三峡水库消落带植物生态化学计量特征研究

论文摘要

三峡水库消落带是三峡大坝建成后进行冬季高水位（175 m）蓄水形成的人工消落带,具有一定的生态脆弱性。生态化学计量学结合生物学、化学和物理学等基本原理,是研究生物系统能量平衡和多重化学元素（主要是C、N、P）平衡的科学。三峡水库消落带冬水夏陆的运行环境下植物群落演变特征、植被对消落带环境变化的响应、消落带适生植物适应机制等,是三峡水库消落带植物研究中的中心主题,而植物生态化学计量特征的研究相对缺乏。本研究以植物群落与植物个体为对象,重点研究了三峡水库消落带植物C、N、P、K及其计量比,以及在纵向流域尺度与侧向水淹梯度的分布规律。分析了:消落带淹水和不同水淹梯度对植物群落生态化学计量特征的影响、消落带植物生态化学计量特征在纵向流域尺度中的空间规律、以及消落带典型植物各器官中的元素及其计量比分布特征。探讨了三峡水库消落带植物群落生态化学计量的控制因素及形成机制。研究结果表明:1)三峡水库消落带植物群落C含量范围为362.68439.79 g×kg-1,N含量范围为4.6434.40g×kg-1,P含量范围为1.015.80g×kg-1,K含量范围为10.0938.17g×kg-1;C/N范围为10.9190.20,C/P范围为64.21434.43,N/P范围为1.389.89。三峡水库消落带草本植物群落C累积能力与湿地植物相当,但不如森林植物,也低于全球植物C含量。植物群落N与湿地植物地上部分N含量相近,但低于中国森林生态系统、陆地植物以及全球陆地植物叶片N含量。P含量远高于湿地生态系统、森林生态系统以及中国陆地与全球陆地植物P含量。植物群落C/N值与其他陆地植物相差不大,但受植物群落高P含量影响,C/P与N/P值远低于湿地生态系统、森林生态系统以及中国陆地与全球陆地植物。故三峡水库消落带植物群落表现出高P、低N/P的特点。且消落带植物群落N/P平均值为4.41±2.00,小于N/P最小阈值,表明三峡水库的消落带植物群落受N限制。2)与175m以上对照区植物群落相比,消落带植物群落元素含量及其计量比具有特殊性。消落带植物群落C含量整体低于对照区,但越靠近下游采样断面这种差距越小;消落带植物群落N含量在大宁河断面以西低于对照区,以东高于对照区;全断面中,消落带植物群落P含量始终高于对照区;消落带植物群落K含量在大宁河以东高于对照区,大宁河以东的消落带植物群落K含量对水淹的响应更敏感,与175m以上对照区差异更大。消落带植物群落C/N整体低于对照区,在白家溪断面以东差距越大;消落带植物群落C/P在秭归以西低于对照区,以东高于对照区;消落带植物群落N/P在香溪河口断面以西低于对照区,以东高于对照区,说明香溪河口断面以西的消落带植物群落更受N限制。3)受不同采样区域地形地貌和土壤类型的影响,三峡水库消落带植物群落C、N、P、K含量及其计量比在全断面空间上呈现出一定变化规律,这种空间上的整体变化趋势不受淹水影响。消落带植物群落C含量与C/N表现为两头断面（江津、南岸、涪陵与香溪河、秭归、宜昌）较低,中间段断面（云阳、奉节、巫山）较高的特点,整体空间规律为“开口向下的抛物线”;消落带植物群落N含量与N/P的空间变化规律与C含量相反,为“开口向上的抛物线”变化规律,在云阳附近达到最小值;P、K含量的空间变化趋势较平缓,均表现为中间断面（云阳、奉节、巫山）最低,两头断面（江津、南岸、涪陵与香溪河、秭归、宜昌）相对较高的规律特点。C/P的空间变化趋势也较平缓,表现为中间断面（云阳、奉节、巫山）相对较高,两头断面（江津、南岸、涪陵与香溪河、秭归、宜昌）相对较低的规律特点。4)消落带四种典型植物中,不同植物的C、N、P、K除C含量表现为根>茎>叶,其余元素N、P、K含量均为叶>茎≈根,表现出叶片富集营养元素的特点。不同植物各器官C/N、C/P均表现为根与茎大于叶。不同植物种各器官N/P均表现为叶>根>茎。四种植物各器官同类元素与计量比参数比较结果为:狗牙根茎与叶C含量、根N含量最高,根C/N最低,叶C/N最高,根C/P最高,叶C/P最高,根与茎N/P最高;狼杷草叶N含量最高,茎C/N最高,叶C/N含量最低,茎C/P含量最高,叶N/P含量最高;苍耳根P含量、茎N、P、K含量、叶N、K含量最高,茎C/N最低,根C/P最低,茎C/P最低;苘麻根C、K含量、叶P含量最高,根C/N最高,叶C/P、N/P最低。5)消落带四种典型植物根、茎、叶各器官的生态化学计量特征在空间上的分布表现出一定的规律。C含量在不同植物与器官中的空间变化趋势一致,从水库上游到下游,C含量整体表现为先升高再下降的类似“开口向下抛物线”的变化规律;N含量在不同植物与器官中的空间变化趋势也具有一致性,但与C含量变化趋势相反,从水库上游到下游,N含量表现为先下降再升高的规律;P含量变化规律在不同植物与器官间则具有不一致性;K含量在不同植物与器官中的空间变化规律与C含量变化类似,整体上表现为先升高再下降的变化趋势。