喀斯特峰丛洼地典型生境植物水分来源及其适应性研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nieaobama
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喀斯特地区独特的二元结构使得环境水分条件变化剧烈,水分是该地区植被恢复重建的关键限制性因子。研究不同生境植物的水分来源及其适应机制能为揭示植被片段化分布格局的成因、适应性修复不同类型喀斯特生态系统提供科学依据。本文运用碳氢氧稳定同位素技术,研究了不同地质背景喀斯特峰丛洼地典型生境植物水分来源的季节变化规律、不同生活型植物水分利用效率的差异特征,并结合植物根系分布特征的调查结果,分析了典型生境植物的水分适应性。主要结论如下:   (1)白云岩区坡地无可见土被分布的连片出露基岩生境,落叶乔木(如菜豆树)和常绿大灌木(如鹅掌柴)的水分来源均存在季节变化,但变化特征存在差异。落叶乔木雨季以浅层裂隙水(由近期雨水代替)为主要水源,旱季以深层水分(由泉水代替)为主或同时利用一定比例的深层裂隙水(由前期雨水代替)。常绿大灌木雨季仍以深层水分为主要水源,旱季初期以深层裂隙水为主,推测旱季末期又转向以深层水分为主。落叶小灌木(如红背山麻杆)的水分来源无季节变化,始终以浅层裂隙水为主。不同生活型植物水分来源特征的差异是其能够维持对应水分消耗并实现在同一生境内共存的主要原因。临近浅薄土层生境,落叶乔木的水分来源亦存在季节变化,雨季主要利用浅层土壤水,旱季主要利用深层水分。该类植物的根系以水平伸展为主,并最终扎入临近连片出露基岩底部,以充分利用深层水分。落叶小灌木始终以浅层土壤水为主,无季节变化。   (2)白云岩区坡地大块孤立出露岩石生境,落叶乔木和常绿大灌木的水分来源存在相同的季节变化特征,雨季以浅层裂隙水为主,旱季以深层裂隙水为主:落叶小灌木始终以浅层裂隙水为主要水源。临近深厚土层生境,落叶小灌木始终以浅层土壤水为主要水源。旱季末期,深层土壤(<40cm)仍保持着2~3个月前的雨水,表明该类生境无乔木类植物分布并非是水分限制的原因,可能与强烈的人为干扰有关。   (3)石灰岩区坡地连片出露石丛生境,落叶乔木和常绿大灌木的水分来源存在相同的季节变化特征,雨季、旱季分别以浅层和深层裂隙水(包括裂隙中土壤水)为主要水源。与白云岩区类似生境不同,两类植物均未利用由泉水代替的深层水分,这可能与石灰岩裂隙发育较深且多被粘质土壤充填、裂隙水及裂隙中土壤水能够维持植物的水分消耗有关。落叶灌木无水分来源的季节变迁,始终以浅层裂隙水为主要水源,这可能是该类植物较浅的根系分布深度和挥霍型的水分利用策略有关。人工林植物(任豆树、板栗、香椿)旱季初期均以0~50cm深度范围内土壤水为主要水源,与洼地同种植物的水分来源无明显差异,两类生境植物均未利用更深层次的水分,可能石灰岩区粘质土壤较高的持水性能有关。香椿与自然生长物种的水分来源最为相近,可能对应着较强的水分适应能力,是人工造林的首选物种。   (4)不同生活型植物叶片δ13C值季节性变化明显,总体呈现旱季末期>旱季初期>雨季中期,表明植物均通过不同程度的提高水分利用效率(WUE)适应干旱;不同地质背景类似生境同种植物叶片δ13C值差异不显著,大多数植物均呈现出白云岩区高于石灰岩区,表明不同地质背景类似生境的水分环境虽略有差异,但未显著影响植物WUE;旱季初期,人工林群落植物叶片δ13C值差异显著,香椿>任豆树>板栗,表明具有较高WUE的香椿是人工造林的适宜物种。   (5)不同植物种的水分利用策略体现在WUE上存在明显差异。一种以落叶乔木圆叶乌桕和粉苹婆为代表,雨季适度降低WUE,提高生长速率,旱季迅速提高WUE,适应干旱;另一种以落叶乔木菜豆树和落叶小灌木红背山麻杆为代表,雨季极大的降低WUE,保持较高生长速率,旱季迅速提高WUE;第三种以落叶小灌木黄荆条为代表,始终维持着相对较高的WUE,以存活为前提,保持着低的稳定的生长速率;第四种以一年生草本植物为代表,雨季极大的降低WUE,维持高速生长,在水分充沛的季节完成整个生长繁殖过程,旱季通过地上部分枯死的方式避旱。   (6)土石混合生境优势生活型的落叶小灌木旱季仍以浅层土壤水为主要水源,植物一方面通过根系水平伸展的方式获取最大范围内的有效水分,同时发育了丰富的细根和毛根,高效吸收利用根系分布范围内的有效水分,另一方面维持着显著高于乔木类植物的WUE以适应干旱。零星分布的乔木类植物菜豆树同样以土壤水为主要水源,植物的主要根系生长初期水平伸展,以获取最大范围内的有效水分,生长后期通过寻找并进入土壤较丰富的土石混合体中,以获取相对较充分的水分供应。根系的高度可塑性是其能够在该类生境生存的关键。
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