闽江河口湿地优势植物净初级生产力及N、P养分动态

摘要

本研究以闽江河口湿地3种主要优势植物——本地种芦苇(Phragmites australis)、短叶茳芏(Cyperus malaccensis Lam.var.brevifolius BockIr．)和入侵种互花米草(Spartina alterniflora)为对象，研究了植物群落特征和生物量分配的季节变化，并分析了净初级生产以及N、P养分含量和积累量动态，同时探讨影响植物净初级生产力的土壤环境因素。 研究表明，芦苇、短叶茳芏和互花米草株高和密度呈显著负相关(P<0.01)。3种植物的生物量、N、P含量和积累量有明显的器官和季节差异，其中总生物量和N、P积累总量季节动态呈典型的单峰值曲线。芦苇、短叶茳芏和互花米草年净初级生产力分别为：1056.75gC·m-2·a-1、1035.13gC·m-2·a-1和1401.40gC·m-2·a-1。互花米草年净初级生产力最高，并有进一步扩增加的趋势。N素是限制闽江河口湿地3种优势植物净初级生产力的主要营养因子，植物N养分积累总量也同样与总生物量显著相关(P<0.05)，但影响本地种和入侵种净初级生产力的土壤环境因子不同。灰色关联分析结果表明，土壤Eh和温度是影响芦苇和短叶茳芏净初级生产力的主要因素，而互花米草净初级生产力主要受土壤盐度和pH值影响。3种植物N含量和富集能力显著高于P含量和富集能力(P<0.01)，其中互花米草N积累总量为33.01～55.43g·m-2：P积累总量为4.29～5.46g·m-2。从净化功能考虑，通过收获互花米草对N、P营养盐的去除效果最佳。 湿地植物净初级生产力是湿地生态系统研究的基础，湿地植物养分含量和富集状况是揭示湿地植物净初级生产力和湿地功能机理的关键，也是湿地生物地球化学循环研究的一个重要方面，成为湿地和生态学研究的重要领域。因此，了解植物净初级生产力及养分元素的积累与富集状况是十分必要的，对保护河口湿地也具有重要的科学意义。 本研究以闽江河口湿地3种主要优势植物芦苇(Phragmites australis)、短叶茳芏(Cyperus malaccensis Lam.var.brevifolius Bocklr.)和互花米草(Spartina alternoflora)为对象，探讨闽江河口湿地主要优势植物的群落特征、净初级生产力大小与生物量季节变化状况、湿地生态系统净初级生产力以及N、P等养分元素的富集过程，揭示闽江河口湿地植物养分生物循环转移规律，同时利用灰色关联方法，初步分析影响湿地植物净初级生产力的土壤环境因子。这不仅为了解河口湿地生态系统单元碳储量提供基础资料，也为管理部门应对闽江河口湿地外来植物种入侵提供科学、合理的依据，具有重要理论和现实意义。 第一部分为绪论部分，从净初级生产力的概念和测定方法出发，对国内外植被净初级生产力研究方法、区域尺度和生态系统类型进行概括，并对芦苇、短叶茳芏、互花米草等湿地植物研究进展、影响植物净初级生产力的环境因素进行分析，阐述湿地植物N、P养分的含量和富集在植物净初级生产中的作用，综述目前对湿地植物N、P养分动态的研究情况，在此基础上，提出本研究的背景、目的意义和主要研究内容与创新点。 第二部分，介绍具体研究区域－－闽江河口鳝鱼滩湿地的地理位置、气候、水文、潮汐、土壤、动植物资源等自然地理和湿地周边的社会经济状况。根据湿地现状和实际情况，提出采样点的选取和3种主要优势植物生物量的获取方法，分析影响植物净初级生产力的环境因子和植物C、N、P元素的测定方案，并总结研究采取的技术路线。 第三、四部分是本研究的重点。第三部分分析闽江河口湿地主要优势植物的净初级生产力。根据调调查测定，3种主要优势植物的株高和密度呈显著负相关。芦苇株高和密度关系符合指数函数方程(Y=327.5e-0.0039x，P<0.01)：短叶茳芏和互花米草株高和密度关系符合幂函数方程(短叶茳芏：Y=0.0002x2-0.4642x+374.66，P<0.01； 互花米草：Y=2876.5x-0.5188，P＜0.01)。从春季开始，3种植物地上部分生物量逐渐增加，各个月份F/C值互花米草显著高于芦苇和短叶茳芏(P＜0.05)。