增温对南亚热带常绿阔叶林4种幼树生长和碳氮磷化学计量特征的影响

为了解不同物种在气候变暖条件下的生长及养分利用策略,研究选取南亚热带常绿阔叶林4种具代表性的典型乔木树种幼苗（1年生）木荷（Schima superba）、红锥（Castanopsis hystrix）、红枝蒲桃（Syzygium rehderianum）和海南红豆（Ormosia pinnata）为研究对象。采用红外-箱式增温的方法（2016年1月至2018年12月期间,年平均气温升高2.26℃,P<0.05）,研究了4种幼苗生长以及各器官中C、N、P化学计量特征和非结构性碳水化合物（NSC）含量对增温的响应。结果表明：增温促进了红锥和海南红豆（除2017年6月）的生长,但降低了木荷（增温1年后）和红枝蒲桃的生长（P<0.05）。增温显著降低了木荷细根、红锥茎干和海南红豆枝的P含量（P<0.05）,与对照相比,分别降低了1.91%、18.70%和46.07%。增温增加了固氮物种海南红豆细根N含量,但降低了其叶片N含量（P<0.05）,增温对其它树种N含量无显著影响。木荷茎干N∶P和海南红豆的细根N∶P在增温下分别升高了30.42%和90.29%（P<0.05）。此外,增温显著升高了木荷和红枝蒲桃叶片的可溶性糖含量（P<0.05）。以上结果表明,增温对南亚热带常绿阔叶林植物的影响存在种间差异,木荷和红枝蒲桃在增温条件下生长受限,但促进了红锥和海南红豆的生长,未来气候变暖可能会改变该生态系统的养分竞争平衡,进而可能会改变群落组成。     

南亚热带常绿阔叶林4个树种对增温的生理生态适应能力比较

以红枝蒲桃(Syzygium rehderianum)、海南红豆(Ormosia pinnata)、红锥(Castanopsis hystrix)和木荷(Schima superba) 4种南亚热带常绿阔叶林典型树种为研究对象, 采用红外-箱式增温的方法, 研究4个树种叶片气孔性状(表征气孔调节能力)、叶片解剖结构(表征叶片组织调节能力)和光合特征(表征养分维持能力)对增温的响应情况, 比较不同树种在增温背景下的生理生态适应能力, 为预测该地区森林植物在全球变暖情形下的生长变化趋势提供理论依据。结果表明: 增温后, 红枝蒲桃叶片海绵组织厚度减小, 且光合氮利用效率(PNUE)和光合磷利用效率(PPUE)降低; 海南红豆气孔导度增大、气孔密度减小以及叶片厚度和栅栏组织厚度减小, 同时光合速率、PNUE和PPUE升高; 红锥气孔大小缩小, 但光合速率不变; 木荷气孔增大而密度减小, 栅栏组织厚度减小, 光合速率、PNUE和PPUE降低。综上所述, 红枝蒲桃、海南红豆和木荷能够通过降低叶片厚度来适应高温环境, 不同物种的气孔调节、养分维持、光合速率和光合养分利用效率对增温的响应存在差异。增温有利于固氮植物海南红豆的生长, 但不利于传统优势树种木荷和红枝蒲桃的生长。因此, 在未来气候变暖的情况下, 固氮植物海南红豆由于具有较强的适应能力, 在南亚热带常绿阔叶林中可能会取代木荷和红枝蒲桃等成为新的优势树种。     

增温对南亚热带森林土壤磷形态的影响及其对有效磷的贡献

磷(P)是森林生态系统生产力的重要限制性元素。土壤磷的有效性取决于磷的存在形态及其转化过程。目前有关增温如何调控磷形态转化过程, 从而促进土壤有效磷含量增加的机制尚未明确。该研究以南亚热带森林为研究对象, 采用沿海拔高度从300 m下降至30 m以模拟温度自然上升的方法, 采集该林型0-10、10-20、20-40 cm的土壤, 并用适用于酸性土壤的连续浸提方法分离不同形态磷, 研究增温对土壤不同形态磷含量的影响, 探讨土壤不同形态磷与有效磷的关系, 识别对土壤有效磷在增温背景下增加有重要贡献的磷组分。结果表明增温使0-10 cm的无机钙磷(Ca-Pi)及20-40 cm的无机铁磷(Fe-Pi)和总无机磷含量分别显著增加了65.5%、17.9%和18.5%, 但对总有机磷及各有机磷组分含量均无显著影响。土壤不同形态磷与有效磷含量的相关分析表明, 有效磷与无机态的不同形态磷及有机铝磷、有机铁磷含量均显著正相关, 其中与Fe-Pi含量的相关性最强。通过土壤不同形态磷与有效磷含量的通径分析进一步发现, 无机铝磷、Fe-Pi是土壤磷转化过程中的重要中间过渡性磷组分, 且Fe-Pi是促进有效磷含量增加最重要的直接贡献磷组分。结合前期研究结果, 增温可能增大了凋落物磷对土壤磷的输入, 还可能强化了土壤的吸附和沉淀过程, 使得更多进入到土壤的溶解态磷转化为Ca-Pi、Fe-Pi等缓效磷源, 其中Fe-Pi可能成为南亚热带森林在气候变暖背景下最重要的有效磷来源。