氮沉降条件下的种子发芽和幼苗生长对策

全球气候变化是国际研究热点，其中大气氮沉降对生态系统的影响成为焦点课题之一。种子是植物繁殖的重要器官，幼苗阶段是植物生活史的关键阶段，氮沉降条件下的种子和幼苗对策研究有助于理解生物多样性和群落组成变化。本项目采用野外调查和室内实验相结合的方法研究温带典型草原植物种子产量、大小、碳氮比、发芽、幼苗生长等对模拟氮沉降的响应。揭示了种子大小、碳氮比与种子发芽之间的关系，结合积温模型分析种子发芽积温和最低温对氮沉降的响应及对野外植物出苗时间的预测能力。阐明不同功能类型植物在竞争和非竞争条件下幼苗生长对氮沉降的响应规律。对探究植物适合度和竞争能力的变化，揭示植物如何通过有性繁殖途径调节物种组成和多样性具有重要意义，同时为理解和预测气候变化条件下发生的植被更新、物种入侵及群落演替等过程提供理论依据和新视角。

随着经济发展及工业化进程，更多的生态系统将遭受氮沉降的影响。不同物种对氮输入增加的响应是不同的，因此物种数量和群落组成会随氮量增加而变化。种子是植物繁殖的重要器官，环境条件的改变某种程度上会从种子特点反映出来；而种子性状的变化又会影响植物适合度和竞争能力，最终导致生物多样性和群落组成改变。氮沉降条件下的种子性状变化和幼苗生长响应直接影响着植物的后续生长，进而影响群落组成。然而种子和植物早期生长阶段对氮沉降的响应却很少有研究。本研究依托内蒙古天然草原野外大型控制实验平台，通过野外取样测量、盆栽控制实验及培养箱内萌发实验，研究了施氮方式和施氮速率对几种优势和常见植物单穗种子数目、饱满种子比例、种子大小、种子萌发、种子碳氮磷含量和种子产量的影响，以及三种不同演替阶段植物对氮水添加的生理生态响应。研究发现，氮沉降影响种子性状及产量，且不同物种的响应不同。单穗种子总重和种子产量随施氮速率增加而增加，而饱满种子重量、数目和比例以及种子产量占植株地上生物量的比例随施氮速率增加而减少。施氮方式和施氮速率显著影响大针茅种子大小，而对冰草种子大小无显著影响。而施氮方式和施氮速率对大针茅和冰草种子萌发无显著影响。在盆栽实验中，大针茅在低氮条件下的生物量显著高于高氮条件下。低氮条件下，植物高度、分蘖数和叶片数目等形态指标以及光合速率、叶绿素含量等生理指标也都高于高氮条件下。冰草和糙隐子草的结果正相反。从本研究结果看，大气氮沉降将对内蒙古典型草原优势植物大针茅产生不利影响，其优势地位将降低。本研究结果为气候变化条件下生物多样性、群落组成、植被更新等变化提供科学依据，对于充分认识氮沉降对生态系统的影响具有一定的意义。