摘要
大气氮沉降的急剧增加以及全球降雨格局的快速变化通过复杂的相互作用影响着森林生态系统的平衡和稳定。细根是指直径≤2 mm的植物根系，是植物吸收养分和水分的主要器官，也是森林生态系统地下生态过程中最活跃的部分。关于氮沉降和增雨对细根生物量和形态特征的影响，目前已经开展的大多数相关研究都是采用林下施氮和林下增雨的方法进行，忽略了森林冠层对氮素和雨水的截留作用；加之以往的研究通常是针对单一林层单一树种的研究，关于不同林层树种对施氮和增雨的响应异同研究较少，因而实验结果可能存在偏差。本研究依托河南大别山森林生态系统国家野外科学观测研究站建立的位于鸡公山国家自然保护区内的“林冠模拟氮沉降和增雨对森林生态系统影响”野外控制实验平台，模拟大气氮沉降和大气降雨过程，对暖温带常绿落叶阔叶混交林进行林冠施氮和林冠增雨处理。选取3种乔木优势种：枫香（Liquidambar formosana Hance.）、麻栎（Quercus acutissima Carruth.）、栓皮栎（Quercus variabilis Bl.），以及3种灌木优势种：山胡椒（ Lindera glauca Bl. ）、三角枫（ Acer buergerianum Miq. ）、朴树（Celtis sinensis Pers.）为实验研究对象，分析施氮（N）、增雨（W）、施氮同时增雨（N+W）对暖温带常绿落叶阔叶混交林优势种细根的功能性状的影响，包括细根生物量、细根形态特征以及细根化学计量组分，同时构建了施氮和增雨对植物群落功能多样性和生物量的影响路径。主要结果如下： （1）乔木优势种和灌木优势种细根生物量对施氮和增雨的响应不同。施氮和增雨倾向于降低乔木优势种的细根生物量，增加灌木优势种的细根生物量。由于树种细根特性的不同，氮、水的交互作用对乔木优势种和灌木优势种的细根生物量既可能产生促进作用，也有可能产生抑制作用。乔木优势种的细根生物量有显著的季节差异，而灌木优势种的细根生物量则无明显的季节差异。乔木优势种的细根生物量均表现出非生长季最高，生长季次之，生长季末期最低的季节动态变化趋势，而灌木优势种的细根生物量则无明显的季节动态变化趋势。 （2）乔木优势种和灌木优势种细根形态特征对施氮的响应不同。施氮增加了乔木优势种细根的平均直径，降低了其比根长和比表面积；相反，施氮对灌木优势种的平均直径的增长有抑制作用，但促进了其比根长和比表面积的增加。增雨对乔木优势种和灌木优势种细根的比根长和比表面积均有负效应。此外，灌木优势种细根的形态特征呈现出季节动态变化趋势。 （3）在 3 种处理下，乔木优势种和灌木优势种细根的总碳含量均无明显变化。对乔木优势种细根而言，施氮处理、增雨处理以及施氮同时增雨处理对其总氮含量基本无影响；而对灌木优势种细根来讲，增雨处理和施氮同时增雨处理都倾向于增加其总氮含量，施氮增加了山胡椒和朴树细根的总氮含量，降低了三角枫的总氮含量。 （4）总体来看，施氮倾向于降低植物群落的功能多样性，增雨倾向于增加植物群落的功能多样性，即在施氮条件下，群落物种对功能空间的利用范围和对资源的利用效率会降低，物种间的生态位互补性较弱，而增雨条件下，物种的功能空间利用范围升高，物种在功能空间中的分布趋于分散且分布均匀。 （5）施氮和增雨对植物功能多样性和细根生物量既有直接效应，又有间接效应。施氮和细根化学计量组分对植物群落功能多样性均有负效应，且效应显著。施氮对生物量有负效应，而增雨对生物量有正效应。化学计量组分对生物量有负效应，且效应显著。 综上所述，氮添加对优势种细根生物量具有负效应，倾向于降低细根生物量；增雨对优势种细根生物量具有正效应，倾向于增加细根生物量。乔木优势种和灌木优势种细根的形态特征和化学计量组分对施氮和增雨的响应不同。此外，施氮和增雨对植物群落功能多样性均有负效应，且施氮对其影响显著。产生上述结果是由于植物在响应环境变化时所采取的适应性策略，以上结果对理解森林生态系统细根的生态功能具有一定的参考价值，并对进一步探究全球气候变化背景下森林生态系统地下生态学的过程具有重要意义。
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