【摘要】：海岸湿地是首当其冲受到全球气候变化影响的生态系统。本文以黄河三角洲贝壳堤海岸湿地为例,对研究区内3种优势灌木(柽柳(Tamarix chinensis L.)、酸枣(Ziziphus jujuba var.spinosa Hu)、杠柳(Periploca sepium Bge.))的水分生态位时空分异特征及其机制进行了研究。稳定同位素技术与野外定位观测、室内分析测定等传统方法相结合,分析了不同灌丛下土壤颗粒分布特征、土壤盐分的空间差异,研究了不同降雨脉冲对黄河三角洲海岸贝壳堤湿地内3种优势灌木木质部水、灌丛下土壤水和地下水氧稳定同位素的影响;探讨了各潜在水源和植物木质部水氧稳定同位素的时空变化,运用Iso-Source软件模型计算各潜在水源对植物木质部水分贡献比例,揭示生长季不同阶段和不同水分条件(干季、湿季)3种优势灌木的水分利用策略;利用Levins公式和Shannon-Wiener公式计算不同灌木水分生态位宽度,并结合Levins重叠度模型,研究不同灌木水分生态位宽度时空异质性,探讨同一生境下物种之间水分生态位分异特征。主要研究结果如下:1.降雨对贝壳堤湿地土壤和植物木质部水稳定同位素组成的影响不同深度土壤水?18O对不同降雨脉冲响应程度不同。不同灌丛下0-40cm土壤水?18O值对中雨反应较为敏感,而柽柳-酸枣混合灌丛40-100cm土壤水的?18O值的反应时间滞后;柽柳灌丛、低地和高地酸枣灌丛60-100cm土壤水的?18O值受中雨影响较小;杠柳灌丛的各层土壤水?18O值在降雨后均能立即响应。两次小雨(3.0mm和6.6mm)主要对0-20cm土壤水的?18O值产生短暂影响。柽柳-酸枣混合灌丛、柽柳灌丛、低地酸枣灌丛及杠柳灌丛样地内的植物木质部水?18O值对20.4mm降雨较为敏感,降雨后均迅速降低,而高地酸枣灌丛样地内的酸枣木质部水分的?18O值几乎没有响应;小雨对植物木质部水?18O值没有显著影响。不同灌木的水分利用方式在降雨前后表现出一定的差异性。贝壳堤湿地3种优势灌木在降雨前均以土壤水为主,但吸收土壤水的主要深度不同。中雨后,混合灌丛、柽柳灌丛和低地酸枣灌丛样地内的柽柳和酸枣均以雨水为主,杠柳对雨水的利用比例较低,仍以上层土壤水为主,而高地酸枣水源仍以60-100cm土壤水为主。随着时间延后,混合灌丛中的柽柳和酸枣的水分来源深度差异较大;柽柳灌丛样地内柽柳的水分来源始终在0-40cm土层之间;高地酸枣在降雨前后都主要以60-100cm土壤水为主。小雨对植物的水分利用策略没有显著影响。2.贝壳堤湿地优势灌木水分利用策略土壤水和地下水?18O值在不同生长季之间差异显著。各灌丛下土壤水?18O值随着土壤深度的增加受季节影响程度逐渐减弱。0-40cm土壤水?18O值对季节变化反应最为敏感,变化幅度较大,40-100cm土壤水?18O值变化幅度相对较小,稳定氧同位素在表层的富集程度最高。一般在7月和10月土壤水稳定氧同位素富集程度较高,9月份稳定氧同位素最为贫化。柽柳灌丛下,土壤水?18o值变化趋势与其它样地不同,40-100cm土壤水的稳定氧同位素富集程度较上层土壤水的富集程度高,柽柳灌丛下土壤水氧稳定同位素的在各灌丛中富集程度最高。地下水?18o值相对土壤水的波动幅度较小。3种优势灌木的主要水分来源表现出显著的时空差异性。柽柳-酸枣混合灌丛内的酸枣在6、7、8月水分主要来源于0-60cm土壤水,9月份水分主要来源于20-40cm土壤水,10月份83.8%水分来源于0-20cm土壤水;混合灌丛内柽柳的水分来源较酸枣的水分来源深,6月份柽柳的水分主要来源于60-100cm土壤水,7、8月份主要水源转为浅层地下水,9月份柽柳水分的主要来源为20-40cm土壤水,10月份70.4%的水分来源于60-100cm土壤水。柽柳灌丛内柽柳在6、8月以吸收利用20-40cm土壤水为主,7月份水分主要来源于20-60cm土层,9月份以0-40cm土壤水为主,10月份水分主要来源于0-20cm土壤水。低地和高地酸枣灌丛中酸枣在6、7、8、10月份均以吸收利用60-100cm土壤水为主,9月份低地酸枣灌丛中的酸枣70.1%的水分来源于0-60cm土壤水,而高地酸枣灌丛的酸枣仍以60-100cm土壤水为主。