根据植物各构件的C含量与现存量，推算出3种植物地上部分年净初级生产力分别为：芦苇613.71gC·m-2·a-1；短叶茳芏310.88gC·m-2·a-1；互花米草776.10gC·m-2·a-1，互花米草地上部分年积累的有机质总量最高，但是从植物RGR值的变化看，互花米草有机质的生产效率较低。3种植物地下生物量随深度增加而降低，芦苇夏季各层生物量显著大于其他季节(P＜0.05)；短叶茳芏和互花米草地下各层生物量秋冬季最大。3种植物地下部分年净初级生产力仍以互花米草最高，但如果以C含量表示，则短叶茳芏最高。 3.种主要优势植物总生物量季节动态呈典型的单峰值曲线，芦苇、短叶茳芏和互花米草3种植物的年净初级生产力用固碳量表示分别为：1056.75gC·m-2·a-1、1035.13gC·m-2·a-1和1401.40gC·m-2·a-1。芦苇和短叶茳芏各个季节根冠比都大于1，互花米草在夏、秋季节小于1，芦苇和短叶茳芏根冠比极显著大于互花米草(P＜0.01)，因此互花米草生物量还有很大增长可能，并有进一步扩张趋势。依据灰色系统理论的建模机理，对影响3种主要优势植物净初级生产力的土壤环境因子进行关联分析，结果表明：影响本地种芦苇和短叶茳芏净初级生产力主要是土壤Eh、土壤温度和含水量等季节变化大的环境因子；而土壤盐度和pH值是影响入侵种互花米草净初级生产力的主要因素。 第四部分，主要研究闽江河口湿地优势植物N、P含量及积累量动态。芦苇、短叶茳芏和互花米草地上部分N、P含量在不同器官的分布趋势都为叶＞花＞茎；绿色部分＞立枯部分。3种植物地上N、P含量有一致的季节变化规律，即冬春季节＞夏秋季节。植物地上N、P营养元素的分配模式与C含量的分配模式不同。芦苇和短叶茳芏地下N、P含量分布为0～15cm＞15～30cm＞30～60cm，而互花米草N、P含量随深度增加反而升高。植物体内地上N平均含量在各个季节始终高于地下部分，但是地上、地下P平均含量的高低呈波动变化。 从季节变化看，3种植物N、P积累量动态都呈典型的单峰值曲线。芦苇N总积累量的季节变化范围为32.44～53.46g·m-2，短叶茳芏为31.98～42.86g·m-2，互花米草为33.01～55.43g·m-2，表明互花米草的N积累量最大。芦苇P总积累量的季节变化范围为1.92～4.63g·m-2，短叶茳芏为4.41～7.35g·m-2，互花米草为4.29～5.46g·m-2，短叶茳芏和互花米草P积累量显著高于芦苇(P＜0.05)。3种植物体内N含量都显著高于P含量(P<0.01)，N的富集能力也远远高于P的富集能力。从净化功能考虑，通过收获互花米草对N、P营养盐的去除效果最佳，收获的最好季节是秋冬季。 根据植物的C、N、P含量，推算出互花米草地上部分的C/N比值在各季节较高，而芦苇的C/P比值在各季节较高。植物的C/N、C/P比值与地上生物量的变化规律基本一致，但植物地下部分各层的C/N、C/P比值变化较为复杂。植物N/P比值有明显的季节变化，3种植物都为秋冬>春夏。短叶茳芏和互花米草在各季节N/P比值均<14，芦苇在春夏季节N/P比值<14，秋冬季节>16。 第五部分是讨论部分。参阅他人的研究成果，认为植物的株高和密度呈显著负相关，体现了生态学上的种群自疏法则。本研究还从植物的构件组成、分配结构和植物生长的微域环境等方面分析3种主要优势植物生物量的器官分配和季节动态变化的原因，探讨影响植物净初级生产力的土壤环境因素，并认为植物各器官的功能和生理特点及植物本身的物候期是造成植物体内N、P含量、积累量有季节差异的主要原因，而植物的N积累总量和植物净初级生产力也具有显著的相关关系(芦苇R=0.9573，P=0.0295；短叶茳芏R=0.6953，P=0.0172；互花米草R=0.9034，P=0.0472)。最后指出N素是限制闽江河口湿地3种植物净初级生产的主要营养因子。 本研究的结尾部分是结论与展望，对研究所取得的一些成果作了较详实、客观的分析和总结，指出存在的不足之处，并提出今后在本研究方向上进一步开展研究工作的设想、展望和建议。

