氮沉降下薇甘菊入侵幼林过程中的光合特性及其与化感作用的耦合效应

This project puts forward a hypothesis that the changes in nitrogen deposition might give rise to the changes in photosynthesis of Mikania micrantha H. B. K., and that there might be a certain relationship between the photosynthesis and allelopathy of Mikania micrantha, and further, this relationship might exert a coupling effect on the invasion of Mikania micrantha. The aim of this project is to test and verify this hypothesis by scientific experiments. It is to plan to simulate atmospheric nitrogen deposition in the young plantation of Schima superba Gardn. et Champ in latosolic red soil in the south subtropics, sow seeds of Mikania micrantha on the soils around quadrats, and study the key questions: (1) the effect of nitrogen deposition on the photosynthetic characteristics of Mikania micrantha in its invasion to the plantation; (2) the relationship between the photosynthesis and allelopathy of Mikania micrantha under nitrogen deposition, and (3) whether or not there might be a coupling effect of photosynthesis and allelopathy of Mikania micrantha on its invasion under nitrogen deposition. This project will be an entirely new and significant approach to the ecological effects of nitrogen deposition and invasion theory of plant species.

本项目根据已有的研究进展和存在的科学问题，提出了如下的假说：氮沉降的变化可能导致了薇甘菊光合作用的变化，薇甘菊光合作用与化感作用可能有一定的关系，这种关系可能具有协同促进薇甘菊入侵的耦合效应。目的是要通过科学实验来验证这个假说。拟在南亚热带赤红壤木荷人工幼林地上，模拟大气氮沉降，在各样方周围的土壤上播种薇甘菊种子，研究下列的重要问题：（A）氮沉降的增加对薇甘菊在入侵林地过程中的光合特性的影响；（B）氮沉降下薇甘菊光合作用与化感作用之间的关系；（C）氮沉降下薇甘菊光合作用与化感作用是否有协同促进薇甘菊入侵的耦合效应。本项目是对氮沉降的生态影响、植物种入侵理论全新而重要的探讨。

大气氮沉降的不断增加引起了生态系统多方面的变化，而薇甘菊在热带亚热带地区迅猛入侵的现象还没得到合理的解释。本项目提出了氮沉降的增加可能有利于薇甘菊在幼林地中入侵的假说。通过一系列的实验，较圆满地验证了我们提出的假说。结论如下：.（1）2013年6月，在模拟氮沉降已有26个月的木荷人工幼林使用LI-6400光合仪测定薇甘菊光合特性显示，不同氮沉降处理（N0、N5和N10，分别为N：0 g•m-2•a-1。N：5 g•m-2•a-1。N：10 g•m-2•a-1）之间薇甘菊净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率无显著差异（p˃0.05），但氮沉降的增加在一定程度上提高了薇甘菊的这些光合指标。2013年9月，薇甘菊净光合速率日均值表现为N5˃N10˃ N0。2013年11月，N10处理下薇甘菊P，max和LSP与N0处理有显著差异（p<0.05），而与N5处理差异不显著（p˃0.05）。最大净光合速率大小依次为P，max(N10)˃P，max(N5)˃P，max(N0)。与对照相比，N5和N10处理增加了薇甘菊的LSP，而降低了LCP，表明薇甘菊对光能的利用范围变宽，增强了薇甘菊对光环境的适应能力。.（2）使用OS-1P型叶绿素荧光仪测定2013年6月、8月、11月薇甘菊叶绿素荧光参数，显示N0处理各指标值均低于N5处理与N10处理，氮沉降量的增加能够促进薇甘菊光合作用效率的提高，会对薇甘菊的生长具有促进作用；N5处理与N10处理之间无一致规律性。.（3）2013年，不同氮沉降量下，薇甘菊的茎长有极显著差异（p<0.01），并且随着氮沉降的增加，茎长度出现递增趋势。不同氮沉降量下，薇甘菊地上部鲜生物量有极显著差异（p<0.01），并且随着氮沉降的增加，薇甘菊地上部鲜生物量出现递增趋势。这表明，氮沉降在一定范围内的增加，有利于薇甘菊在幼林中的入侵。.本项目在世界上首次把大气氮沉降这个重要的环境问题引入植物入侵生态学领域，首次研究了氮沉降对植物种入侵的影响，开辟了植物种入侵生态学一个全新的研究领域。因此，具有很重要的意义。