5种乡土红树植物定居无瓣海桑人工林林下限制因子研究

摘要

红树林群落是海岸区域重要的湿地类型之一，具有重要的社会、经济、生态价值。海南、广东、广西三省(区)占全国红树林面积的80％以上，其中广东省是全国红树林分布面积最大的省份，现有红树林面积为12039.80hm2，而无瓣海桑(Sonneratia apetala Buch.Hamplantation)人工林面积为2082hm2，占全省红树林面积的17.29％。另外，海南作为无瓣海桑最先引种地，在东寨港和三亚河等地均有大面积分布。如此大面积的无瓣海桑人工林是否威胁乡土红树树种在其林下生存和发展成为备受关注的问题，因此，无瓣海桑林下乡土红树群落自然更新及其生物和非生物因素影响关系成为亟待研究的内容。本研究以华南7个地区的无瓣海桑人工林及其附近乡土红树天然林为研究对象，研究各地区天然红树林及无瓣海桑林内和林缘幼苗和种子(或胚轴)数量分布情况，以及无瓣海桑群落的微环境因子、植物因子和土壤因子对林下乡土红树物种分布变异环境解释，筛选主要的影响因子。以5种主要的乡土红树林造林物种为研究对象，进行野外控制实验，并辅以更多梯度的潮汐模拟实验，探究5种红树幼苗对光照和水淹环境的适生范围，为无瓣海桑林下乡土化改造工程提供理论参考。主要研究结果如下:　　(1)珠海淇澳岛、湛江高桥、湛江雷州、海南东寨港、惠州大亚湾和汕头义丰溪天然林红树林郁闭度介于0.84-0.92。林下幼苗盖度介于6.45-26.56％，林内秋茄(Kandelia obovata Sheue，Liu&Yong)、桐花树(Aegiceras corniculatum(L.)Blanco)、木榄(Bruguiera gymnorrhiza(L.)Savigny)和海漆(Excoecaria agallocha Lirul.)，高度介于0.18-0.56m。由于天然林冠层郁闭程度较大，且均属于立木Ⅱ-Ⅲ级的灌木，使林缘到林内幼苗由于缺少光照，数月后逐渐消亡，仅有1-4月龄幼苗分布，光照是影响天然林内幼苗生存发展的主要限制因素。　　随着与天然林距离增大，各地区3条无瓣海桑样带滩涂高程呈降低趋势，无瓣海桑林内天然林幼苗盖度排序为:无瓣海桑-Ⅰ＞无瓣海桑-Ⅱ＞无瓣海桑-Ⅲ，与天然林距离和滩涂高程可能是影响无瓣海桑林下幼苗和种子数量的重要因素。其次，天然林种子数量也是影响不同样带无瓣海桑种子数量的影响因素，例如，高桥天然林内桐花种子数量是惠州大亚湾的9.34倍，无瓣海桑-Ⅲ样带林内桐花树种子数量是大亚湾的8.04倍。　　(2)天然林林内和林缘种子和幼苗数量均高于无瓣海桑人工林，随着与天然林距离的增加，无瓣海桑林内和林缘种子和幼苗数量均呈降低趋势，且林缘种子和幼苗数量均高于林内。提高乡土红树种子和幼苗迁移到无瓣海桑林下成功率，需要改善天然林与无瓣海桑人工林的之间的迁移通道，并改善天然林和无瓣海桑人工林林内海水流通环境，使更多的林内种子更容易扩散出天然林进驻无瓣海桑人工林。　　(3)植物因子(无瓣海桑数量、胸径和高度)对淇澳岛和义丰溪无瓣海桑林下物种组成影响均达到显著水平，微环境因子(滩涂高程和郁闭度)对7个地区的无瓣海桑林下物种组成影响均达到显著水平，土壤因子(有机碳、总氮和总磷)对淇澳岛、惠州、义丰溪和翠亨新区无瓣海桑无瓣海桑林下物种组成影响均达到显著水平。　　