黄河三角洲湿地柽柳种群分布格局及其肥岛效应研究

摘要

湿地植物是湿地环境的产物，同时对湿地生态系统正向演化具有推动作用。为探讨湿地植物与湿地生态系统中养分盐分循环之间的关系，选取黄河三角洲河口原生湿地柽柳灌丛为研究对象，基于植被调查和环境监测的第一手资料，分析了研究区碱蓬-柽柳群落和柽柳群落中柽柳种群分布格局的变化，阐明了柽柳灌丛“肥岛”养分、盐分的空间分布特征，揭示了柽柳灌丛肥岛机理，阐释了柽柳灌丛肥岛效应与群落演替的关系。
　　本研究主要内容包括：⑴在种群分布格局方面：碱蓬-柽柳群落内柽柳种群呈随机分布的空间格局，随取样尺度的增加，出现由随机分布向集群分布演化的趋势；柽柳群落内柽柳种群呈集群分布的空间格局，随取样尺度的增加，出现向随机分布演化的趋势。⑵在不同分布格局下柽柳灌丛肥岛养分特征方面：随机分布下，水平方向上柽柳冠下土壤 SOM、AN、AK含量显著高于灌丛间地，但大都出现在底部土层（30-50cm）；垂直方向上，灌丛土壤各养分指标多为中间型或底聚型；不同方位上， SOM和AN大致在四个方位均匀分布，AP向东、南富集，AK向西富集；富集状况上，柽柳灌丛对土壤底层SOM及整个土层AN、AP、AK具有富集作用，且冠下富集率较冠缘强；相关性上，各养分指标间呈正相关关系。集群分布下，水平方向上柽柳冠下表层（0-20cm）土壤养分显著高于冠缘或灌丛间地；垂直方向上，灌丛土壤各养分指标多为表聚型；不同方位上，各类养分大都向西、南两个方位富集；富集状况上，柽柳灌丛对SOM、AN、AP和AK表现出富集现象，且冠下富集能力较冠缘强；相关性上，各养分指标间呈显著正相关关系。随机分布下柽柳灌丛土壤仅形成了一个“肥岛”雏形，灌丛对养分的富集作用较低；而集群分布下柽柳灌丛土壤已形成了明显的“肥岛”特征，灌丛对养分的富集作用增强。⑶在不同分布格局下柽柳灌丛肥岛盐分特征方面：随机分布下，水平方向上，柽柳灌丛在整个监测土层表现为冠下pH值小于冠缘或灌丛间地，但无显著差异，土壤EC和SAL于30-50 cm深度表现为冠下含量显著小于冠缘和灌丛间地；各盐分离子的梯度变化不同：Na+形成“盐谷”，K+、Ca2+、SO42-则形成“盐岛”，Mg2+、Cl-和 HCO3-无显著变化；垂直方向上，柽柳灌丛土壤 pH值表现为表层（0-5cm）属中性土壤，其他土层为偏碱性土壤，盐分指标多呈表聚型；不同方位上，灌丛正西方位的pH值高于其他三个方位，EC、SAL、Na+和K+大致在东西南北四个方位上均匀分布，Ca2+和SO42-向南聚集，Mg2+向东聚集，Cl-和HCO3-向西富集；富集状况上，柽柳灌丛对 EC、SAL、Na+、Mg2+和 Cl-具有降低作用，对 K+、Ca2+、SO42-、HCO3-具有富集作用；相关性上，各盐分指标间大多呈极显著负相关关系。集群分布下，水平方向上柽柳灌丛土壤在5-10cm深度出现冠下pH值低于灌丛间的显著差异，EC和SAL在0-10cm深度表现出冠下与冠缘含量显著低于灌丛间地的差异性，具体至各盐分离子：Na+、Mg2+、Cl-形成“盐谷”， K+、Ca2+、SO42-则形成“盐岛”， HCO3-无显著变化；垂直方向上，土壤 pH值表现为表层（0-5cm）属中性土壤，其他土层为偏碱性土壤，各盐分指标多呈表聚型；不同方位上，土壤pH值均匀分布在东西南北四个方向上，盐分指标主要向西、南两个方向富集；富集状况上，柽柳灌丛对Na+、Mg2+、Cl-具有降低作用，对K+、Ca2+、SO42-、HCO3-具有富集作用；相关性上，HCO3-与各盐分指标间无显著相关性，其他盐分指标间均呈极显著正相关关系。两种空间格局下柽柳灌丛都具有降低灌丛土壤盐分的功能，集群分布下灌丛土壤表层形成“盐谷”，随机分布下则在土壤深层出现，表明集群分布下灌丛“盐谷”效应更显著。⑷“肥岛”和“盐谷”的形成机制方面：柽柳灌丛“肥岛”的形成机制，主要是灌丛截留植物枯落物、动物残体及根系吸收效应引发的物质小循环决定的；此外，树冠径流、动物扰动、风蚀和水蚀也起到了一定影响。而“盐谷”的形成机制，是作物蒸腾、根系吸收、树冠淋溶及灌丛遮蔽作用共同作用的结果。不同盐分离子“盐谷”和“盐岛”的形成，主要是柽柳根系对离子的选择性吸收决定的：当离子的吸收速率大于运移速率时，形成“盐谷”；反之，形成“盐岛”。⑸从碱蓬-柽柳群落到柽柳群落的物种多样性变化以及不同群落格局内柽柳灌丛土壤盐分、养分的变化趋势，反映了黄河三角洲湿地生态系统的演化过程与方向，在这个过程中柽柳灌丛的肥岛效应对柽柳种群格局变化和物种多样性的增加起到了重要作用，是推动湿地生态系统演化的重要因素之一。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.3 研究目的及主要内容

第二章 研究区概况与研究方法

2.1 研究区概况

2.2 研究方法

第三章 柽柳种群空间分布格局

3.1 碱蓬-柽柳群落

3.2 柽柳群落

3.3 两种群落内物种多样性及柽柳种群分布格局差异分析

第四章 不同分布格局下柽柳“肥岛”养分特征

4.1 随机分布格局下柽柳“肥岛”养分空间变化

4.2 集群分布格局下柽柳“肥岛”养分空间变化

4.3 两种分布格局下柽柳“肥岛”特征差异

4.4 小结

第五章 不同分布格局下柽柳“肥岛”盐分特征

5.1 随机分布格局下柽柳“肥岛”盐分空间变化

5.2 集群分布格局下柽柳“肥岛”盐分空间变化

5.3 两种分布格局下柽柳“盐谷”特征差异

5.4 小结

第六章 柽柳灌丛肥岛与盐谷形成机理

6.1 两种格局下柽柳“肥岛”养分与盐分分布特征

6.2 柽柳“肥岛”形成机制

6.3 柽柳“盐谷”形成机制

6.4 柽柳灌丛土壤养分与盐分的关系

6.5 黄河三角洲湿地柽柳肥岛与群落演替机制

第七章 结论及展望

7.1 主要结论

7.2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文