在6月份,杠柳83.3%的水分来源于0-60cm土壤水,7月份以40-100cm的土壤水为主,8月份主要水源为0-20cm土壤水,9月份主要以20-100cm土壤水为主,10月份对20-40cm土壤水的利用比例相对较高。3.干湿季贝壳堤湿地灌木水分利用机制干季土壤水?18o值显著高于湿季,且干季土壤水?18o值垂直变化范围较湿季大。随着土壤深度增加,干、湿季土壤水?18o值之间的差异逐渐减小,尤其是低地酸枣灌丛和杠柳灌丛下60-100cm土壤水?18o值在干湿季之间均无显著差异。干、湿季向海侧柽柳灌丛土壤水18o富集程度均高于滩脊上各个灌丛。浅层地下水?18o值干季明显高于湿季,而向海侧柽柳灌丛浅层地下水?18o值则显著高于滩脊浅层地下水。植物木质部水分?18o值也表现出显著的时空差异和物种间差异。干、湿季,各灌丛下植物的水分利用策略各有不同。在湿季,柽柳-酸枣混合灌丛内柽柳以60-100cm土壤水和浅层地下水为主要水源,而酸枣则是以60-100cm土壤水为主;在干季,柽柳的主要水源转变为浅层地下水,酸枣以20-100cm土壤水为主。在湿季,向海侧柽柳灌丛内柽柳以吸收利用20-40cm土壤水为主,干季转变为20-100cm土壤水。低地酸枣在湿季以40-60cm土壤水为主,在干季则转变为60-100cm土壤水;高地酸枣在干季和湿季均以吸收利用60-100cm土壤水为主要水分来源。杠柳在湿季的水分主要来源为0-20cm土壤水,而在干季则为40-100cm土壤水。总体比较,3个物种按照水分来源主要深度排序为柽柳酸枣杠柳。4.优势灌木水分生态位时空异质性灌木的水分生态位宽度表现出明显的时空差异性。柽柳-酸枣混合灌丛内酸枣的水分生态位宽度在6、7、8月份较大且变化较小,9月份开始降低,10月份降低至最低;低地酸枣灌丛下酸枣在6、7、8、10月份水分生态位宽度较低,9月份水分生态位宽度相对较高;高地酸枣灌丛下酸枣的水分生态位宽度明显小于其它灌丛的酸枣,受生长季变化影响较小。柽柳-酸枣混合灌丛下柽柳水分生态位宽度在6月份最高,在7、8月份逐渐降低,9月份有所增大,而10月水分生态位宽度再次减小;向海侧柽柳在6月、8月、10月的水分生态位宽度较小,7月份柽柳的水分生态位宽度最大。杠柳灌丛内,杠柳的水分生态位宽度在整个生长季基本保持稳定,6、7、9、10月份杠柳的水分生态位宽度较大且无明显差异,而8月份水分生态位宽度值最小。干湿季不同灌丛下植物的水分生态位宽度变化不同。柽柳-酸枣混合灌丛内,酸枣在湿季的水分生态位宽度较小,干季水分生态位宽度明显变大,而柽柳的水分生态宽度干湿季变化和酸枣相反。低地和高地酸枣灌丛下酸枣的水分生态位宽度干、湿季变化不大,尤其是高地酸枣灌丛下几乎没有改变,且该样地内酸枣水分生态位宽度显著低于其它两类灌丛内酸枣的水分生态位宽度。向海侧柽柳灌丛内,柽柳的水分生态位宽度湿季小于干季。杠柳的水分生态位宽度呈现湿季较低而干季较高的趋势。同一灌丛下柽柳和酸枣的水分生态位重叠在不同生长季和干湿季有一定差异。柽柳和酸枣水分生态位重叠度在10月份最低,9月份最高,水分生态位重叠度按由大到小的顺序排列为9月6月8月7月10月,表明柽柳和酸枣在水分充足且植物耗水量少的生长季水分来源较为相似,而在土壤水分较低的生长季两者之间表现出明显的水分生态位分化。柽柳和酸枣在湿季水分生态位重叠度较高,而在干季土壤水分含量降低,为避免物种间的水分竞争,两物种的水分生态位重叠度明显低于湿季。
【图文】：
°02′50.51″-38°21′06.06″N，117°46′58.00″-118°05′42.95″E）。该保护区属东亚季风大陆性半湿润气候，具有四季分明，干湿季节明显，，春季干燥多炎热多雨，秋凉气爽，冬寒季长的特点。本研究的实验区位于贝壳堤岛家自然保护区的核心区—汪子岛，研究区地理位置如图 2.1 所示。
本课题研究区位于贝壳堤与湿地自然保护区的核心区—汪子岛。根据研究被的分布和生长情况，按照由东南到西北的方向平行于海岸线，共设定 5 个样地(如图 2.2 所示)，每个样地设置 3 个 10m×10m 的样方用于植被调查和样集。样地分布情况如下：
【学位授予单位】：中国矿业大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q948.1
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本文编号：
2522472