(4)微环境因子、植物因子、土壤因子独立效应对无瓣海桑林下物种变异解释率分别介于14％-29％、4％-15％和3％-13％。植物因子与微环境因子交互作用解释率介于8％-28％，植物因子与土壤因子交互作用解释率介于2％-3％，土壤因子与微环境因子交互作用解释率介于2％-5％，说明微环境因子的独立效应及其与植物因子的交互作用对无瓣海桑林下物种组成和变异起到主要影响。　　(5)在淇澳岛无瓣海桑人工林内以不同林冠郁闭度和滩涂高程为限制因子进行为期12个月的交互实验，揭示出虽然5种乡土红树植物的幼苗在各种处理组合中都能保证一定的存活率，且低潮带的桐花树、白骨壤(Avieennia marina(Forssk.)Vierh.)和红海榄(Rhizophora stylosa Griif)存活率显著低于高潮带，但低潮带的所有物种茎高和叶数均高于高潮带幼苗，在郁闭度0.3时达到最大值。低潮带幼苗相对增长速率显著高于高潮带，且随着郁闭度的降低呈升高趋势。在光照和滩涂高程交互作用下，木榄存活率和相对增长速率均为最高。木榄是最适宜无瓣海桑人工林下进行本土化改造的乡土红树物种。同时，在郁闭度较大的无瓣海桑林内进行定期人工修枝处理以及在低潮带增加红树植物种子或胚轴种植密度能够保证较高的幼苗成活率。　　(6)光照-淹水交互处理对桐花树、秋茄和木榄幼苗高度影响达到极显著(P＜O.01)水平，对桐花树幼苗叶数影响达到极显著(P＜0.01)水平，对白骨壤、木榄和红海榄幼苗基径影响达到显著(0.01＜P＜0.05)水平。对木榄、秋茄和红海榄幼苗根生物量影响达到极显著(P＜0.01)水平，对5种红树幼苗茎生物量影响均达到极显著(P＜O.01)水平，对桐花树和秋茄幼苗根生物量影响达到极显著(P＜0.01)水平。对秋茄和木榄幼苗叶片叶绿素a影响达到极显著(P＜0.01)水平，对秋茄和木榄幼苗叶片叶绿素b影响达到极显著(P＜0.01)水平，对5种红树幼苗净光合速率的影响达到极显著(P＜0.01)水平。木榄和红海榄幼苗叶片MDA含量的影响达到极显著(P＜0.01)水平，对桐花树、木榄和红海榄幼苗叶片超氧化物歧化酶(SOD)含量的影响达到极显著(P＜0.01)水平，对木榄幼苗叶片过氧化物酶(POD)含量的影响达到极显著(P＜0.01)水平。桐花树在不同水淹和遮阴条件下能够表现出更显著的变化以适应逆境生长，通过增加根部生物量以增加对地上部分的营养供给，增加叶数和茎高以获得更多的光能，桐花树是更适合在低潮位较高郁闭度下的造林树种。秋茄和红海榄更适合淹水10-14h淹水时间郁闭度低于0.6的环境生长，白骨壤更适合10-18h淹水时间郁闭度低于0.6环境生长，木榄适宜生长在淹水6-18h淹水时间郁闭度低于0.9的环境，由此可见，木榄对光照水平和淹水时间有着最高的适生范围，是无瓣海桑林下乡土化改造的最佳树种。　　(7)无瓣海桑林下乡土化改造启示:在低潮带选择木榄、桐花树和白骨壤种植，且桐花树和白骨壤种子种植数量约为木榄胚轴数量的2.32-3.42倍;高潮带选择木榄、秋茄和红海榄作为造林树种，秋茄和红海榄胚轴数量约为木榄胚轴数量的1.42-1.73倍。造林区进行无瓣海桑修枝处理，使其郁闭度低于O.6为宜。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1．1研究背景

