模拟人工湿地中植物多样性与生态系统稳定性关系研究

摘要

生物多样性与生态系统稳定性之间的关系已经吸引了生态学家长达半个多世纪的关注。近年来，许多研究通过计算植物群落生产力的变率与抵抗力来衡量系统的稳定性。在当前氮污染不断增加的背景下，生态系统多项功能对氮干扰的响应以及生物多样性与系统稳定性关系只得到很少的关注。
　　本研究以模拟人工湿地微宇宙为实验平台，设置了沙基质（沙培）和水培的两套平行实验系统，选取4种人工湿地常用植物:芦苇(Phragmites australis(Cav.) Trin.exStend)、香蒲（Typha latifoliaL.）、菩提子（Coix lacryma-jobi L.）和菖蒲(Acorus calamusL.);并配置了1、2、3、4四个物种丰富度水平。采用修正的Hoagland营养液作为模拟污水。实验前期所有微宇宙均供给仅含硝的营养液。当实验进行到第74天时，将每个处理的6个重复随机均分为两部分（各3个重复），其中一半保持供应纯硝态氮不变，另一半供应硝铵比为2∶1的模拟污水，以模拟污水中氮形态的变化对系统的干扰，两种营养液的氮总量不变。探究在铵干扰的情况下，植物物种丰富度及物种特性对生态系统生产力、氮去除率变率和抵抗力的影响。主要发现如下:
　　1.水培与沙培系统中铵干扰会降低人工湿地的氮去除率;但铵干扰对地上、地下生物量均无显著影响。在水培系统中，多样性可缓解铵对系统氮去除效率的干扰。
　　2.水培系统中，物种丰富度可以显著降低地下生物量、硝和总无机氮去除率的变异系数;芦苇和菩提子的存在显著降低出水铵和总无机氮去除率的变异系数，但其他两个种不显著。沙培系统中氮去除率的变异系数随物种丰富度变化不显著;菩提子的存在显著增加硝和总无机氮去除率的变异系数。关键种对于氮去除率变异系数的效应大于物种丰富度的效应。
　　3.物种丰富度减弱水培系统中地下生物量对按干扰的抵抗力与沙培系统中地上生物量的抵抗力。氮去除抵抗力不响应物种丰富度，但是受芦苇和菩提子的影响显著。芦苇增加水培系统的硝和总无机氮去除率的抵抗力，但在沙培系统中降低铵去除率的抵抗力;菩提子增加水培系统铵去除率的抵抗力，却降低沙培系统硝和总无机氮去除率的抵抗力。水培和沙培系统的结果都说明关键种对于氮去除抵抗力的效应大于物种丰富度的效应。
　　4.水培系统中地上地下生物量对铵干扰的抵抗力均与未干扰时生物量负相关，硝与总无机氮去除率的抵抗力与未干扰时的氮去除率正相关。沙培系统中地上生物量、硝和总无机氮去除率的抵抗力均与于未受干扰时的值负相关。
　　本研究通过模拟人工湿地微宇宙系统分析了铵干扰下的植物多样性与生态系统稳定性关系，拓展了多样性-稳定性关系理论，并对提高人工湿地的净化效率以及稳定性具有一定指导意义。

目录

声明

致谢

摘要

术语

1 引言

1．1 生物多样性与生态系统稳定性关系的研究迸展

1．1．1 生物多样性与生态系统稳定性关系的研究历史

1．1．2 近20年生物多样性与生态系统稳定性关系的实验研究历程

1．1．3 目前生物多样性与生态系统稳定性关系的前沿与不足

1．2 水污染的趋势与人工湿地的发展

1．2．1 水污染的趋势

1．2．2 人工湿地净化污水的原理

1．2．3 人工湿地中生物多样性与系统功能关系的研究进展

1．3 本研究的科学问题与内容

1．3．1 科学问题

1．3．2 研究内容

2 材料与方法

2．1 实验设计及样地植物配置

2．2 取样和相关参数测定

2．3 相关计算

2．3．1 生态系统稳定性的计算

2．3．2 多样性导致系统稳定性的机理分析

2．4 统计分析

3．结果

3．1 水培系统中铵干扰下植物多样性与系统功能稳定性的关系

3．1．1 植物多样性对系统生产力稳定性的影响

3．1．2 植物多样性对系统氮去除稳定性的影响

3．2 铵干扰下沙培系Sjt程t物多样性对系统功能稳定性的影响

3．2．1 植物多样性对系统生产力稳定性的影响

3．2．2 植物多样性对系统氮去除稳定性的影响

3．3 基质有无条件下植物多样性与系统功能稳定性的关系

3．3．1 植物多样性对系统生产力稳定性的影响

3．3．2 植物多样性对系统氮去除稳定性的影响

4 讨论

4．1 不同类型干扰对系统生物量和氮去除率的影响

4．2 多种功能变率对多样性的响应

4．2．1 植物多样性与系统生产力以及氮去除变率的关系

4．2．2 植物多样性与系统变率关系的机理探宄

4．3 植物多样性与系统抵抗力的关系

4．3．1 植物多样性与生产力以及系统氮去除抵抗力的关系

4．3．2 系统某功能指示的抵抗力的响应变量探窥

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献