氮沉降对薇甘菊在人工幼林中的入侵及其化感作用机制的影响

本项目根据已有的研究进展和存在的科学问题，提出氮沉降与薇甘菊入侵的关系假说及其化感作用机制的假说，即：（1）氮沉降的变化会引起薇甘菊在林地中的入侵速率的变化；（2）氮沉降的变化会引起薇甘菊入侵地土壤化感作用的变化，薇甘菊的入侵速率与这种变化有关。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红锥人工幼林地，设置模拟大气氮沉降，在各样方周围的土壤上播种薇甘菊种子，研究氮沉降的增加，（A）对薇甘菊在红锥人工幼林中的入侵速率的影响；（B）对薇甘菊入侵后林地土壤中的总化感物质对薇甘菊和树苗的化感作用的影响；（C）对薇甘菊入侵后林地土壤中的单体化感物质种类的影响；（D）对薇甘菊入侵后林地土壤中主要单体化感物质含量的影响。从而探讨氮沉降对薇甘菊在人工幼林中的入侵及其化感作用机制的影响。本项目是对氮沉降的生态影响、植物种入侵理论、化感作用理论重要而全新的探讨。

大气氮沉降增加的生态影响及其机理，植物种入侵理论研究，都是当前国际生态学研究的重要前沿领域；研究在大气氮沉降变化的情况下植物种入侵及其化感作用机理，更是一个全新而意义深远的科学问题。本项目提出氮沉降与薇甘菊入侵的关系假说及其化感作用机制的假说，即：（1）氮沉降的变化会引起薇甘菊在林地中的入侵速率的变化；（2）氮沉降的变化会引起薇甘菊入侵地土壤化感作用的变化，薇甘菊的入侵速率与这种变化有关。通过一系列的实验研究，我们得出了如下的结论：.（1）模拟氮沉降的初期（第1年），氮沉降的增加对于薇甘菊地上部的生长有一定的促进作用，但这种促进没有达到显著的效果，而随着模拟氮沉降的时间推移，这种促进作用可以达到显著的效果（p<0.05），且随着氮沉降水平的增加，促进作用越来越明显。这表明，氮沉降在一定范围内的增加，随着时间的推移，有利于薇甘菊在幼林中的入侵。这验证了我们的第一个假说。.（2）随着氮沉降处理时间的推移，薇甘菊根际土壤乙醇萃取物对薇甘菊幼苗和木荷幼苗的化感效应有所变化，在总体上表现为对薇甘菊幼苗的根长生长有不同程度的促进作用，对木荷幼苗存在抑制作用。这可能会加速薇甘菊在木荷幼树上的攀援和生长。这基本上验证我们提出的第二个假说。.（3）本项目提取到的化感物质8,10-dihydroxy-9-(2-methylbutyryloxy)thymol，对拟南芥Arabidopsis thaliana种子的发芽率有显著的抑制作用，而氮沉降促进了薇甘菊根际土壤这种化感物质含量的提高。2011年和2012年在模拟氮沉降(N)为5 g•m-2•a-1时薇甘菊根际土壤该物质的含量分别达到0.7587、1.8905 mg•kg-1，与CK相比，分别增加了0.95、6.88倍。这说明，氮沉降量的变化能引起薇甘菊根际土壤中单体化感物质含量产生变化。这可能对薇甘菊的入侵起一定的作用。.（4）氮沉降的增加在一定程度上提高了薇甘菊的光合作用，这可能加速薇甘菊的入侵。.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，开辟了植物种入侵生态学一个全新的研究领域。本项目的思想和研究成果可为大气氮沉降变化的生态影响及其机理的进一步研究提供理论依据，也可为植物种入侵研究、生态安全研究和环境保护提供一定的理论基础，因此，具有很重要的意义。