模拟酸雨和氮添加对南亚热带主要树种磷含量的影响

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生态系统中磷(P)是植物生长所必需的一种大量矿质营养元素。然而在酸雨和氮沉降影响下,土壤养分状态P含量容易发生改变,进而影响植物的生长。本研究以南亚热带森林生态系统的主要乡土树种云南银柴(Aporosayunnanensis)、红枝蒲桃(Syzygium rehderianum)、锥(Castanopsis chinensis)以及木荷(Schimasuperba)为研究对象,利用鼎湖山自然保护区自然林的酸沉降平台,研究自然条件下模拟酸雨对南亚热带3种林型(季风常绿阔叶林BF、针阔叶混交林MF、针叶林PF)土壤养分动态和上述4个乡土树种P含量的影响;同时,在华南植物园科研区温室进行氮添加控制试验,探讨施氮对豆科植物海南红豆(Ormosiapinnata)、马占相思(Acacia mangium)及非豆科植物木荷(Schima superba)、马尾松(Pinus massoniana)P含量的影响。通过上述实验,以期为酸沉降环境变化背景下南亚热带森林资源的管理与保护提供科学依据。  模拟酸雨对土壤影响的研究发现,酸雨处理导致3个森林的土壤pH值下降,MF和BF土壤pH值(3.80和3.84)显著低于PF(3.95),且pH降幅随酸雨强度增加而增大。酸雨强度加大引起土壤酸化加剧,在提高3个森林上壤酸性磷酸酶活性(APA)的同时,也导致其土壤P有效性呈下降趋势,表明随着酸化加剧,P的限制作用增大。  模拟酸雨对乡土树种影响的研究发现,酸雨对4个乡土树种土壤酸化的效果因树种和土层而异。根际土pH值在树种间表现为锥<木荷<红枝蒲桃<云南银柴,在土层间呈现为上层土(0-10 cm)低于下层土(10-20 cm)。根际土pH值与土壤养分含量密切相关,且因树种而异:云南银柴、木荷的根际土pH值与土壤有机碳(SOC)均表现为显著负相关关系;锥根际土pH值与SOC、总氮(TN)、有效磷(AP)的含量极显著地负相关。各树种根际土AP的变化与土壤养分动态以及微生物活性密切相关。云南银柴、红枝蒲桃和锥的根际土AP与SOC、TN以及总磷(TP)均呈现显著的正相关关系;云南银柴根际土AP与MBC极显著地正相关。4个乡土树种的叶片N∶P均大于20,表明其生长受P限制。云南银柴、红枝蒲桃和锥的叶片N∶P均与土壤pH值呈负相关,表明酸雨引起的土壤酸化加剧会导致植物叶片N∶P升高,从而加剧植物体受P限制的程度。  氮添加实验结果表明,氮添加对4个树种基径和树高的影响因树种、氮添加方式和施氮量而异。不同氮添加方式和施氮量处理均未促进豆科植物(海南红豆和马占相思)的生长,然而,冠层施氮却显著提高了非豆科植物(木荷和马尾松)的生长。两种施氮方式相比,土壤施氮促进了木荷的生长却抑制了马尾松的生长,而冠层施氮对二者均有促进作用。施氮量增加有利于木荷的生长。随着氮添加处理时间增加,4个树种的叶片N∶P都大于20,其生长均显著受P限制。海南红豆叶片N∶P增大是由于氮添加引起的叶片P的增量小于N的增量,而马占相思叶片N∶P升高与叶片P的减少相关。对于木荷与马尾松,其叶片N∶P的升高与叶片N的增加相关。氮添加下,相比于非豆科植物,豆科植物能利用丰富的氮产生更多的磷酸酶。随施氮量增加,土壤微生物总量和AMF活性受到抑制,不利于植物对P的吸收,导致植物生长受P的限制加大。  本研究表明,模拟酸雨加剧了南亚热带森林生态系统的土壤酸化与P限制,从而改变土壤养分动态,导致云南银柴、红枝蒲桃、锥和木荷叶片N∶P的升高,加剧植物生长受P限制的程度。氮添加通过抑制土壤微生物总量和AMF活性,导致海南红豆、马占相思、木荷及马尾松受P的限制加大。
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