水位对洞庭湖湿地川三蕊柳生长的影响及机制

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洞庭湖为我国第二大淡水湖,由于人类活动和气候变化,生态环境发生了改变,尤其是洪水、干旱等极端天气频繁的出现,对湿地植被产生了重要影响。水位是湿地最为关键的生境因子,季节性变化明显,可能是引起植被生存与演变的主要环境因子。因此,本研究通过对洞庭湖湿地柳属类木本植物分布区域的大范围野外调查,揭示植物群落特征以及植被分布高程与水文特征的关系,阐明了洪水期间水位深度影响植物生存的主要生态因子;同时,以湖区唯一原生木本植物川三蕊柳(Salix triandroides)为研究对象,以水位和光照作为湿地两个关键生态因子,模拟洪水胁迫实验,揭示水位对洞庭湖湿地川三蕊柳生长的影响及机制,结果表明:(1)大面积的野外调查发现,洞庭湖湿地柳属类木本植物总面积为25.64 km2,以成熟林面积最多,占总面积的67.20%,而幼龄林和中林龄面积较少;在分布区域上,该植物类群主要分布在东洞庭湖,面积占洞庭湖柳属木本植物总面积的97.07%,西洞庭湖和南洞庭湖分布面积极少,分别占总面积的2.46%,0.47%;在物种的来源上,柳属类木本植物以种植型为主,占总面积的96.41%,原生型分布面积为0.92 km2,仅岳阳市华容县团洲乡有原生川三蕊柳分布,占洞庭湖柳属类木本植物总面积3.59%。(2)以川三蕊柳一年生扦插苗为研究材料,模拟三种水位(对照组,0 cm;部分淹水组,25 cm;完全淹水组,50 cm)处理,持续观测植物生长与碳水化合物代谢过程。研究发现,在对照组和部分淹水处理组,植物存活率在整个实验期间均为100%。在完全淹水组,植物存活率在实验处理后的50天和80天为100%,而在110天下降到91.7%,140天仅保留33%。在三组实验处理中,植物叶重、茎重、根重、植株高度、根长和根数均随着水位的增加而明显降低。随着实验处理的进行,植物以上生长参数在对照组和部分淹水处理组中逐渐增加,但在完全淹水处理中却保持相对稳定,基本无明显变化。此外,完全淹水组的植物非结构性碳水化合物(可溶性糖和淀粉)的浓度明显低于对照组和部分淹水组。随着淹水处理的持续,非结构性碳水化合物的浓度在对照组和部分淹水实验组的植物中仍然很高,例如,在0 cm水位处理下川三蕊柳扦插苗的地上部分的可溶性糖浓度在38 mg g-1以上,而淀粉的含量高于50 mg g-1,然而,在50 cm水位处理中,随着实验的进展,在植物的地上和地下部分可溶性糖和淀粉的浓度逐渐降低。当完全淹水组植物的可溶性糖浓度下降到对照组的20%,淀粉含量下降至对照组的24%时,幼苗存活率下降至34%。因此,洪水期的完全淹水是洞庭湖湿地川三蕊柳死亡的主要外在因子,而非结构性碳水化合物的降低是其死亡的内在因子。(3)以川三蕊柳扦插苗为研究材料,设置三种水位(-40 cm,0 cm,40 cm)和两种光照(100%光照,10%光照)处理,模拟洪水对植物生长的影响。研究表明,在-40cm和0 cm水位条件下,100%光照条件的川三蕊柳扦插苗存活率和生物量高于10%光照条件,但在40 cm水位条件时,两种光照条件下生长的植物存活率和生物量没有显著差异。在100%光照条件下,植物的存活率和生物量随着水位的增加而降低;在10%光照条件下,存活率也呈相同的趋势,但生物量却无显著差异(叶重除外)。在-40 cm和0 cm的水位条件下(因40 cm水位,植物叶片凋落),植物在100%光照条件下相对叶绿素含量比10%的光照条件下低。在100%光照条件下,两种水位之间的相对叶绿素含量没有差异,而在10%的光照条件下,-40 cm水位条件下的相对叶绿素含量低于0 cm水位条件。川三蕊柳扦插苗的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率随着光照强度的降低而降低,但水分利用效率则随着光照强度的增加而增加。另外,在40 cm水位中生长的的植物孔隙率高于在-40 cm和0 cm条件下生长的植物根系孔隙率。可见,在10%光照条件下,川三蕊柳扦插苗生长明显降低,在40 cm水位条件下存活率下降,光照和水位是影响洞庭湖湿地川三蕊柳扦插苗成活率低的关键因素。因此,在湿地造林和再造林过程中,增加扦插苗高度是提高幼苗成活率和促进植物生长的关键所在,以减轻季节性洪水对植物生存和生长的不利影响。
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