滇中富磷区典型植物群落氮磷化学计量格局与径流输出特征

发布时间：2017-05-12 23:12

  本文关键词：滇中富磷区典型植物群落氮磷化学计量格局与径流输出特征，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：中国西南地区分布着世界著名的地质富磷区,滇中是其中最具代表性的区域。大量磷素进入附近水体,直接威胁着滇池、抚仙湖等高原湖群以及长江、珠江等大江大河的水体安全。植物修复被认为是减少该区域磷流失风险最长远有效且经济的措施。基于植物与养分及水文过程的相互关系,运用生态化学计量学理论对径流氮、磷输出进行管理,是植被修复及面源污染防控研究的新方向。本研究历时四年,对滇中富磷区典型植物群落结构、典型群落叶片化学计量特征、典型群落氮磷输出特征等方面进行了研究,并基于生态化学计量学探讨了土壤——植物——径流间的相互关系,取得了以下主要研究结果：1、滇中富磷区植物群落以次生群落为主,其中乔灌群落有马桑(Coriaria nepalensis)、白背枫(Buddleja asiaticd)、马桑—白背枫、旱冬瓜(Alnus nepalensis)—马桑等16个类型；草本群落有紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)、土荆芥(Chenopodium ambrosioides)等9个类型。富磷区植物群落物种丰富度不高,优势植物多为耐贫瘠、耐胁迫的物种,其中有许多是外来入侵物种,如紫茎泽兰、土荆芥等。固氮物种在该区域有较广泛的分布,马桑、旱冬瓜等放线菌根固氮植物是其优势物种。2、滇中富磷区植物群落的恢复动态如下：灌草丛(白背枫、马桑为优势种)——阔叶林(旱冬瓜、马桑为优势种)——针阔混交林(旱冬瓜和云南松Pinusyunnanensis为优势种)——常绿阔叶林(栲、青冈为优势)。当自然恢复时间超过15—18年以后,物种丰富度和Shannon-Wiener指数的上升趋势明显降低,群落的均匀指数甚至出现下降。限制群落发展的首要因子由土壤养分逐渐变为光照,在植被的自然恢复过程中固氮植物发挥着重要作用。3、富磷区植物具有高的叶片磷含量,均值高达4.07mg/g,以及低的叶片氮磷比率(N：P),仅为4.94。富磷土壤作为一种驱动力导致其区域内植物叶片氮磷异速增长关系发生了变化,氮磷计量特征也发生了变化。虽然不同物种、不同生活型的植物对于土壤养分变化的响应程度不一致,但土壤磷可利用性的增加将会导致大量无机磷富集在叶片中,而这正是驱动植物乃至群落叶片磷及叶片N：P格局的关键因素。4、土壤氮可通过直接促进养分在植物体中的积累和通过改变群落组成这两条路径,影响群落叶片氮磷特征。群落叶片N：P比率主要受到土壤磷的控制。多元回归分析发现,土壤氮磷、群落组成和自然恢复时间等因素解释了富磷区植物群落叶片氮磷计量格局的54.0%～73.2%。群落叶片氮主要受到群落组成(50.5%)和土壤氮可利用性(36.0%)的影响。群落叶片磷受到土壤磷可利用性(29.8%)以及群落组成(25.8%)的影响。群落叶片N：P则主要受到土壤磷(43.0%)的控制。自然恢复时间对于群落叶片氮磷计量特征的直接作用较小。5、研究区降雨主要集中在5-10月,产水的高峰出现在8月,氮、磷及沉积物的流失也集中在8月(25%)。径流中磷含量均值为1.56mg/L；径流中氮含量均值为1.73mg/L；磷和氮的年流失量均值分别为331.5g/hm2和373.1g/hm2。颗粒态是富磷区磷流失的重要形态。降雨、植物群落功能多样性、土壤氮、土壤磷、土壤N：P等因素的变化解释了径流氮、磷输出及其比率改变的41.0%～55.8%。虽然群落功能性状多样性作为单一指标对于径流格局的解释度有限,但群落功能多样性与其它因子的协同作用是影响富磷区径流特征的关键因素。6、土壤养分与植物分布密切相关,决定着群落组成。在功能多样性高,稳定性强的群落中,其优势种往往具有相对高的化学计量内稳性。以马桑为代表的固氮物种具有高的化学计量内稳性,其引入有利于土壤中C、N含量的增加,促进了群落功能多样性的提高,降低了径流中P素的输出,并提高了径流的N：P,有利于降低滇中山地富磷区磷的流失风险。然而,固氮物种黑荆的作用则并不明显。以上研究结果表明,作为区域生态系统重要的组成部分：土壤——植物——径流之间存在密切联系,促进氮磷平衡是地质富磷山地生态系统恢复及区域面源输出管控的内在要求和基本途径,固氮物种的选择和配置是未来研究的重要方向。
【关键词】：化学计量内稳性 群落演替 群落功能多样性 径流氮磷流失总量 径流氮磷比例 氮磷平衡
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q948
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 前言12-30
• 1.1 问题的提出12-13
