三峡库区消落带适生草本与木本植物对环境胁迫的响应是生态系统结构与功能演变的重要机制.然而,目前对消落带胁迫环境下草本和木本植物的响应特征及是否存在类群差异尚不清楚.该研究基于meta分析,探讨了三峡消落带典型环境胁迫(水淹、干旱胁迫)对适生草本和木本植物生理生态特征的影响,从物种和生活型的角度揭示了消落带适生植物类群对水淹、干旱胁迫的响应规律.结果表明:(1)草本植物和木本植物在环境胁迫下均表现出明显的生长发育抑制以及生理生化策略的适应性响应,主要表现在各组织器官生物量、光合速率的下降,丙二醛和脯氨酸含量的增加,以及抗氧化酶(超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶)活性增强.(2)水淹胁迫对草本植物生物量负效应最强,干旱胁迫次之;水淹胁迫对木本植物总叶绿素含量和光合速率负效应最大,干旱胁迫次之,表现出环境胁迫作用的生活型效应;但草本与木本植物的总叶绿素含量均对水淹胁迫响应最敏感,而木本植物对干旱胁迫表现出一定的内稳态.木本植物在生理生化方面对水淹胁迫的响应比草本植物更显著,且主要体现在气孔导度、丙二醛含量、脯氨酸含量和过氧化物酶活性方面的响应与草本植物存在差异;而草本植物对干旱胁迫的响应比木本植物更显著,主要表现为总叶绿素含量、水分利用效率、抗氧化酶(超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶)活性方面的响应与木本植物存在差异.(3)草本和木本植物对不同环境胁迫的形态响应具有组织特异性差异.草本植物主要以根部、茎部和叶片形态的变化适应水淹和干旱胁迫,木本植物则主要以根部形态的变化为主.

植物功能性状能表征其对资源的利用能力和对外界环境的响应,而水淹强度的不同使得三峡库区消落带不同高程的生境存在较大差异,因此开展不同水淹梯度下消落带植物群落生态策略及功能性状差异的研究,对全面理解植物对消落带不同生境的适应机理具有重要意义.研究选取受三峡水库水位变化影响的澎溪河流域,沿高程梯度对不同水淹强度下的植物群落及其功能性状指标进行分析.结果表明:(1)消落带植物群落处于演替的初级阶段,不同水淹梯度下的植物群落存在显著分化;(2)环境胁迫是决定消落带植物生态策略的主要因素,总体呈现较为集中的耐压策略,随着高程升高有逐渐向杂草策略转移的趋势;(3)随着高程升高,植物的高度、主茎干物质量、比根长及叶组织密度都有增大的趋势,比叶面积则相反.(4)各功能性状之间存在显著相关性,并通过形成不同的性状组合以适应不同强度水淹干扰的生境.消落带下部更倾向于投资于叶片使植物在出露期能快速获取资源和完成生活史,而消落带上部则更倾向于投资防御组织及根系以抵御干旱,研究结果可为消落带生物多样性保护及其生态系统修复提供理论依据.

三峡水库消落带是由于周期性水位涨落在长江干支流形成的大面积"冬水夏陆"区域,周期性的水淹胁迫导致消落带植被群落发生剧烈变化,对三峡大坝的正常运行和库区生态安全造成严重影响.研究三峡库区消落带植物适应水淹的机制,对库区消落带植被群落恢复和保护具有重要意义.文章通过对比蓄水前后消落带的植被群落变化,总结了库区一年生和多年生植物耐水淹机制.一年生草本植物主要依靠种子休眠的方式来度过漫长的水淹期,而多年生草本植物则可能采取"静止"策略,减缓能量消耗,待水退后迅速恢复生长.此外,对于高高程区域的多年生木本植物,在不完全水淹的情况下,可能通过产生大量不定根缓解根部缺氧胁迫,降低水淹胁迫的伤害.最后,文章总结了消落带植被恢复的现状,并针对现有的问题探讨了重建消落带植被群落的可能途径,以期为三峡水库消落带植被生态修复提供参考.

为了研究三峡库区消落带人工修复植被下不同季节根际细菌群落特征,选取位于三峡库区核心地带的忠县石宝镇汝溪河流域消落带生态修复示范基地内两种适生草本狗牙根(Cynodon dactylon)、牛鞭草(Hemarthria altissima)根际土壤进行16S rDNA高通量测序.研究结果显示:在消落带退水后的春季、夏季、秋季3个季节共检测到细菌60门、151纲、403属,主要优势门为变形菌门、酸杆菌门、拟杆菌门;放线菌门和芽单胞菌门的相对丰度在季节水平上存在差异,夏季芽单胞菌门丰度较高,秋季放线菌门相对丰度显著减少.适生草本的根际土壤细菌α多样性表现出一定的季节变化规律,即秋季＞夏季＞春季;通过冗余分析发现,影响细菌群落结构的环境因子主要有土壤全磷(TP)、速效钾(AK)、含水量(SWC)、有机质(OM).基于未观测状态重建的群落系统发育研究(PICRUSt2)功能预测共发现6个一级功能层和45个二级功能层;代谢功能在一级功能层中占比最高,其有利于提高消落带适生草本植物抑制病原菌的能力,促进植物的生长;一级功能层中有两个功能基因表现出季节差异,二级功能层中有14个子功能的相对丰度在不同季节存在显著差异.由此可见,根际细菌群落对狗牙根、牛鞭草两种草本植物能够广泛分布且适生于三峡库区消落带的土壤环境起到了重要的促进作用.

