特征。本研究可丰富毛竹入侵常绿阔叶林的化学计量内稳态平衡理论,为毛竹扩张的生态后效评价与成功入侵机制提供理论依据。