论文部分内容阅读
本研究选择荔波茂兰区内两种专属植物(荔波瘤果茶和掌叶木)和两种非专属植物(圆果化香和香叶树)为研究对象,以植物叶片δ13C值为植物水分利用效率的指示值,结合氢氧同位素对植物的水分来源示踪,分析不同胸(基)径,不同季节及喀斯特不同小生境中专属植物与非专属植物水分利用效率及水分来源的差异,旨在从小生境、植物种、植物胸(基)径等不同尺度上探讨喀斯特区植物长期水分利用的影响因素,了解不同水源的利用对植物水分利用效率的影响,以及喀斯特生态系统特有生境中植物对水分的竞争和利用策略,以加深对生态系统水分平衡的认识。得到了以下几点认识:
1喀斯特植物叶片δ13C值的研究
(1)研究结果表明:在整个生长季香叶树叶片δ13C值最负,掌叶木叶片δ13C值最正。圆果化香及荔波瘤果茶居中。掌叶木叶片δ13C值与荔波瘤果茶、圆果化香和香叶树均存在显著性差异。在整个生长季节中,4月各植物叶片δ13C值最正,各植物叶片δ13C值4月和8月、7月和8月的差异显著;而1月与其他各月无显著差异。
(2)对叶片δ13C值与土壤含水量的相关关系研究结果表明:本次研究呈现出三种趋势:第一种是植物种随土壤水分变化其WUE变化不大,此种趋势占37.5%;第二种趋势是植物种随土壤水分减少其WUE提高,此种趋势也占37.5%;第三种是植物种随土壤水分增加其WUE提高,此种趋势占25%;旱季4月份植物种主要表现为第二种趋势。
(3)对不同小生境植物叶片δ13C值的研究表明:植物叶片δ13C值在土石面生境上最正,然后依次是土面和石缝,在石面生境上最负,这说明土石面生境植物水分利用效率最高,石面生境最低。综合香叶树和圆果化香两种植物的情况显示,土石面生境植物水分利用的状况最好。
(4)对植物叶片δ13C值随植物胸基径的变化的研究结果表明:除了掌叶木外,荔波瘤果茶,香叶树和圆果化香的叶片δ13C值随着植物胸(基)径值的变大而稍为趋正,即随着胸(基)径值的变大,荔波瘤果茶,香叶树和圆果化香各植株的水分利用效率(WUE)有所提高,从季节变化来,胸基径梯度为5-10cm这一级的植株水分利用效率最为稳定。
(5)对雨季植物氢氧稳定同位素与碳同位素的关系研究结果表明:香叶树具有比其他树种稍正些的δD、δ18O值,同时其WUE最低,这可能与香叶树固定利用了深层土壤水的特点有关;掌叶木具有更负些的δD、δ18O值,同时其水分利用效率(WUE)最高,说明其更多利用的是夏季降水。从专属与非专属角度,结果显示在雨季,专属植物(掌叶木和荔波瘤果茶)具有比非专属植物(圆果化香和香叶树)更高的水分利用效率。
2喀斯特植物水分来源研究
(1)香叶树、圆果化香和掌叶木各植株的土壤水分δD、δ18O值的季节变化表现为各层土壤水分δD、δ18O值在4月份最正,7月份最负,荔波瘤果茶各植株浅层土壤0-5cm,5.10cm,10-20cm水分的δD、δ18O值变化趋势与其他三种植物一致,但是从30cm土层开始,土壤水分的δD、δ18O值出现另一种变化,1月,4月和8月土壤水分的δD、δ18O值较为接近,7月比其他三月稍负。
(2)不同季节非专属植物水分来源的确定:08年7月各植物主要利用了土壤水和喀斯特皮下水,09年4月样地各植株主要利用了深层土壤水和皮下水,且利用皮下水的程度比08年7月大。09年8月样地各植株长在土面生境上的主要用土壤水,长在石面生境上的利用了土壤水和皮下水。
(3)不同季节荔波瘤果茶水分来源的确定:08年7月荔波瘤果茶各植株主要利用了20-30cm土层的土壤水,两者趋势线走向几乎重合。09年4月,荔波瘤果茶各植株对土壤水和皮下水均有利用,且更多的利用了深层土壤水。09年8月,荔波瘤果茶各植株主要利用了浅层土壤水,更多利用了10-20cm土层水,对土壤表层0-5cm和5-10cm土壤水也有不同程度的利用。10年1月,荔波瘤果茶各植株对各层土壤水和皮下水均有所利用,且利用程度差别不大。总体说来,荔波瘤果茶由于生长在深厚土面生境上,在非旱季,主要利用的是浅层或中层土壤水,在旱季,则主要利用深层土壤水和喀斯特皮下水。
(4)不同季节掌叶木水分来源的确定:08年7月各掌叶木植物同时利用了土壤表层水和喀斯特皮下水,而09年4月各植株则主要利用了皮下水,09年8月掌叶木各植株主要利用的是土壤水,而10年1月掌叶木各植株除了利用土壤水和皮下水,可能还利用了降水。
(5)水分来源的模型应用及不同水源对植物的贡献比:Ⅰ香叶树:从同为长在土面生境上的植株来看,DBH越大的植株更多的利用了土壤下层水,利用了73%,而长在石缝和石面生境上的植株更多的利用了喀斯特皮下水,分别利用了64%和81%。Ⅱ圆果化香:长在土面生境上的植株主要利用了土壤下层水,利用率高达89%,而长在石面和界面上的植株则主要利用了喀斯特皮下水,分别利用了82%和86%。从季节变化角度上看,香叶树和圆果化香所有植株总体上说8月比7月利用了更多的皮下水。Ⅲ荔波瘤果茶:7月瘤果茶各植株主要利用了土壤下层水,比例最高达86%,最低的也有60%,且随着胸(基)径梯度的变化趋势为随着胸(基)径的增大植株利用下层土壤水的幅度也加大。8月瘤果茶各植株比7月更多的利用了表层土壤水,尤其是胸径小于5cm的两株瘤果茶更是主要利用了表层土壤水,分别利用了66%和71%。Ⅳ掌叶木:掌叶木植株水分来源7月和8月变化很大,7月基径为1cm的灌木掌叶木主要利用了喀斯特皮下水,比例高达92%,其他三株掌叶木同时利用了土壤水和皮下水,且皮下水利用率高于土壤水;而8月掌叶木各植株均主要利用了土壤水,比例最高达95%,最低也有72%。
(6)水源利用与冠幅:香叶树-2植株主要利用了距离树木30cm处的土壤下层水(30-40cm和40-50cm),香叶树-5主要利用了距离树木30cm和60cm处的土壤水(20-30cm土层),圆果化香-3主要利用了距离树木150cm处的浅层土壤水(0-5cm和5-10cm),圆果化香-4植株土壤水主要利用的是冠幅30cm处的水源(20-30cm土层)。总体说来,除了圆果化香-3,其他各植株均主要利用了冠幅30cm或60cm处的土壤水源,这是主体趋势,而圆果化香-3由于长在石面生境上,土层浅薄受外界影响大,显示了另一种趋势。