1．1．2研究目的与意义

1．1．3项目来源与经费支持

1．2国内外研究现状

1．2．1种源因素

1．2．2生物因子和非生物因子

1．3研究的目标与主要研究内容

1．3．1研究目标

1．3．2主要研究内容

1．4研究技术路线

第二章无瓣海桑群落结构及林下物种扩散情况研究

2．1材料与方法

2．1．1样地概况

2．1．2样地设置

2．1．3群落高度级的划分

2．2结果与分析

2．2．1珠海淇澳岛无瓣海桑、秋茄和桐花树群落特征及幼苗扩散研究

2．2．2湛江高桥无瓣海桑、木榄和桐花树群落特征及幼苗扩散研究

2．2．3湛江雷州无瓣海桑、桐花树和秋茄群落特征及幼苗扩散研究

2．2．4海南东寨港无瓣海桑、秋茄和桐花树群落特征及幼苗扩散研究

2．2．5惠州大亚湾无瓣海桑、海漆、木榄和桐花树群落特征及幼苗扩散研究

2．2．6汕头义丰溪无瓣海桑、秋茄群落特征及幼苗扩散研究

2．2．7中山翠亨新区无瓣海桑群落特征及幼苗扩散研究

2．2．8无瓣海桑林下乡土红树幼苗扩散情况

2．3小结

第三章不同地区无瓣海桑林下群落物种多样性及环境解释

3．1材料与方法

3．1．1样地概况

3．1．2样地设置

3．1．3调查方法

3．1．4数据分析

3．2结果与分析

3．2．1淇澳岛不同林龄无瓣海桑林分特征和土壤理化性质

3．2．2不同林龄无瓣海桑林下物种多样性和丰富度变化

3．2．3影响不同林龄无瓣海桑林下物种分布的主要生物和非生物因子

3．2．4影响不同林龄无瓣海桑林下物种分布因子的方差分解分析

3．2．5湛江高桥不同样带无瓣海桑林分特征和土壤理化性质

3．2．6不同样带无瓣海桑林下物种多样性和丰富度变化

3．2．7影响不同样带无瓣海桑林下物种分布的主要生物和非生物因子

3．2．8影响不同样带无瓣海桑林下物种分布因子方差分解分析

3．2．9湛江雷州不同样带无瓣海桑林分特征和土壤理化性质

3．2．10不同样带无瓣海桑林下物种多样性和丰富度变化

3．2．11影响不同样带无瓣海桑林下物种分布的主要生物和非生物因子

3．2．12影响不同样带无瓣海桑林下物种分布因子的方差分解分析

3．2．13海南东寨港不同样带无瓣海桑林分特征和土壤理化性质

3．2．14不同样带无瓣海桑林下物种多样性和丰富度变化

3．2．15影响不同样带无瓣海桑林下物种分布的主要生物和非生物因子

3．2．16影响不同样带无瓣海桑林下物种分布因子方差分解分析

3．2．17广东惠州不同样带无瓣海桑林分特征和土壤理化性质

3．2．18不同样带无瓣海桑林下物种多样性和丰富度变化

3．2．19影响不同样带无瓣海桑林下物种分布主要生物和非生物因子

3．2．20影响不同样带无瓣海桑林下物种分布因子方差分解分析

3．2．21汕头义丰溪不同样带无瓣海桑林分特征和土壤理化性质

3．2．22不同样带无瓣海桑林下物种多样性和丰富度变化

3．2．23影响不同样带无瓣海桑林下物种分布主要生物和非生物因子．

3．2．24影响不同样带无瓣海桑林下物种分布因子方差分解分析

3．2．25中山翠亨新区不同样带无瓣海桑林分特征和土壤理化性质

3．2．26不同样带无瓣海桑林下物种多样性和丰富度变化

3．2．27影响不同样带无瓣海桑林下物种分布主要生物和非生物因子

3．2．28影响不同样带无瓣海桑林下物种分布因子方差分解分析

3．3小结

第四章光照水平和滩涂高程对5种乡土红树植物早期生长的影响

4．1材料与方法

4．1．1实验材料

4．1．2实验设置

4．1．3生长指标

4．1．4生理指标测定

4．1．5数据统计分析

4．2结果与分析

4．2．1光照水平和滩涂高程对幼苗存活率的影响

4．2．2光照水平和滩涂高程对5种红树幼苗茎高的影响

4．2．3光照水平和滩涂高程对5种红树幼苗叶数的影响

4．2．4光照水平和滩涂高程对5种红树幼苗基径的影响

4．2．5光照水平和滩涂高程对5种红树幼苗相对增长率的影响

4．2．6光照水平和滩涂高程对5种红树幼苗叶绿素a含量的影响

4．2．7光照水平和滩涂高程对5种红树幼苗叶绿素b含量的影响

4．2．8光照水平和滩涂高程对5种红树幼苗叶绿素a／b的影响

4．2．9光照水平和滩涂高程对5种红树幼苗丙二醛(MDA)含量的影响

4．2．10光照水平和滩涂高程对5种红树幼苗超氧化物歧化酶(SOD)含量的影响

4．2．11光照水平和滩涂高程对5种红树幼苗过氧化物酶(POD)含量的影响

4．3小结

第五章不同光照和淹浸程度对5种红树幼苗生长的影响

5．1材料与方法

5．1．1实验材料

5．1．2潮汐模拟实验设置

5．1．3生长指标

5．1．4生理指标测定

5．1．5数据统计分析

5．2光照-淹水处理对5种红树幼苗生长影响

5．2．1光照-淹水处理对5种红树幼苗高度的影响

5．2．2光照-淹水处理对5种红树幼苗叶数的影响

5．2．3光照-淹水处理对5种红树幼苗基径的影响

5．2．4光照-淹水处理对5种红树幼苗根生物量的影响

5．2．5光照-淹水处理对5种红树幼苗茎生物量的影响

5．2．6光照-淹水处理对5种红树幼苗叶生物量的影响

5．2．7光照-淹水处理对5种红树幼苗叶片叶绿素a的影响

5．2．8光照-淹水处理对5种红树幼苗叶片叶绿素b的影响

5．2．9光照-淹水处理对5种红树幼苗叶片叶绿素a／b的影响

5．2．10光照-淹水处理对5种红树幼苗叶片净光合速率的影响

5．2．11光照-淹水处理对5种红树幼苗叶片丙二醛(MDA)的影响

5．2．12光照-淹水处理对5种红树幼苗叶片超氧化物歧化酶(SOD)含量的影响

5．2．13光照-淹水处理对5种红树幼苗叶片过氧化物酶(POD)含量的影响

5．3小结

第六章结论与讨论

6．1结论

6．2讨论

6．2．1无瓣海桑群落结构及林下物种更新情况研究

6．2．2不同地区无瓣海桑林下群落物种多样性及环境解释

6．2．3光照水平和滩涂高程对5种乡土红树植物早期生长影响

6．3研究创新与展望

6．3．1研究创新

6．3．2展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