河岸带水淹胁迫下植物叶生态化学计量特征及经济谱研究

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近年来,漓江河岸带植被退化明显,严重影响其生态功能及景观功能,植被恢复成为其研究重点。河岸带植物由于受水淹干扰频繁,了解植物应对水淹胁迫的适应性机制成为开展植被恢复工作的关键所在。叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其生态化学计量特征是诸多生态过程的指示因子。本研究评估了漓江河岸带植物在不同季节、不同淹没区的叶片生态化学计量特征,并对土壤理化性质,植物群落结构进行调查,通过相关分析探明了影响植物叶片生态化学计量特征的主要环境因子。进一步的,在春季测定了不同淹没带适生植物的7个叶片功能性状指标,包括单位质量最大净光合速率(Amass)、比叶重(LMA)、单位质量叶片全氮含量(Nmass)、单位质量叶片全磷含量(Pmass)、单位质量叶片全钾含量(Kmass)、光合氮素利用效率(PNUE)及光合磷素利用效率(PPUE),对比分析其差异性,揭示植物应对水淹生境的生理响应机制。基于以上研究结果,比较不同功能型植物应对水淹胁迫的适应能力,并对优势草本植物进行种间联结关联性分析及功能群划分,根据划分结果,选取典型耐淹植物开展砾石滩地困难立地植被恢复试验,探索将功能群划分结果应用于实践的可能性,以期为河岸带植被恢复提供参考。主要研究结果如下:(1)河岸带反复淹水的特殊生境对植物叶片C、N、P生态化学计量特征有显著影响。漓江河岸带淹没区植物处于长期反复水淹环境下,受水文干扰较为频繁,其叶片通过增加对N、P的吸收,提高光合效率,快速合成有机质,这是其适应河岸带特殊生境的关键策略之一。人为活动引起的河流富营养化使漓江河岸带植物生长的潜在限制性元素从传统的水生态系统的P限制,转变成N限制。(2)河岸带植物叶片C、N、P生态化学计量特征呈现一定的季节性变化。秋季叶片N、P含量较高,C含量较低,表明植物采取静默策略(quiescent strategy)提高自身耐淹能力。河岸带土壤C、N、P化学计量特征对其植物叶片C、N、P生态化学计量特征有显著影响。(3)不同功能型植物对同一环境的适应能力存在一定的差异,乔木、灌木叶片的比叶重较为接近,且均显著高于草本植物,而Amass、PPUE及Nmass、Pmass含量均显著低于草本植物。相对乔木、灌木而言,草本植物对于水淹环境的响应更为积极,在进行淹没带植被恢复的过程中宜选择草本植物作为先锋物种。(4)漓江河岸带植物叶片性状的相互关系与全球尺度基本一致,叶经济谱也存在于漓江河岸带。淹没带植物叶片具有低LMA,高Amass、Nmass、Pmass,属于经济谱中的“快速投资-收益”型物种。在采取人工措施进行植被恢复时,应优先将资源投资于速生植物种,保证植物的存活率及恢复效果。(5)漓江河岸带25个优势草本植物种的300对种间联结关系中,正负关联比值为0.96,整体表现为负关联,其草本群落结构尚不成熟,处于不稳定的演替阶段,容易受到外界环境的干扰。基于χ~2检验分析结果,结合联结系数、共同出现百分率,将漓江河岸带草本植物群落的25个优势物种划分为广布型、耐淹型、阴湿型、中生型、攀援型、敏感型6组功能群。(6)在裸露砾石滩地选用耐淹型植物采用固化剂固土技术、砂石包栽植技术、匍匐茎撒播技术进行人工干预,可获得良好的植被恢复效果。优势草本植物的功能群划分可以为漓江退化河岸带的植被恢复提供理论支撑。
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