三峡库区消落带落羽杉和立柳营养元素与非结构性碳水化合物含量特征研究

摘要

三峡水库建成运行后，实行“冬蓄夏排”的运行方式，反季节水位调度管理使消落带原有植被的生境受到巨大干扰，消落带植被退化严重。在此背景下，众多科研工作者试图通过筛选耐水淹植物，修复消落带植被。目前，大多数筛选出来的可供植被修复使用的物种在消落带种植的效果并不理想，究其原因，主要是前期适生植物筛选过程中，模拟水淹试验与水库调水节律不符；模拟水淹试验次数、水淹深度和水淹时间不够。因此，有必要在消落带原位开展适生植物水淹耐受性研究，了解其在消落带实际生境下的生理生态适应机制。
　　本研究选择重庆市忠县三峡库区消落带植被修复示范基地内种植于175—165 m海拔范围内的落羽杉（Taxodium distichum）和立柳（Salix matsudana）为研究对象。根据遭受水淹深度和时间的差异将样地划分为3个样带：浅淹-SS（海拔175 m，相当于对照）、中度水淹-MS（海拔170 m）和深度水淹-DS（海拔165 m）。2015年5月，分别在3个样带内进行落羽杉和立柳根和叶样品采集，同期采集土壤样品，测定分析水淹对这2个树种营养元素含量的影响；分别于2015年5月—9月和2016年5月—9月两个生长季节内，每隔2月对落羽杉和立柳进行根、枝条和叶采样，测定分析其营养元素含量动态特征；2015年7月，分别在3个样带内进行落羽杉和立柳根、枝条和叶取样，测定分析其非结构性碳水化合物（NSC）含量及其与 N和P含量的关系，探究这两个树种物质储备对水淹胁迫的响应。研究结果如下：
　　1．水淹对消落带落羽杉和立柳营养元素含量的影响
　　研究结果表明，水淹对消落带落羽杉和立柳营养元素含量造成了影响。（1）随着水淹深度和水淹时间的增加，落羽杉和立柳根系功能紊乱，营养元素的吸收与运输受到抑制。落羽杉N、P、K、Ca、Cu、Zn吸收量减少，而Mg、Fe、Mn吸收量增加；立柳N、P、Ca、Mg、Cu、Zn吸收量减少，K、Fe吸收量增加。（2）相关性分析表明，落羽杉株高与N、K、Mg含量呈极显著正相关关系，与P含量呈显著正相关关系，而与Fe、Cu含量呈极显著负相关关系，与Mn含量呈显著负相关关系；落羽杉冠幅与植株N、P、K、Mg含量呈极显著正相关关系，而与Fe、Cu含量呈极显著负相关关系。立柳株高与植株N、P、K、Mg含量呈极显著正相关关系，与Ca含量呈显著正相关关系，而与Fe含量呈显著负相关关系；立柳冠幅与植株N、P、K、Ca、Mg含量呈极显著正相关关系，而与Fe含量呈极显著负相关关系。（3）3个样带土壤中部分元素含量存在差异，但相关性分析结果表明，落羽杉植株仅P含量与土壤P含量呈负相关关系，Mn含量与土壤Mn含量呈正相关关系；立柳植株仅Ca含量与土壤Ca含量呈正相关关系。
　　2．消落带落羽杉和立柳营养元素含量动态特征
　　研究结果表明，两个树种应对非生长季节水淹做出来积极的响应，与对照组相比，水淹组植株营养元素含量发生明显改变，其营养元素含量间的差异贯穿其整个生长期。（1）2015年和2016年两个生长季内，水淹组落羽杉根中N、P、K、Ca、Cu含量，枝条中Ca含量，叶中P、K、Ca、Cu、Zn含量低于对照组，落羽杉根中Fe、Mn含量，枝条中Mg、Mn含量高于对照组。整个研究期间，水淹组立柳根中N、P、Mg、Cu含量，叶中P、Ca含量低于对照组，立柳根中Mn含量高于对照组。（2）植物在不同的生长阶段，其营养元素含量会发生规律性改变，但在本研究中，相同水淹处理不同生长时期植株营养元素含量变化趋势与以往研究结果不同，相同处理组在2015年和2016年两个生长季内的变化趋势也不一致。（3）中度水淹组和深度水淹组间植株营养元素含量未见规律性变化。
　　3．水淹对消落带落羽杉和立柳NSC含量及其与N和P关系的影响
　　水淹对落羽杉和立柳的NSC、N和P含量极其化学计量特征造成了影响。（1）与对照组相比，中度和深度水淹组落羽杉与中度水淹组立柳保持了较高的NSC储备水平，落羽杉和立柳的NSC含量增加，水淹对其NSC的合成产生了促进作用。（2）随着水淹深度和水淹时间的增加，中度和深度水淹组落羽杉与中度水淹组立柳根枝条和叶NSC中可溶性糖所占比重增加，说明两个树种的水淹耐受性增强。（3）水淹抑制了落羽杉和立柳N和P元素的吸收，但其N/P保持稳定，两种树的N/P<14，其生长可能受N限制。（4）随着水淹深度和水淹时间的增加，中度和深度水淹组落羽杉与中度水淹组立柳的 NSC/N、NSC/P均升高，说明其投入单位质量N和P的NSC产出增加。
　　综上所述，落羽杉和立柳种植于消落带近4a后，对消落带水文环境产生了一定适应性。水淹对两个树种营养元素吸收造成了影响，其影响又因营养元素种类和植株部位不同而不同。在不同的生长阶段，对照组和水淹组植株营养元素含量差异始终存在。在N、P等关键元素吸收受限的情况下，落羽杉和立柳可能通过平衡光合作用产物在生长与贮存间的投入，在下一个水淹周期之前做好碳水化合物储备，保障其冬季淹水期及出露生长期的物质供应。基于这两个树种在营养吸收和物质储方面的表现，落羽杉对于消落带165 m海拔高程以上水文环境有很好的适应性，具备长期在此范围内生存的潜力；立柳在170 m海拔高程以下区域的适应性减弱，建议在将来的人工植被重建中加强其出露生长期间的水肥管理。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 水淹胁迫对植物营养元素含量的影响

