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黑石顶省级自然保护区苔藓植物资源特征及其对全球氮沉降变化的响应

成果完成人:

雷纯义; 刘蔚秋; 区升华; 梁旭柱; 刘滨扬; 戴小华; 王江; 王永繁; 张以顺

第一完成单位:

广东封开黑石顶省级自然保护区管理处

关键词:

苔藓; 分布格局; 氮沉降; 生理响应; 黑石顶

中图分类号:

Q948

学科分类号:

180.51

成果简介:

一、任务来源:属自选项目。 二、选题的背景及意义:苔藓植物作为一类广泛分布的地被植物,在森林生态系统中起着极其重要的作用。它对环境变化极其敏感,因而可作为森林立地条件的指示植物。近几十年来,由于全球变化(如氮沉降全球化)的原因,对森林苔藓的定量研究颇受学术界的重视。 黑石顶自然保护区地处南亚热带北缘,水热资源较为丰富,苔藓植物资源丰富,但其林内地面及树干苔藓植物的盖度都较温带小,分布格局明显不同,另一方面,由于人类活动的影响,保护区内存在较大比例的次生林和人工林,本项目对这些次生林和人工林中的附生苔藓进行研究,探讨不同森林管理模式对森林中苔藓多样性的影响。另外,以华南地区广泛分布的石地钱(Reboulia hemisphaerica (L.)Raddi.)、大灰藓(Hypnum plumaeforme Wils.)以及刺边小金发藓拟刺亚种(Pogonatum cirratum Bird.subsp.fuscatum(Mitt.)Hyv nen)为研究对象,研究其在模拟N沉降条件下碳代谢、氮代谢及膜完整性等方面的变化特征,分析亚热带地区优势苔藓植物对氮沉降的生理生态响应特征;预测在氮升高条件下,不同苔藓种类在本地区分布的变化趋势。同时,本项目还研究了林内及林缘两个生境中,有苔藓生长和无苔藓生长样地土壤微生物群落对模拟氮沉降响应特征的差异,探讨植被条件对于土壤微生物氮沉降响应的影响。 本项目的意义在于:(1)为本地区的林分改造及森林经营管理提供科学数据;(2)为准确评价氮沉降全球化升高造成的生态风险及该地区苔藓植物保护提供理论依据;(3)有助于全面理解苔藓植物在生态系统中的功能。 三、应用领域和技术原理:属自然科学领域的基础研究项目。 四、性能指标:利用样地调查的方式,对黑石顶自然保护区森林生态系统中地面苔藓及树附生苔藓进行了较全面的调查,此方法能在较大程度上补充传统采集的不足,特别是对一些个体细小纤弱的种类,检出26种黑石顶首次发现的苔藓植物,其中13种为广东省首次报道。对样地数据的进一步分析发现,黑石顶林下苔藓植物具有典型的热带亚热带特征,而砍伐后恢复30年的次生林中苔藓植物的种类组成及盖度都已恢复到较好的水平,而由于枯枝落叶的覆盖,林下地面苔藓的盖度极低。树附生苔藓植物的分布存在明显的高度梯度,近地面的树附生苔藓植物在种类数和盖度均明显高于60cm处,而两者的群落结构亦存在较明显区别。对环境因子及树皮含水量和pH的分析显示,垂直梯度上空气湿度的差异可能是造成附生苔藓在不同高度分布差异的主要影响因子之一,不同树种附生苔藓的差异在一定程度上受树皮pH的影响。 近年来全球化的氮沉降所引起的生态问题越来越严重。通过对模拟氮沉降条件下苔藓植物碳氮代谢水平进行测定,发现氮沉降对不同苔藓植物的影响存在差异。大灰藓在0~60kgNhm-2的氮沉降范围内随着氮浓度的提升,碳氮代谢的水平均持续上升。石地钱硝酸还原酶活性较低,对人工加氮的响应也不敏感,而光合系统则对氮沉降有显著反应,40~60kgNhm-2的氮处理对石地钱光系统II产生严重破坏,加氮可以导致植物单位面积捕获的光能降低,光系统II反应中心电子受体侧的氧化还原状态和异质性发生改变,电子传递链被破坏。刺边小金发藓拟刺亚种在加氮浓度为0~40kgNhm-2的范围内,碳氮代谢的变化趋势与大灰藓相似,但当氮沉降高于40kgNhm-2时则呈现相反的变化趋势。此外,三种苔藓植物在受到低温胁迫后均会发生不同程度的超补偿效应,但在氮沉降升高条件下,补偿生长能力有所下降。另一方面,人工加氮会导致土壤pH下降,有效态氮和有效态磷的含量上升,且过高的氮沉降也会对土壤中的微生物群落造成胁迫,而苔藓覆盖可以缓解加氮引起的土壤酸化以及有效氮含量上升所带来的压力,同时也可以缓解过量氮沉降对土壤微生物造成的压力,降低过量氮沉降对土壤微生物的伤害,提高土壤微生物的代谢活性。 五、国内外同类技术比较:目前,国内外大多数学者关于大气氮沉降的生态效应的研究多集中于氮沉降对植物氮代谢的影响,并未将碳代谢与氮代谢相互联系。本研究试图对苔藓植物在受到过量氮沉降影响后碳、氮代谢之间存在的关系予以阐述,同时也对相同环境变化条件下,苔藓植物与生态系统中其它生命元素(如土壤微生物)间的相互作用予以探讨。 根据教育部科技查新工作站所得的科技查新报告,国内公开发表的中文文献中,未见与黑石顶省级自然保护区苔藓植物分布格局及环境因子影响相同的研究,尤其是苔藓植物对氮沉降的生理生态响应方面的研究的文献极少,检索到的全部文献中仅有的几篇密切相关的文献均来自本研究项目组人员的研究成果(查新结论详见查新报告)。 本项目的研究成果在国内属于领先水平。 六、本项目的创新点在于:首先,本研究将苔藓植物碳代谢与氮代谢的响应相联系,综合评价苔藓植物在受到环境变化影响后的生长状态;其次,本研究将大气氮沉降与寒潮相联系,综合评价苔藓植物在两种自然环境变化条件下的响应模式;第三,本研究将苔藓植物与生态系统中其它生命元素(如土壤微生物)相联系,为研究不同大气氮沉降背景下生态系统中不同生物类群间的互作关系研究提供了数据。 七、本项目的作用意义(直接经济效益和社会意义):在于为苔藓植物资源调查提供了一个新的方法,也为苔藓植物的研究起到重要的作用和深远意义,为全球变化背景下苔藓植物的保护提供了理论依据,对于自然保护区在植物保护、资源监测、科研等方面具有重要的指导意义。对保护自然资源、维护生态平衡具有一定的指导作用,为研究全球气候变化节能减排、低碳经济提供科学数据和理论依据。 八、推广应用的范围、条件和前景以及存的问题和改进意见:相对于维管植物来说,我国自然保护区在苔藓植物的资料方面通常比较缺乏,很多地方还需进行相关信息的采集和补充,对苔藓植物在全球变化背景下的变化趋势的了解还很少,因此我们的成果对于国内很多保护区在苔藓植物保护方面的工作具有一定的指导意义。我们将在本项目成果的基础上,进一步研究全球变化背景下,极端温度及干旱胁迫等与氮沉降共同作用下苔藓植物的响应特征及机理,为苔藓植物的保护提供更深入的理论依据。 九、获奖情况:本项目获封开县2009年度科学技术进步一等奖。

成果类别:

基础理论

成果水平:

国内领先

研究起止时间:

2004-09~2009-09

评价形式:

评审

成果入库时间:

2011

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