城市河流水生植物氮含量和氮同位素记录及其对水体氮污染的响应

城市生产和生活活动排放大量含氮污染物到城市河流中,造成水质下降、水体富营养化。河流水生植物已被广泛用于水体氮污染的评价和去除,但目前水生植物氮利用的过程机制并不十分清楚,这阻碍了利用水生植物的氮素地球化学指标去评价河流水体氮污染状态。本研究采集西南地区流经贵阳市区的南明河河水和水生植物样本,通过分析氮浓度和同位素组成,探讨在不同水体氮浓度条件下水生植物的氮利用机制。在受城市污染的河段,水体铵根(NH4^(+))、硝酸根(NO3^(-))、溶解有机氮(DON)浓度均显著升高(n=13,p<0.05),其水生植物的总氮含量随河水无机氮含量升高而升高。但是,受城市污染河段的水生植物总氮的δ^(15)N值却无显著变化,说明除了水体氮源的δ^(15)N特征,水生植物的氮利用策略是影响其δ^(15)N记录的重要因素。在河流低氮浓度下植物主要利用水中的NO3^(-),在下游高氮浓度下植物氮利用机制较复杂,过程中会发生分馏,但具体的利用形态还无法确定。本研究揭示了水生植物氮利用策略对河流氮污染状态的响应机制和对塑造其地球化学记录的重要性,为城市河流废水氮污染评价及其植物修复措施提供基础科学依据。

西双版纳外来入侵植物及其共存种叶片氮、磷化学计量特征

诊断外来植物和本地种的资源利用方式是入侵生态学研究的热点问题。叶片氮(N)、磷(P)含量和化学计量特征可以反映受侵地区植物的N、P吸收能力和限制状况,为把握外来植物的入侵能力、为本地植物共存或消失的机制提供基础科学依据。该研究以我国西南地区典型外来入侵植物(飞机草(Chromolaena odorata)、紫茎泽兰(又叫破坏草,Ageratina adenophora))及其共存的本地植物为对象,探讨不同入侵条件下入侵种及其共存的本地植物的N、P利用策略。在云南西双版纳孔明山研究区,调查了无入侵条件下和飞机草与紫茎泽兰的不同入侵程度(按入侵种生物量比例划分)下的物种数量和生物量,分析了主要植物的叶片N、P含量和N:P值。结果显示:尽管群落地上生物量随飞机草和紫茎泽兰入侵程度增加而增加,但本地植物种数随飞机草和紫茎泽兰入侵程度增加而显著减少。飞机草与紫茎泽兰的叶片N、P平均含量无显著差异,但均显著高于无入侵条件下的本地植物以及与其共存的本地植物。两种入侵植物的N、P含量均随它们所占样方总生物量的比例增大而升高,本地植物N含量也有相似的变化趋势。当对比入侵和无入侵两类样方的同种植物N、P和N:P变化时发现多数本地种叶片P含量呈降低趋势,N含量和N:P呈升高趋势。根据叶片N、P绝对含量和N:P值及其随入侵的变化规律,推测入侵可能提高了植物的N可利用性,但本地植物仍然受N限制;入侵植物N:P值总体小于10与其具有相对于N吸收的较高的P吸收能力有关。该研究揭示了西南典型外来入侵植物具有较强的N、P吸收富集能力。

大兴安岭泥炭地植物叶片碳氮磷含量及其化学计量学特征

叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量特征为植物养分状况和元素限制性提供依据。为了解不同生活型植物叶片C、N、P化学计量特征的变化,该研究测定、分析了大兴安岭地区18个泥炭地常见的3种草本植物——白毛羊胡子草(Eriophorum vaginatum)、玉簪薹草(Carex globularis)、小叶章(Deyeuxia angustifolia), 5种落叶灌木——柴桦(Betula fruticosa)、越桔柳(Salix myrtilloides)、细叶沼柳(Salix rosmarinifolia)、笃斯越桔(Vaccinium uliginosum)、越桔(Vaccinium vitis-idaea)和3种常绿灌木——杜香(Ledum palustre)、地桂(Chamaedaphne calyculata)、头花杜鹃(Rhododendron capitatum)的叶片C、N、P含量。结果表明:(1)落叶和常绿灌木叶片C、N、P含量总体高于草本植物而C:N、C:P、N:P低于草本植物,说明不同生活型植物具有不同的养分利用策略,灌木叶片C、N、P储存高于草本植物而N、P利用效率低于草本植物;(2)小叶章和头花杜鹃叶片N:P小于10,同时其N含量小于全球植物叶片平均N含量,相比其他植物来说更易受N限制;(3)采样地点解释了叶片C、N、P指标变异的12.8%-40.8%,植物种类对叶片C、N、P指标变异的解释量占9.3%-25.5%;(4)草本植物C、N、P指标的地点间变异系数高于落叶和常绿灌木,草本植物C、N、P指标对地点因素变化的响应较灌木敏感;(5)草本植物N含量种间变异系数高于落叶和常绿灌木,落叶灌木P含量种间变异系数高于草本植物和常绿灌木,草本植物和落叶灌木N、P吸收的种间生理分化较常绿灌木高。

外来植物入侵对土壤氮有效性的影响

外来植物入侵对土壤氮循环和氮有效性的影响是入侵成功或进一步加剧的重要原因。通过对比相同研究地点入侵区域和无入侵区域的土壤原位氮状态差异,探讨了外来植物入侵对土壤氮有效性的影响程度和生理生态学机制。基于107篇相关研究文献数据的整合,发现植物入侵区域相对于无入侵区域土壤总氮、铵态氮、硝态氮、无机氮、微生物生物量氮含量显著增加,增幅分别为(50±14)%、(60±24)%、(470±115)%、(69±25)%、(54±20)%。土壤硝态氮含量增幅较大反映硝化作用增强,这可能增加入侵植物硝态氮利用以及喜硝植物的共存。温带地区植物入侵后土壤的硝态氮含量增幅显著高于亚热带地区。固氮植物入侵后土壤的总氮和无机氮含量增幅均显著高于非固氮植物入侵。木本和常绿植物入侵后土壤的总氮含量增幅分别高于草本和落叶植物入侵;而土壤铵态氮含量的增幅没有显著差异且与固氮入侵植物占比无明显关系;然而硝态氮含量的增幅普遍较高且与固氮入侵植物占比显著正相关。外来入侵植物固氮功能以及凋落物质量和数量是影响土壤氮矿化和硝化过程的关键因素。该研究为理解外来植物入侵成功和加剧的机制以及入侵植物功能性状与土壤氮动态之间的关系提供了新的见解。