1.2.2 木本植物非结构性碳水化合物研究现状

1.3 研究材料

1.4 研究目标与内容

1.4.1 研究目标

1.4.2 研究内容

1.4.3 拟解决的科学问题

1.4.4 技术路线

第2章 水淹对消落带落羽杉和立柳营养元素含量的影响

2.1 材料与方法

2.1.1 研究地点与材料

2.1.2 试验设计

2.1.3 测试方法

2.1.4 数据分析

2.2 试验结果

2.2.1 水淹对落羽杉生长的影响

2.2.2 水淹对落羽杉营养元素含量的影响

2.2.3 水淹对立柳生长的影响

2.2.4 水淹对立柳营养元素含量的影响

2.2.5 水淹对落羽杉和立柳营养元素含量影响比较

2.3 讨论

第3章 消落带落羽杉和立柳元素含量动态特征

3.1 材料与方法

3.1.1 研究地点与材料

3.1.2 试验设计

3.1.3 测试方法

3.1.4 数据分析

3.2 研究结果

3.2.1 落羽杉营养元素含量动态特征

3.2.2 立柳营养元素含量动态特征

3.3讨论

第4章 水淹对消落带落羽杉和立柳NSC含量及其与N、P关系的影响

4.1 材料与方法

4.1.1 研究地点与材料

4.1.2 试验设计

4.1.3 测定方法

4.1.4 数据分析

4.2 研究结果

4.2.1 水淹对落羽杉NSC、N、P含量的影响

4.2.2 水淹对立柳NSC、N、P含量的影响

4.2.3 落羽杉和立柳非结构性碳水化合物含量特征比较

4.3 讨论

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.1.1 水淹对消落带落羽杉与立柳营养吸收的影响

5.1.2 水淹对消落带落羽杉与立柳碳水化合物储备的影响

5.1.2 落羽杉与立柳水淹耐性比较

5.2 展望

参考文献

致谢

在校期间发表的论文