模拟氮沉降对北京东灵山辽东栎林树木生长的影响

传统的元素限制模型认为氮是温带森林生长的限制元素, 不过该结论更多是从地上生物量以及群落水平进行阐述, 忽视了不同物种以及不同径级树木对外源氮的响应差异。辽东栎(Quercus wutaishanica)林是华北地区常见的森林类型, 该研究以北京东灵山辽东栎林为研究对象, 通过设置3个氮添加水平的实验, 即对照CK (0 kg·hm ^-2·a ^-1), N50 (50 kg·hm ^-2·a ^-1)和N100 (100 kg·hm ^-2·a ^-1), 模拟氮沉降对群落和物种水平以及不同径级树木生长的影响。经过7年氮添加, 实验结果显示: 物种水平上, 氮添加明显促进了优势树种辽东栎的生长; 群落水平上, 树木生长随氮浓度增加有不断上升趋势, 但统计学差异不显著; 氮添加显著抑制了辽东栎以及群落内小径级(3-10 cm)树木生长, 中(10-20 cm)、大径级(>20 cm)树木生长随氮沉降水平增加呈上升趋势, 但统计学差异不显著。表明氮是辽东栎以及温带森林树木生长的限制元素; 不同径级的辽东栎和群落内其他植物对氮添加响应不一致, 氮添加抑制了小径级树木生长, 中、大径级树木生长对氮添加响应不明显。     

模拟氮沉降对北京东灵山辽东栎群落林下植物物种多样性的影响

氮沉降是驱动生物多样性变化的重要因素之一。一般认为氮沉降会改变物种多样性, 而且在外源氮添加条件下, 禾草类植物和落叶灌木比杂类草和常绿灌木更具竞争优势。不过该结论更多是从高寒草甸和荒漠草原等生态系统中得到, 主要是针对同一生活型内植物之间的竞争关系, 不涉及不同生活型植物之间的相互作用, 并且由于草原和草甸等生态系统没有明显的垂直结构, 同一层次中植物的高度差异较小, 有可能高估了光照因素对植物的作用。因此从森林生态系统入手, 可以进一步阐述不同生活型植物对氮沉降的响应。本文以我国北方典型的落叶阔叶林——辽东栎(Quercus wutaishanica)林为研究对象, 设置CK (0 kg N·ha ^-1·yr ^-1)、N50 (50 kg N·ha ^-1·yr ^-1)和N100 (100 kg N·ha ^-1·yr ^-1) 3个梯度氮添加实验, 模拟氮沉降对温带森林生物多样性的影响。8年连续的氮添加实验结果显示: (1)氮添加显著降低了林下植物的物种丰富度和多样性, 改变了群落的物种组成; (2)氮添加提高了灌木植物的物种丰富度和多样性; 降低了草本植物的丰富度; (3)氮添加降低了禾草类植物的重要值, 提高了杂类草的重要值。该研究表明, 长期氮添加会显著改变林下植物的物种组成, 不同生活型植物对氮添加的响应亦有所差别。造成该现象的原因可能是由土壤环境变化(如养分含量提高, pH值下降)和植物获取光照能力强弱(如灌木植物获取光资源要多于草本植物)导致。