泥炭沼泽湿地植被演替规律及植物多样性研究

发布时间：2017-10-07 12:41

  本文关键词：泥炭沼泽湿地植被演替规律及植物多样性研究

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【摘要】：长白山西麓龙岗山脉中段金川地区的湿地生态系统是后河流域中的一个特殊的生态系统类型。它们是长白山区典型火口湖发育形成的泥炭地,该区的泥炭地均为全新世发育的草本泥炭,发育连续,沉积速率大。此外,该湿地生态系统也因其地理位置特殊、泥炭保存较完整,具有典型的区域代表性,同时该泥炭地植被保存相对较好,植物种类丰富,各沼泽湿地的植被的演替和发育都具有一定的规律性。因此在沼泽学的研究上具有重要的意义。有关植被演替过程中物种多样性的研究很多,但是针对吉林省东部金川地区处于不同演替阶段的火口湖泥炭沼泽湿地的植被演替研究却鲜有报道。对火口湖泥炭地这种特殊类型的湿地生态系统的植物多样性研究可为揭示湿地演替规律提供一定的参考依据。因此,确立本研究课题,从群落、种群和个体三个尺度,系统地研究金川地区处于不同演替阶段的火口湖沼泽湿地植被演替过程中植物多样性的变化,寻求火口湖湿地植被的演替规律及影响因素,为进一步保护湿地提供理论依据。本文立足处于不同演替阶段的三个火口湖沼泽湿地的植被特征、物种多样性、功能多样性、种群格局及优势种生理生态特征等方面,采用空间代替时间的研究方法,重点分析了三个火口湖沼泽湿地的植被演替规律和演替影响因素及其植物多样性的变化,得到以下结论:(1)三个主要研究样地为处于不同演替阶段的湖泊沼泽,均由火口湖演化而成。它们彼此间孤立,形成几乎没有基因交流的生物岛。按照传统湖泊演替理论及沼泽湿地的现存证据,三个沼泽湿地的沼泽化历史时间关系为孤山屯金川旱龙湾。三个沼泽湿地的植被演替过程均为同心圆演替,方向为由湖泊岸边到湖心。(2)利用分类和排序的方法能将本研究区处于不同演替阶段的三个湿地很好地分开,且重叠较小。研究区内三个沼泽湿地共有植物39科62属75种,总体来看,植物的种类比较丰富,植物区系组成中各科含属数差异较大。本区大部分植物1属只有1种,占总属数的91.8%,占总种数的76.7%,说明本研究区沼泽植物种类具有多样性和分散性的特点。(3)旱龙湾泥炭地由于演替时间较短,植被群落还处于发育期,演替进程缓慢,因此物种多样性指数和均匀度指数均不存在显著差异。而相对演替时间较长的金川沼泽植物种类和物种多样性均显著高于旱龙湾,而且金川泥炭地中位于边缘的群落往往比内部的群落拥有更多的物种和更高的多样性。由于孤山屯沼泽演化历史较长,沼泽内部大环境趋于一致,因此不同样方植物种的数量差异不明显。对三个沼泽湿地植物群落功能多样性进行比较分析的结果表明:与营养性状相比,植物的形态性状同其它各性状间的关系更密切。金川湿地叶片干物质含量和叶片碳含量的群落权重均值显著高于孤山屯湿地和旱龙湾湿地,说明叶的营养性状差异程度较大。此外,在三个土壤表面均较湿的泥炭地中,优势物种表现出相似的功能性状。就单个功能性状而言,叶片碳含量所表征的功能多样性,在金川湿地群落中异质性较大,这与物种多样性有着相似的结果。功能多样性在生境中的变化说明自然环境是复杂多样的,某个因子的驱动作用往往与其它多个环境因子相互牵连,因此植物功能性状与环境的关系需要考虑多因子的共同作用。(4)处于不同演替阶段的湿地,物种多样性与群落生产力之间的关系存在差异。整体而言,三个样地的群落生物量存在显著差异,且群落和优势种的生物量均存在明显的季节动态。旱龙湾湿地群落的生物量最高,孤山屯湿地群落的生物量最低。群落地上生物量与物种多样性指数的关系在孤山屯和旱龙湾湿地呈线性单调上升趋势,而在金川湿地生则呈线性单调下降趋势。功能多样性的某个或某些性状对生产力有影响,地上生物量与比叶面积呈显著的负相关,与叶片大小和植株高度也有显著的线性关系。但本文的研究总体表明,功能多样性与生产力之间的相关性不高,仅有个别特征存在关联。物种多样性与功能多样性对环境因子的响应存在一致性的同时也存有差异。物种多样性和功能多样性均与土壤总磷和总氮存在显著的相关关系。土壤中营养元素对群落功能多样性的影响大于水中营养元素的影响。(5)湿地植被演替过程中,灌木油桦的侵入格局与藓丘的格局存在显著的正相关关系。油桦种群在最初侵入湿地时是随机分布的,随着种群的扩张和资源的竞争,油桦幼苗选择集群分布的格局。环境因子中对群落影响最大的是速效磷,其次是藓丘高度。(6)湿地水位对植被演替过程中的优势种臌囊苔草的发育影响较大。较深的水位会阻碍臌囊苔草生物量的积累,并改变生物量在植物体内的分配,减缓湿地由湿向干转变的过程,因此会减慢演替进程。相反,水深变浅,则会加快演替进程。因此,湿地群落的演替过程中,水深是一个主要的影响因子。总体而言,植物可以通过改变自身的生理特性来适应群落环境的动态变化,同时也充分证明植被群落动态与其生理生态学特性是紧密相关的。
【关键词】：泥炭沼泽湿地 植被演替 植被特征 植物多样性 灌木入侵
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q948
【目录】：

