山地湿性常绿阔叶林附生苔藓对模拟氮沉降增加的生理生化响应

Though nitrogen (N) addition had significantly negative effects on species richness and cover of the epiphytic bryophyte community, few evidence have been provided to address the mechanisms of high sensitivity of epiphytic bryophytes in response to N deposition. Based on the previous works, a simulated N deposition experiment will be conducted in montane moist evergreen broad-leaved forests in Ailao Mountains, Yunnan. Growth, health, C and N metabolisms, and membrane integrity of dominant bryophyte species will be determined and compared in different concentrations of N treatment, adopting in situ monitoring, as well as some conventional physiological and chemical analysis methods. The physiological and biochemical mechanisms of impacts of enhanced N deposition on epiphytic bryophytes was highly treated in this study. According to the above data, we can assess the sensitivity of different epiphytic bryophyte species in response to elevated N deposition and develop early identification methods to evaluate ecological consequences of enhanced N deposition to montane forest ecosystems. We wish this study can provide scientific basis for protection and management of montane forests. Based on this work, we wish 1-2 graduate students grew up during the campaign. Three to five papers, including 1-2 SCI papers, will be published after this study.

大气氮沉降增加导致山地森林附生苔藓群落的严重退化，然而有关附生苔藓对氮沉降增加具有高敏感性的内在生理生化机制尚不清楚。本项目基于前期较好的研究工作基础，拟以云南哀牢山山地湿性常绿阔叶林附生苔藓优势种为研究对象，采用人工控制、定位监测、常规生理生化分析相结合的方法，研究在不同浓度氮处理条件下亚热带山地湿性常绿阔叶林附生苔藓优势种的生长率、健康状况、C与N代谢过程、细胞膜透性等方面的变化，揭示山地森林附生苔藓对N沉降增加的生理生化响应机理，评价不同附生苔藓植物对氮沉降增加的敏感性，探讨氮沉降对山地森林生态系统影响的早期识别方法，为预测高氮沉降对森林生态系统的影响，以及山地森林资源的保护与管理提供科学依据。通过本项目的研究，培养青年科技骨干1-2名，发表高水平论文3-5篇，其中SCI论文1-2篇。

基于前期较好的研究工作基础，对哀牢山山地湿性常绿阔叶林常见附生苔藓的常规生理生化指标及其生态适应策略进行了系统的测定和分析，并开展模拟N沉降实验，研究了附生苔藓植物的N素利用策略及其响应N沉降增加的生理生化机制。结果表明，干燥空气中，饱和吸水的苔藓样本在1h内丧失其所有自由水，且其光合速率对水分供给具有高度依赖性。哀牢山常见树干附生苔藓具有低的气体交换速率（<0.6μmol m–2 s–1）、光饱和点（101.9~113.1 μmol m–2 s–1）、光补偿点（3.6~4.7 μmol m–2 s–1）和极低的光合效率系数（3~4），强光下呈现出光抑制现象，表现出典型的耐荫植物的光合特征。此外，附生苔藓还具有较高的比叶面积、叶绿素含量、单位N叶绿素含量，较低的叶绿素a/b比率和光合N利用率，这些性状有利于提高附生苔藓在低光照生境下的量子捕获效率，表明附生苔藓对资源采取高截留的策略以适应林内荫蔽环境。模拟氮沉降实验表明附生苔藓能从树皮中获取一定量的N素，虽然这一来源低于它们从大气沉降中获取的N量；在所研究的附生苔藓植物组织中，有机态N（Gly-N）对总N的贡献量为28.4~44.5%，说明有机N是附生苔藓获取N素的重要形态之一。附生苔藓植物的C代谢过程和化学稳定性受到N沉降水平的强烈影响，高N沉降诱发的C代谢失衡是造成附生苔藓受损的关键生理生化机制，其具体过程为：高N输入诱发离子渗漏（例如：K+、Mg2+），造成叶绿素降解，光合作用受到抑制，进而导致生长受阻，健康状况恶化。当N沉降率达到7.4~12.2 kg ha–1 yr–1时，附生苔藓植物的物种丰富度、盖度、生物量生产、净光合速率和叶绿素含量都显著降低。基于此，综合考虑该研究区大气N沉降的背景值（约7 kg N ha–1 yr–1），推测山地湿性常绿阔叶林附生苔藓响应大气N沉降的临界值约为14.4 kg N ha–1 yr–1。N沉降增加将导致群落异质性和苔藓植物生物量生产降低，最终使亚热带山地森林生态系统的C、N循环过程发生改变。基于本项目的研究，培养了青年科技骨干2名，发表高水平论文8篇，其中SCI 论文6篇。