目录

声明

摘要

中文文摘

第1章绪论

1.1净初级生产力的概念

1.1.1生物生产力的概念及发展

1.1.2植物净初级生产力的测定

1.2国内外植物净初级生产力研究进展

1.2.1国内外植物净初级生产力研究方法

1.2.2研究的主要区域尺度与生态系统类型

1.2.3芦苇、短叶茳芏、互花米草等湿地植物生产力研究进展

1.3湿地植物净初级生产中N、P养分研究进展

1.3.1 N、P养分在植物净初级生产中的作用

1.3.2 N、P养分含量与积累量在湿地植物净初级生产中的动态研究

1.3.3湿地植物净初级生产中的N、P养分限制研究

1.4立题依据和研究内容

1.4.1研究的背景、目的意义

1.4.2主要研究内容与创新点

第2章研究区概况与研究方法

2.1研究区概况

2.1.1自然地理状况

2.1.2湿地周边社会经济概况

2.2研究方法

2.2.1采样点的选择及其植物生物量的获取

2.2.2植物净初级生产力计算

2.2.3环境因子测定

2.2.4含碳量及养分元素的测定

2.2.5数据统计分析

2.2.6研究方案与技术路线

第3章闽江河口湿地主要优势植物净初级生产力

3.1闽江河口湿地优势植物株高与植株密度动态分析

3.1.1植物形态结构特征

3.1.2植物株高与植株密度的季节动态

3.2植物地上部分净初级生产力

3.2.1地上生物量结构及年净初级生产力

3.2.2地上部分各期净初级生产力

3.3植物地下部分生物量及年净初级生产力

3.3.1地下生物量空间变化特征

3.3.2地下生物量季节变化及年净初级生产力

3.4植物总生物量和年净初级生产力

3.5影响植物净初级生产力土壤环境因子的灰色关联分析

3.5.1灰色关联分析的建模机理

3.5.2灰色关联分析结果

第4章闽江河口湿地优势植物N、P含量与积累动态

4.1地上部分N、P含量及积累动态

4.1.1地上部分N、P含量与分布

4.1.2植物地上部分N、P积累动态

4.2植物地下部分N、P分布及积累动态

4.2.1植物地下部分N、P含量与分布

4.2.2植物地下部分N、P积累动态

4.3植物N、P平均含量及积累状况

4.4植物营养负荷状况

4.4.1植物C/N、C/P 比值动态

4.4.2植物N/P比值变化

第5章讨论

5.1植物净初级生产力差异

5.1.1植物株高与植株密度

5.1.2植物地上部分生物量与净初级生产力

5.1.3植物地下部分生物量时空变化

5.1.4根冠比与植物总净初级生产力

5.1.5影响植物净初级生产力的土壤环境因子

5.2植物N、P含量分布及积累量与植物净初级生产力的关系

5.2.1植物净初级生产中N、P含量动态

5.2.2植物N、P积累与净初级生产力的关系

5.3植物营养负荷状况对植物净初级生产的影响

5.3.1植物C/N、C/P比值变化

5.3.2植物N/P比值变化

第6章结论

参考文献

攻读学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

个人简历