长白山哈泥泥炭地三种苔藓植物的竞争与化感作用

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植物相互作用有正(促进作用)、负(竞争作用)之分。在植物相互作用的研究历史中,尽管近年来促进作用成为了研究热点,但竞争作用仍被认为是构建植物群落的关键过程。同时,伴随生化方法在生态学领域的引入,化感作用(包括正、负两种效应)逐渐成为植物相互作用研究中的重要环节。然而,资源竞争与化感作用往往同时存在,在自然系统中很难分离,导致对植物相互作用机理的认识模糊不清。另外,竞争与化感作用如何影响泥炭地苔藓植物,在苔藓植物相互作用中的贡献如何也尚不明晰。本研究采用长白山哈泥泥炭地常见的三种苔藓植物,即泥炭藓(Sphagnum palustre L.)、中位泥炭藓(S. magellanicum Brid.)和直叶金发藓(Polytrichum strictum Menz. ex Brid.)作为受试材料,分别在室内与野外条件下研究植物间的竞争与化感作用,尝试将邻体的资源竞争与化感作用分离,以此分析资源竞争与化感作用对苔藓植物形态与生理塑造上的影响,并阐明二者对长白山哈泥泥炭地不同种类苔藓植物盖度变化的重要意义。研究得出的主要结果和结论如下:(1)泥炭藓与中位泥炭藓之间在野外与室内条件下均未产生显著的竞争效应,反而相互提高可溶性糖含量以保持水分。尤其在野外条件下,泥炭藓与中位泥炭藓相互促进对方的高增长与生物量生产,印证了胁迫梯度假说,即严酷环境下植物相互作用以促进为主。同时,直叶金发藓可通过提高脯氨酸含量抵御中位泥炭藓对其分枝生产的削弱,并使泥炭藓的分枝生产和脯氨酸含量因水分争夺而下降,表明通过生理调节,直叶金发藓获取相较两种泥炭藓而言的竞争优势。(2)化感物质在野外条件下使泥炭藓可溶性糖含量升高,使直叶金发藓脯氨酸含量增加,但除在形态上促进中位泥炭藓高增长外,对中位泥炭藓的各项生理指标均无显著影响。表明相比中位泥炭藓,泥炭藓和直叶金发藓可能在生理上对化感物质更为敏感。然而,中位泥炭藓的高增长与可溶性糖含量在室内条件下对化感物质的反馈与野外条件下完全相反,这可能与两种实验条件下化感物质的获取方式不同有关。(3)邻体在水位埋深25cm处使泥炭藓可溶性糖含量上升,脯氨酸含量下降,使中位泥炭藓全碳和脯氨酸含量下降,但对直叶金发藓各项生理指标无显著影响。水位埋深下降至40cm时,邻体才使直叶金发藓的全碳含量上升,可溶性糖含量下降。说明邻体作用下,相对两种泥炭藓,直叶金发藓对缺水环境的耐受力更强。此外,直叶金发藓通过化感作用促进自身全氮含量增加,并在缺水环境下抑制泥炭藓的氮输入,这可能是近半个世纪以来,长白山区原始泥炭地直叶金发藓盖度超过泥炭藓的原因之一。(4)苔藓植物的生活史策略应包括竞争型,且不同物种对竞争形式的偏好不同:泥炭藓等处于竞争弱势的物种可能更倾向化感作用,中位泥炭藓和直叶金发藓等竞争能力强的物种则以资源竞争为主。同时,泥炭藓的化感作用在室内条件下抑制了中位泥炭藓的生物量生产,但在野外条件下反而促进中位泥炭藓的高增长,说明苔藓植物的化感作用既能作为一种竞争形式抑制邻体,也能发挥正向作用促进物种共存。
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