三峡水库消落带植物功能性状及其环境适应性研究

发布时间：2020-11-04 17:48

　　 植物功能性状(plant functional traits)是指某种植物在长期适应环境过程中,通过进化产生的结果,包括个体水平上(从细胞到整个生物体)可测量的任何形态、生理或物候特征,它们能够响应外界生存环境变化,并且影响生态系统功能,对表征生态系统功能具有指示作用。三峡工程建成后,“冬蓄夏排”的调水机制,导致在河岸带形成了涨落幅度达30 m的水库消落带。原来的河岸生态系统变成了反季节性水淹的新生湿地生态系统,原有的动物、植物因不适应生存条件的改变而退化或衰亡,将被适于水淹逆境条件而生存的生物取而代之。本文选取自重庆江津到湖北宜昌三峡库区干流、支流和岛屿为调查区域,研究其典型植物群落、重要植物物种的功能性状,建立三峡库区消落带典型植物功能性状的详细数据库,阐明植物功能性状在河岸带-消落带转化过程中的变化规律;研究水淹梯度与植物功能性状的关系,解释不同植物对淹水时间、淹水深度的适应机制;阐明消落带植物不同功能性状间权衡关系,初步提出基于植物功能性状的消落带生态恢复及保护措施。研究结果如下:1.植物群落的功能性状沿河流纵向梯度表现出同质性。主要的植物功能性状指标均具有较大的变异性系数,比根长、叶含水量、茎含水量和比叶重的变异性系数大于1,主茎干物质量变异系数最小,大于0.5。库区全断面的各指标数据表现出了较高的离散性。植物功能性状在库区干流,沿纵向空间梯度呈上升趋势;三条支流的数据与其所在区域长江干流的数据相似,差异不显著。8种性状表现出共同的特点,即四分位距较窄,均值与中位数差异不大,异常值较多,且集中在较大一侧;性状数据离散性强。植物功能性状在纵向空间梯度上的差异不显著,不同断面的植物群落组成相似性较高,库区消落带的植物群落表现出较高的同质化。2.植物群落的功能性状在不同水淹梯度下表现出不同的特征。总长、主茎干物质的量和叶绿素含量随着海拔升高而升高。根长/总长、叶含水量随海拔升高呈现下降趋势,根长/总长的值与海拔呈负相关,不同高程间差异显著(P0.05)。茎含水量与叶厚度都随海拔升高而先上升后下降,在高程Ⅳ处出现一个峰值。研究区域主茎干物质的量和根长/总长呈现先上升再下降的趋势,峰值出现在Ⅵ高程。沿着高程梯度向上,夏季的高温伏旱成为新的限制性因子,在海拔170-175m处,植物通过增加对组织构建的投入,适应高温干旱的胁迫。3.因植物性状的差异,不同植物种类会选择不同的环境适应策略,以占据合适的生态位。9种典型物种性状的显著性分析都表现出显著的差异性。禾本科植物狗牙根Cynodon dactylon、稗草Echinochloa crusgalli和狗尾草Setaria viridis都有较强的分蘖能力,可以通过无性繁殖进行增殖,较大的比根长使它们能更有效地吸收、周转水分和养料,提高生长速率,快速完成生活史,在初露时间极短的消落带下部占据一定的生态位。这样的适应策略也适应于其他生境,因此禾本科植物多为世界广布种。同样占据低海拔生态位的鳢肠Eclipta prostrata则是典型的湿生植物,它的含水量显著高于其他物种,主茎干物质的量、叶干物质的量、总长和叶绿素含量等则显著小于其他物种。湿生植物一般生活在近水区域,植物体较矮小,机械组织不发达,通过高的含水量来维持植株的挺立。鳢肠这类湿生植物对水的依赖性极强,适应策略具有高度专一性。因此,分布在资源有限的生境、生长缓慢的物种比叶面积都比较低,而高比叶面积的植物保持体内营养的能力较强。4.研究中,叶绿素含量与叶片厚度、根长/株高、叶含水量、茎含水量、根含水量等显著正相关,即叶绿素含量越高的植株其叶片越厚、根在植株中的占比越大、植株体内水分储存越多。这样的性状组合体现了植物体对高温干旱环境、贫瘠土壤环境的适应。叶绿素含量与叶干物质含量、比根长、主茎干物质的量极显著负相关,该类植物会在组织构建上投入较大能量,以提高自身抗逆性,而非通过提高周转速率快速生长,完成生活史来对抗逆境环境。叶干物质含量与主茎干物质的量呈显著正相关(P0.05),与比叶面积、根长/株高、比根长呈显著负相关(P0.05)。植物功能性状间的相关性在生物学上是普遍存在的,这源于物种的发育机制与基本的环境适应关系。叶干物质含量与比根长、主茎干物质的量极显著正相关,与其他环境因子相关性不显著。叶干物质含量与比叶面积、比根长呈显著负相关,植物面对的是加快营养周转速率和增加组织构建投入之间的权衡。
【学位单位】：重庆师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：Q948
【部分图文】：

植物功能性状及其适应性调查技术路线

研究区域及调查断面位置

不同高程的植物功能性状情况
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本文编号：2870407