• 中文摘要4-6
• 英文摘要6-12
• 第一章 引言12-25
• 1.1 选题背景及意义12-14
• 1.2 研究综述14-25
• 1.2.1 植被演替的概念及演替理论的发展与现状14-16
• 1.2.2 植被演替的途径研究16-17
• 1.2.3 植物群落演替的方法学研究进展17-19
• 1.2.4 演替过程中生物多样性研究进展19-21
• 1.2.5 种群格局研究在植物演替过程中的应用21-23
• 1.2.6 关于群落演替中的优势种生长、生理特性的研究23-25
• 第二章 研究区概况25-31
• 2.1 研究区地理位置25
• 2.2 研究区气候特征25
• 2.3 研究区土壤特征25-26
• 2.4 研究区水文特征26-27
• 2.5 研究区内处于不同演替阶段的湿地植被特征27-30
• 2.5.1 大龙湾湿地植被现状特征27
• 2.5.2 小龙湾湿地植被现状特征27-28
• 2.5.3 旱龙湾湿地植被现状特征28-29
• 2.5.4 金川湿地植被现状特征29
• 2.5.5 孤山屯湿地植被现状特征29-30
• 2.5.6 三个不同演替阶段沼泽湿地的时间序列30
• 2.6 小结30-31
• 第三章 不同演替阶段泥炭沼泽湿地植被群落特征及环境因子的关系研究31-50
• 3.1 前言31
• 3.2 材料与方法31-34
• 3.2.1 样地选择31-32
• 3.2.2 样点设计32
• 3.2.3 环境因子测定32
• 3.2.4 数据分析32-34
• 3.3 沼泽湿地植被区系特征和主要植被类型分析34-44
• 3.3.1 沼泽湿地植物群落组成34-36
• 3.3.2 沼泽区植物科属分布类型分析36-38
• 3.3.3 沼泽湿地植物群落特征分析38-44
• 3.4 群落生物量与环境因子关系44-47
• 3.4.1 湿地群落间生物量比较44-45
• 3.4.2 湿地群落地上生物量的季节动态45-46
• 3.4.3 湿地群落间生物量与土壤营养元素的关系46-47
• 3.5 讨论47-49
• 3.5.1 沼泽湿地群落组成与特征47-48
• 3.5.2 群落生物量动态分析48
• 3.5.3 群落生物量与环境因子关系48-49
• 3.6 小结49-50
• 第四章 不同演替阶段沼泽湿地植物多样性与生态系统功能的关系研究50-72
• 4.1 前言50-51
• 4.2 研究方法51-53
• 4.2.1 实验地概况51
• 4.2.2 实验方法51-52
• 4.2.3 数据分析52-53
• 4.3 研究结果与分析53-66
• 4.3.1 沼泽湿地群落物种多样性分析53-60
• 4.3.2 沼泽湿地群落功能多样性分析60-66
• 4.4 讨论66-70
• 4.4.1 不同演替阶段沼泽湿地物种多样性变化66-67
• 4.4.2 不同演替阶段沼泽湿地功能多样性变化67-68
• 4.4.3 不同演替阶段沼泽湿地物种多样性和功能多样性变化对生态系统功能影响68-69
• 4.4.4 不同演替阶段沼泽湿地物种多样性和功能多样性变化对环境因子的响应69-70
• 4.5 小结70-72
• 第五章 泥炭沼泽植物演替过程中灌木种群的入侵机制研究72-83
• 5.1 引言72-73
• 5.2 研究方法73-74
• 5.2.1 研究区概况73
• 5.2.2 研究物种73
• 5.2.3 实验设计73-74
• 5.2.4 统计分析74
• 5.3 结果74-80
• 5.3.1 藓丘植物群落的物种构成74-75
• 5.3.2 油桦年轮与基径的关系75-76
• 5.3.3 泥炭藓丘的大小与油桦树龄大小的关系76
• 5.3.4 油桦的年龄结构76-77
• 5.3.5 油桦与藓丘空间分布格局77-80
• 5.4 讨论80-82
• 5.4.1 泥炭湿地中油桦与藓丘关系80-81
• 5.4.2 湿地演替过程中灌木侵入的群落构建81-82
• 5.5 小结82-83
• 第六章 群落演替过程中水位对优势种——臌囊苔草生长、生理特性研究83-94
• 6.1 前言83-84
• 6.2 材料和方法84-86
• 6.2.1 实验材料84
• 6.2.2 实验处理84
• 6.2.3 试验方法84-86
• 6.2.4 统计分析86
• 6.3 结果86-91
• 6.3.1 植物生长及生物量分配86-88
• 6.3.2 相对生长速率和茎部相对伸长速率88
• 6.3.3 醇脱氢酶活性及丙二醛含量88-90
• 6.3.4 碳水化合物含量90-91
• 6.4 讨论91-92
• 6.5 小结92-94
• 第七章 结论94-97
• 7.1 结论94-95
• 7.2 不足和展望95-97
• 参考文献97-111
• 附录111-116
• 致谢116-117
• 在学期间公开发表论文及著作情况117

【参考文献】

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本文编号：987919