消落带植物功能型与水淹条件对狗牙根生长影响

发布时间：2018-11-04 12:35

【摘要】：水库消落带区域生长的植物在水库生态环境中扮演着极为重要的角色,对于防治水库水体污染、保护水库水质、防治水土流失多方面环境问题起着至关重要的作用。消落带受限于水库水位多变性的影响而极不稳定,在水库水位频繁干扰下,环境因子改变剧烈,导致植被频繁发生演替,体现出消落带生态系统生态脆弱性。人工水库的修建改变了自然状态下河流水位的变化规律以及水动力学规律,从而对消落带生态系统中的植物种子的分布、运移及沉降产生了重大的影响。同时水位逆季节性的频繁变化对消落带植物的生长发育也产生显著影响,进而影响水库的水质状况以及水库持续运行的能力。为揭示丹江口水库消落带生态系统中植物自然重建的内在潜力,依据植物不同月份不同土层,植物种子在丹江口水库消落带上的分布情况,选取10个采样区域,57个采样点,按水位变化情况分别在4月和6月采样。将丹江口水库不同地区全部覆盖,使用典范对应分析的方法(CCA)分析不同月份植物种子的分布规律与土壤容重,土壤水、土壤有机质含量以及土壤p H值等环境因子之间的关系。为揭示消落带的水文胁迫对消落带典型植物种群生长发育的影响,设置11组水分胁迫实验(水淹深度0-50cm,间隔5cm,每组21个处理,共231个培养容器),观测丹江口水库消落带典型草本植物狗牙根光合效率、叶绿素含量和比叶重三个生理指标及其变化趋势,运用回归分析的方法建立回归方程,建立各项生理指标与光合效率之间的内在联系,,从而达到典型植物狗牙根在不同水淹深度下的生长状况来判断人工水库水位的最优值的目的。通过实验得出以下结论:(1)通过CCA二维排序的方法,分析土壤中植物种子与环境因子之间的关系,选取相关系数大于0.5的环境因子,其中4月份a层土壤中饱和持水量、田间持水量与轴1的相关系数分别为-0.50和-0.51,砂粒含量与轴2的相关系数为-0.52;b层土壤中毛管持水量、饱和持水量、田间持水量与轴1的相关系数分别为0.64、0.62、0.60,砂粒含量与轴2的相关系数为0.51,4月份制约种子在土壤中出现的主要环境因子可能为土壤水份含量,此时消落带水位刚刚下降,水份仍为影响消落带环境的主要影响因子。在6月a层土壤中,砂粒含量、粉粒含量与轴1的相关系数为-0.60、0.54,b层土壤中土壤饱和持水量、有机质与轴2的相关系数为0.52、0.51,6月份主要制约植物种子在土壤中的的主要环境因子为土壤的机械组成。(2)通过研究水淹对狗牙根光合效率的影响,结果表明:在水淹第4天,水淹深度为0cm时的狗牙根的光合效率为2.54μmol CO_2 m~(-2) s~(-1),水淹深度5cm时的狗牙根光合效率为3.5μmol CO_2 m~(-2) s~(-1),水淹深度10cm的狗牙根光合效率为4.16μmol CO2 m~(-2) s~(-1),分别增长了37.8%、18.7%,其中水淹深度10cm时的狗牙根光合效率较水淹深度0cm的狗牙根光合效率增长了63.8%;在水淹第8天时,水淹深度0cm狗牙根的光合效率为5.45μmol CO_2 m~(-2) s~(-1),水淹深度5cm狗牙根的光合效率为6.3μmol CO_2 m~(-2) s~(-1),增幅为15.6%,这表明在水淹初期,水分的适量增加对于狗牙根的光合效率具有促进作用。(3)在水淹时间不超过12天,11个处理组共77个样本的狗牙根的光合效率随水淹时间变化而产生的变化规律相同,符合二项分布,R~2为0.579,表明短期水淹深度的增加对于狗牙根光合效率的影响较小;当水淹时间为12天到20天时,狗牙根的光合效率与水淹时间的变化规律,水淹深度0和5cm处理组变化趋势相同,水淹深度15到45cm之间的处理组的变化趋势相同,狗牙根的光合效率与水淹时间的变化的R~2分别为0.680、0.460;当水淹时间为20到30天时,水淹深度0到10cm处理组之间、15到25cm处理组之间、30到35cm处理组之间、40到45cm处理组之间的变化趋势分别相同,狗牙根的光合效率与水淹时间的变化的R~2分别为0.599、0.442、0.783、0.558。说明在一定范围的水淹深度下,水淹深度的改变并不影响狗牙根的光合效率的变化趋势;随着水淹时间的增加,不同水淹深度下狗牙根光合效率的变化趋势的改变愈加频繁。(4)狗牙根叶绿素含量随水淹时间的变化过程中在水淹时间第25天,狗牙根的叶绿素含量大于水淹12天、16天、20天以及30天,在水淹末期,狗牙根为最大限度维系正常光合作用,叶绿素含量增加,在15到25天狗牙根的叶绿素含量随水淹时间的增加而增加;在25到30天狗牙根的叶绿素含量下降,这也与狗牙根的光效率的变化趋势一致,狗牙根生长受到水份严重的抑制。(5)在水淹条件下,狗牙根的比叶重与水淹深度的相关系数,只有在水淹第四天的时候,p为0.0260.05,其余时间,狗牙根的比叶重与水淹深度的相关系数均大于0.05,相关性不强,在水淹初期植物为适应水淹环境,叶片生长以适应水下光照较少,植物叶绿素含量降低的等不利因素以维持正常的光合效率,随着水淹深度的增加,狗牙根叶片的比叶重也随之发生改变;当水淹时间过长时,狗牙根自我调节能力减弱,我们假设狗牙根对水淹条件的抵抗能力减弱。通过探究一种消落带典型植物狗牙根的在水分胁迫作用下的生长规律,来为消落带生态环境的恢复提供一定的科学理论依据,在后续研究中,应开展多种群落水平的水份胁迫下生长状况的对比实验,设立野外定点观测消落带区域内水文流动规律,泥沙含量等指标测定,力求更加系统完善的阐明消落带生态环境在水分频繁干扰下的变化规律。
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【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S688.4

【参考文献】