热带干旱森林固氮与非固氮树种幼苗对水肥添加的生理生长响应比较研究

这篇综述通过控制实验揭示了热带干旱森林中固氮与非固氮树种幼苗对水肥资源的差异化响应机制。研究发现，固氮树种（N-fixers）能更高效利用养分添加（NPK 20:20:20），总生物量平均增加67%，且保持较高水分利用效率（WUE）和光合氮利用效率（PNUE），而非固氮树种（non-fixers）响应较弱。研究强调了养分（而非水分）是幼苗生长的关键限制因子，为解释固氮树种在热带干旱森林中的优势地位提供了生理生态学依据。

　　

引言

热带干旱森林生态系统中，水分和养分是幼苗生长与存活的关键限制因子。传统观点认为热带湿润森林受光与养分限制，而干旱森林更受水分限制。氮（N）固定树种通过共生固氮作用在碳氮循环中扮演重要角色，但其对水肥交互作用的响应机制尚不明确。本研究通过全因子遮荫实验，比较了哥斯达黎加热带干旱森林中3种固氮树种与5种非固氮树种的生理生长特征，旨在揭示：（1）两类树种对水肥可利用性的差异化响应；（2）水肥条件如何影响幼苗水分与养分利用性状。

研究方法

实验在2015年6-11月进行，选取8种当地优势树种（包括固氮的Enterolobium cyclocarpum、Gliricidia sepium、Dalbergia retusa和非固氮的Hymenea courbaril等），设置对照、仅施肥（NPK 20:20:20+微量元素）、仅浇水（增加30%水量）及水肥联施4种处理。测定指标包括生物量、相对高度生长速率（RGR_h）、根冠比，以及最大光合速率（A_max）、气孔导度（g_s）、比叶面积（SLA）、叶片氮含量（N-area）等生理性状，并通过主成分分析（PCA）解析性状协同关系。

结果

生长与生物量响应：固氮树种对养分添加的响应显著更强，其总生物量在施肥处理中平均增加68%（非固氮树种仅33%），且根冠比提高40%。水分添加仅使固氮树种生物量增加32%，而非固氮树种无显著响应。生理性状：养分添加普遍降低光合氮利用效率（PNUE）18%，但提高叶片氮含量17%；水分添加使所有树种气孔导度（g_s）增加58-69%，但固氮树种通过调节光合速率维持了稳定的水分利用效率（iWUE），显著高于非固氮树种。固氮潜力：施肥处理使固氮树种的根瘤数量减少15%，但根瘤总质量增加65%，表明其通过增大单个根瘤体积维持固氮能力。

讨论

资源利用策略：固氮树种展现出"高获取-高效率"的独特策略，即在快速积累生物量的同时保持高WUE，这与其叶片氮含量翻倍、光合速率可调的特性相关。生态意义：在干旱森林干湿季过渡期，养分脉冲（由凋落物分解驱动）可能为固氮树种提供关键竞争优势，解释其在早期演替中的 dominance。研究还指出，固氮作用更受养分（如磷）而非水分直接调控，这与热带干旱森林土壤肥力异质性相契合。

结论

本研究揭示了热带干旱森林幼苗对水肥响应的功能群差异，阐明了固氮树种通过生理性状协调实现资源高效利用的机制。这一发现为预测气候变化下森林动态提供了理论基础，并强调了养分有效性在干旱生态系统中的核心作用。未来研究需结合多水平水肥梯度，进一步解析资源交互作用的阈值效应。