C/N在不同植物、相同器官中的空间变化趋势一致,从水库上游到下游,根部C/N表现为先升高再下降的类似“开口向下抛物线”的规律。茎部C/N表现为逐渐升高的规律。叶部C/N显著低于根和茎,空间变化不明显。受P含量影响,C/P、N/P在不同植物与器官中的空间变化规律具有不一致性。6)消落带侧向空间中不同水淹梯度下,植物群落C、N、P、K含量的响应结果不全相同。植物群落C与N含量在不同水淹梯度下差异不显著（p>0.05）,P与K含量差异显著（p<0.05）,说明在三峡水库消落带侧向空间中,淹水梯度对植物群落C、N含量的分布影响不大,但对植物群落P、C含量的分布影响较大。不同水淹梯度下,植物群落C/N值差异不显著（p>0.05）,C/P与N/P值差异显著（p<0.05）,说明淹水对植物群落C/N在侧向空间的分布影响不大,但对植物群落C/P、N/P在侧向空间的分布影响较大。以上这些现象表明:1)消落带植物群落的生态化学计量特征具有湿地特征,受三峡库区地理环境因素的变化,在空间上变异性较大;2)水淹对消落带植物群落生态化学计量具有重要影响,175m以上对照区植物群落具有更高的N/P;3)水淹梯度下对植物群落生态化学计量参数部分有影响;4)典型植物的生态化学计量特征在空间上受到水淹梯度和纵向尺度的双重影响。最后,展望未来应该开展消落带不同水淹梯度下的生境土壤养分和流域空间尺度的土壤养分研究,补充对植物-土壤系统中元素响应关系认识的不足。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
•   1.1 背景
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 生态化学计量学起源与理论
•     1.2.2 植物生态化学计量研究现状
•     1.2.3 影响植物生态化学计量特征的环境因子
•     1.2.4 消落带植物生态化学计量学研究
•   1.3 研究意义
•   1.4 技术路线
• 2 研究区域环境概况与方法
•   2.1 自然环境概况
•     2.1.1 地理位置与样地
•     2.1.2 地形地貌
•     2.1.3 气侯与水文
•     2.1.4 土壤
•     2.1.5 生物资源
•   2.2 方法
•     2.2.1 样品采集
•     2.2.2 室内测试
•     2.2.3 数据处理
• 3 植物群落生态化学计量和空间分异特征
•   3.1 结果与分析
•     3.1.1 消落带植物群落C、N、P、K含量空间分异
•     3.1.2 消落带植物群落C/N、C/P、N/P空间分异
•     3.1.3 消落带与对照区植物群落生态化学计量相关性分析
•   3.2 讨论
•     3.2.1 植物群落C、N、P、K计量特征分析
•     3.2.2 植物群落C、N、P、K及其计量比在不同地区间的差异
•   3.3 小结
• 4 四种典型植物各器官生态化学计量特征
•   4.1 结果与分析
•     4.1.1 典型植物营养器官的生态化学计量特征
•     4.1.2 典型植物生态化学计量特征空间分布
•   4.2 讨论
•     4.2.1 四种典型植物叶、根、茎生态化学计量特征比较
•     4.2.2 典型植物各器官C、N、P、K及计量比的空间分布
•   4.3 小结
• 5 水淹梯度对植物群落生态化学计量特征影响
•   5.1 结果与分析
•     5.1.1 植物群落C、N、P、K含量对水淹梯度的响应
•     5.1.2 植物群落生态化学计量比对水淹梯度的响应
•   5.2 讨论
•     5.2.1 植物群落营养元素对水淹梯度的响应
•     5.2.2 植物群落化学计量比对水淹梯度的响应
•   5.3 小结
• 6 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 创新点
•   6.3 展望
• 参考文献
• 附录
•   A.攻读硕士学位期间发表的论文目录
•   B.攻读硕士学位期间参与的项目
•   C.学位论文数据集
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 卢虹宇

导师: 袁兴中

关键词: 三峡水库,消落带,植物,群落,生态化学计量学

来源: 重庆大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 重庆大学

分类号: Q948

DOI: 10.27670/d.cnki.gcqdu.2019.001340

总页数: 80

文件大小: 1974k

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