岷江上游高山森林溪流植物残体贮量特征

摘要

溪流植物残体是指森林生态系统中通过自然力、人力、动物活动或随地表径流等方式进入到溪流中的木质残体（倒木、枝条、根桩等）和非木质残体（叶、皮、花、果、小枝等），是河溪生态系统中的重要组成成分，也是森林生态系统和河溪生态系统之间物质循环和能量流动的关键纽带之一，其特征直接关系到流域源头水质环境以及森林生态系统碳及养分等物质的输出格局。另外，氮、磷及重金属等可随溪流植物残体的输出和降解而释放、流失，并进而影响下游水体环境的生态安全。因此，为了解岷江上游水源源头高山森林生态系统溪流木质残体的贮量特征，于2013年8月，在研究区域海拔3600m典型高山原始暗针叶林范围内，通过样方法对其内12条溪流和河道内的植物残体贮量进行调查，每条溪流从尽头到源头每隔10m设置一个长为1m，宽为溪流实际宽度的样方;河道则每隔至少300m设置一个调查河段，每个河段设置3个长为5m，宽为河道实际宽度的样方。将样方内所有的植物残体全部采集，并将木质残体和非木质残体各器官进行分离，分别计算其现存贮量，同时估算了植物残体各器官的碳、氮、磷及重金属的贮量特征，从而为深入认识生态系统物质和能量循环过程以及对高山森林与流域间的生态联系提供新的思路和科学依据。
　　研究结果表明，溪流木质残体贮量为694.10 g/m2，主要是以径级为1-2.5 cm和2.5-5 cm的枝条居多，二者共占木质残体的86.91％，径级＞10 cm的粗木质残体仅占1.22％，以Ⅴ腐烂级贮量最高(66.57％)，Ⅳ腐烂级次之(25.17％)，Ⅱ和Ⅲ腐烂级分布均较少（分别仅为5.02％和3.24％）;溪流非木质残体贮量为499.45 g/m2，以径级＜1 cm的小枝为主，占非木质残体总贮量的69.76％，而树叶仅占9.33％;不同溪流间的木质残体或非木质残体贮量及其分配格局都具有明显差异。河道木质残体贮量为2630.72 g/m2，与溪流内的木质残体分配相反，河道内以直径＞10 cm的粗木质残体为主要贡献者，达88.23％，而径级为1-2.5 cm的细枝仅占1.20％，以Ⅲ和Ⅳ腐烂级的木质残体居多(共计68.20％)，Ⅴ腐烂级的木质残体分布最少(5.60％)，这主要是河道内更多的残留着粗木质残体，即使很少的量，对木质残体总贮量的贡献也较大，且其降解速率比小径级木质残体更慢。河道非木质残体总贮量为60.66 g/m2，与溪流内非木质残体各器官的分配基本一致，1 cm以下的小枝、树叶和树皮贮量分别占74.42％、1.22％和24.36％，这主要是树叶质地较轻，易随水流流至下游，且其分解速率较快。
　　植物残体的碳、氮、磷贮量与其现存贮量直接相关，但因树种、河流和溪流的特征以及植物残体自身特性等因素，在植物残体各器官的分解过程中养分及重金属含量不断变化，导致其贮量与植物残体现存贮量的比例有一定差异性。植物残体碳、氮和磷的总贮量分别为510.58g/m2、1678.06mg/m2和263.77 mg/m2，其中木质残体碳、氮和磷贮量所占比例分别为61.22％、48.27％和43.19％;高山森林河道植物残体碳、氮和磷总贮量分别为1096.62g/m2、1874.85mg/m2和323.73 mg/m2，其中非木质残体碳、氮和磷贮量分别仅占1.00％、3.81％和14.16％;溪流和河道木质残体不同径级与不同腐烂级及非木质残体各器官的碳、氮和磷贮量分配特征与其现存贮量基本一致，稍有差异，这主要与其现存贮量直接相关，同时又受到树种、溪流或河道特征等的影响，其在将降解过程中的养分浓度差异较大。
　　植物残体碳、氮和磷的分配特征同样表现在植物残体重金属贮量上，但因植物在生长过程中不同器官对不同重金属的富集作用不同，以及植物残体在溪流或河道中因所处的环境和自身特性，对不同重金属的吸附或沉淀作用也不同，从而有一定的差异。溪流木质残体和非木质残体重金属贮量大小均Mn＞Cr＞Zn＞Cu＞Pb＞Ni＞Cd，非木质残体重金属元素贮量普遍明显高于木质残体，主要是由于树叶和树皮可吸附大气颗粒物中的重金属元素，且其与木质部的结构、功能及生理活性不同，从而其内有较高含量的重金属物质。河道木质残体重金属贮量大小依次为Zn＞Mn＞Cr＞Pb＞Cu＞Ni＞Cd;河道非木质残体重金属贮量为Cr＞Mn＞Zn＞Pb＞Ni＞Cu＞Cd，与溪流植物残体的重金属贮量差异较大，这直接与溪流和河道中植物残体各器官分配差异及现存贮量有关。
　　植物残体不仅是水生态系统中重要的组成成分，而且对森林生态系统与水生态系统碳及养分循环具有重要的意义，这些结果对深入认识碳、氮、磷及重金属物质源/汇过程及高山森林与流域间的生态联系提供了基础数据，也为岷江上游高山森林乃至岷江流域水体环境的管理提供新的思路和科学依据。

目录

论文说明

声明

摘要

前言

1 绪论

1．1 溪流植物残体的来源与分类

1．2 溪流植物残体的生态功能

1．2．1 植物残体对溪流形态的影响

1．2．2 植物残体对水生生境的影响

1．2．3 植物残体对养分循环的影响

1．3 溪流植物残体的基本特征

1．3．1 森林溪流植物残体的分布特征

1．3．2 森林溪流植物残体的贮量特征

1．3．3 森林溪流植物残体的分解特征

1．4 研究目的及意义

1．5 研究主要内容

2 研究材料与方法

2．1 研究区域概况

2．2 试验设计

2．2．1 样地设置

2．2．2 样品采集与分析

2．2．3 室内实验及方法

2．3 数据处理与统计分析

3 结果与分析

3．1 高山森林溪流木质残体特征

3．1．1 溪流木质残体贮量及其分配格局

3．1．2 溪流木质残体碳、氮和磷贮量

3．1．3 溪流木质残体重金属贮量

3．2 高山森林溪流植物非木质残体特征

3．2．1 溪流非木质残体贮量及其分配格局

3．2．2 溪流非木质残体碳、氮和磷贮量

3．2．3 溪流非木质残体重金属贮量

3．3 高山森林河道木质残体特征

3．3．1 河道木质残体贮量及其分配格局

3．3．2 河道木质残体碳、氮和磷贮量

3．3．3 河道木质残体重金属贮量

3．4 高山森林河道植物非木质残体特征

3．4．1 河道非木质残体贮量及其分配格局

3．4．2 河道非木质残体碳、氮和磷贮量

3．4．3 河道非木质残体重金属贮量

4 讨论与结论

4．1 高山森林溪流与河道植物残体贮量

4．2 高山森林溪流与河道植物残体碳、氮和磷贮量

4．3 高山森林溪流与河道植物残体重金属贮量

4．4 结论

5 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录