• 1.2 国内外研究进展13-26
• 1.2.1. 富磷土壤的修复13-16
• 1.2.2. 植被恢复过程中群落结构与面源输出特征的关系16-21
• 1.2.3. 生态化学计量学与植被恢复21-26
• 1.3 本研究拟解决的问题,研究内容及技术路线26-30
• 1.3.1. 目前亟待解决的问题26-27
• 1.3.2. 主要研究内容27-29
• 1.3.3. 技术路线29-30
• 第二章 研究区概况和样地选择30-36
• 2.1 研究区概况30-33
• 2.1.1 地理位置30
• 2.1.2 气候条件30
• 2.1.3 地质条件30-31
• 2.1.4 水文条件31-32
• 2.1.5 土壤条件32
• 2.1.6 植被条件32-33
• 2.2 样地选择33-36
• 2.2.1 滇中湖群富磷区典型植物群落调查33
• 2.2.2 富磷区典型植物群落化学计量特征研究33-34
• 2.2.3 典型植物群固定样地的设置及其定位观测34-36
• 第三章 滇中富磷区典型植物群落结构研究36-52
• 3.1 引言36
• 3.2 材料和方法36-38
• 3.2.1 样地调查36-37
• 3.2.2 数据处理37-38
• 3.3 结果与分析38-49
• 3.3.1. 富磷区植物群落组成38-41
• 3.3.2 富磷区植物群落演替分析41-46
• 3.3.3 富磷山地人工植物群落与自然恢复群落比较46-49
• 3.4 讨论49-52
• 3.4.1 滇中山地富磷区典型植物群落特征49
• 3.4.2 恢复过程中群落结构变化49-50
• 3.4.3 合理构建人工群落50-52
• 第四章 滇中富磷区典型群落叶片N、P特征52-71
• 4.1 引言52-53
• 4.2 材料和方法53-55
• 4.2.1 样地调查53-54
• 4.2.2 数据处理54-55
• 4.3 结果与分析55-67
• 4.3.1 富磷区植物叶片N、P计量格局55-57
• 4.3.2 植物叶片N、P计量与土壤养分的响应关系57-59
• 4.3.3 富磷区植物对于P的积累59-64
• 4.3.4 自然恢复下植物群落N、P计量特征64-65
• 4.3.5 土壤养分、恢复时间对群落氮磷计量格局的作用途径65-67
• 4.4 讨论67-71
• 4.4.1 滇中山地富磷区植物叶片N、P计量特征67-68
• 4.4.2 滇中山地富磷区植物叶片N、P计量格局的决定因素68-70
• 4.4.3 植物提取技术在富磷区修复应用中的局限性70-71
• 第五章 滇中山地富磷区典型群落氮磷径流输出特征71-86
• 5.1 引言71
• 5.2 材料和方法71-74
• 5.2.1. 地表径流、土壤侵蚀及营养元素流失量测定71-72
• 5.2.2. 群落结构和多样性的调查72
• 5.2.3. 土壤样品的采集及测定72-73
• 5.2.4. 数据统计73-74
• 5.3 结果与分析74-84
• 5.3.1. 富磷区观测小区植物群落特征74-79
• 5.3.2. 地表径流输出特征79-84
• 5.4 讨论84-86
• 5.4.1. 滇中富磷山地径流输出特征84
• 5.4.2. 群落结构对于径流输出特征的影响84-85
• 5.4.3. 滇中富磷山地径流输出管控85-86
• 第六章 富磷区土壤、植物群落氮磷计量与径流氮磷输出风险86-103
• 6.1 引言86-87
• 6.2 材料和方法87-89
• 6.2.1. 野外调查与监测87
• 6.2.2 样品采集和测定87
• 6.2.3 生物量的测定87-88
• 6.2.4 数据统计88-89
• 6.3 结果与分析89-100
• 6.3.1. 土壤N、P可利用性对于群落组成的影响89-91
• 6.3.2. 氮、磷计量与群落稳定性91-95
• 6.3.3. 氮、磷平衡对径流中氮、磷输出格局的影响95-100
• 6.4 讨论100-103
• 6.4.1. 氮、磷变化与物种内稳态和群落稳定性100
• 6.4.2. 固氮植物与径流输出特征100-102
• 6.4.3. 通过养分平衡途径降低径流氮磷输出风险102-103
• 第七章 结论与展望103-108
• 7.1 主要结论103-108
• 7.1.1. 滇中富磷区植物群落结构特征103-104
• 7.1.2. 滇中富磷区植物群落叶片N、P计量特征104-105
• 7.1.3. 滇中富磷区植物群落径流输出特征105
• 7.1.4. 通过氮磷平衡途径促进植被恢复之初步认识105-107
• 7.1.5. 富磷山地植被恢复配置初探107-108
• 7.2 研究展望108
• 参考文献108-120
• 攻读博士学位期间完成的科研成果120-122
• 致谢122

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本文编号：361071