为探究三峡库区消落带植被重建后,土壤微生物生物量含量特征及影响因素,对忠县消落带人工重建植被土壤及裸地土壤(作为对照)微生物生物量碳氮含量进行了调查研究.结果表明:(1)在消落带165-175 m高程土壤微生物生物量碳含量草地＞林地＞农耕地＞裸地,微生物生物量氮含量规律与微生物生物量碳一致,农耕地明显提高;土壤微生物生物量总体呈现出草地最高、林地和农耕地次之,裸地最低的趋势,表明进行消落带植被恢复对土壤微生物生物量有显著的促进作用.(2)不同植被类型下,土壤微生物生物量碳氮比变化范围为8.02-10.25,土壤微生物生物量碳、氮占土壤有机碳、全氮的百分比范围分别是2.40％-4.60％和2.13％-3.58％,其中林地对土壤碳、氮库贡献显著高于裸地(P＜0.05).(3)土壤微生物生物量碳、氮与土壤有机碳、全氮和pH值呈现显著相关性,与土壤含水量呈现极显著相关性,说明消落带重建植被土壤的这些理化性质对土壤微生物生物量碳、氮含量有强烈的影响.因此,在三峡库区消落带进行植被恢复重建能显著提高土壤微生物生物量及土壤质量,对加强三峡库岸生态系统的稳定性具有重要意义.

三峡水库建成蓄水后,库区支流因水位调度导致河流生境发生了剧烈的变化,消落带的形成使库区河流具有同自然河流截然不同的河流生境,新形势下库区河流生境评价十分必要.国内外现有的评价指标体系及评价方法不能够很好地适应这种特殊生境状况,急需建立或改进并形成新的评价指标体系和评价方法.基于此,分析了大量国内外河流生境评价方法,根据大型水库影响下的库区河流的生态环境特点,构建了包括水文情势、河流形态和河岸带生境3个方面18个指标的库区河流生境评价指标体系,并利用层次分析法(主观赋权法)和熵值法(客观赋权法)结合组合赋权法计算得到了各指标权重.使用新建立的指标体系和方法,以三峡库区支流东溪河、黄金河、汝溪河为例,进行河流生境质量评价发现,52.6％的样点河流生境质量处于优等或良好等级;42.1％为一般等级;5.3％为较差等级;没有最差等级的样点.结果表明,该评价指标体系适合库区支流河流生境状况的特殊性,得到的评价结果能较直观的反应河流生境状况,且操作便捷,数据易获得,具有较强的科学性和可操作性.

选取秋华柳(Salix variegata)扦插苗为研究对象,通过设置0、0.5、2、10 mg/kg 4个镉胁迫浓度,研究了水淹条件下秋华柳根、枝、叶亚细胞中镉的分配特征.结果表明:(1)试验各处理组秋华柳存活率均为100％,表现出良好的镉和水淹耐受能力.(2)与对照相比,在水淹条件下,各处理组秋华柳根、枝和叶的细胞壁仍是镉最主要的富集部位.各处理组植株细胞壁中的镉含量显著高于其他组分,质体中镉含量次之,细胞核和线粒体组分中的镉含量始终处于较低水平.(3)水淹显著提高了秋华柳根细胞壁中的镉含量,显著降低了高浓度镉处理(10 mg/kg)下萌枝细胞壁中的镉含量,但对叶细胞壁中的镉含量没有显著影响.(4)水淹显著提高了秋华柳根细胞中质体中的镉含量,对萌枝、叶细胞质体中的镉含量没有显著影响.研究证明,水淹条件下,秋华柳根枝叶细胞壁仍然是镉积累富集的最主要部位,从而减少了重金属对植物细胞的伤害.秋华柳适用于三峡消落带镉污染区域的植物修复.

三峡消落带是一条特殊的水一陆交错带,其生境的特殊性及对整个三峡库区的影响逐渐成为地学、环境科学、生态学等学科的研究热点.植被是消落带各项生态功能的载体.然而,三峡水库的运行使消落带原有植被遭到破坏.通过对澎溪河消落带植物群落及其生境的实地调查,采用双向指示种法(TWINSPAN)划分植物群落类型,并结合方差分解和CCA排序法研究4类生境影响因素组14个生境影响因子与植物群落空间分布的关系,探讨生境对消落带植物群落组成、结构及多样性的影响.结果表明:(1)消落带植物群落包括5种类型:狗牙根+雀稗群落、狗尾草+狗牙根群落、黄荆群落、白茅+鬼针草群落、苔草群落;(2) CCA排序中,第1排序轴对消落带植被空间变化的累计解释量为6.83％,占生境条件总解释量的44.73％,能很好地解释消落带植物群落与生境的相互关系,植物群落类型沿排序轴呈梯度分布;(3)土壤是影响消落带植被空间分布格局的主要影响因素组,各影响因素组间交互作用明显.淹水时间、海拔、土壤含水量是植物群落空间分布的主要影响因子,解释量分别为5.3％、3.0％、2.9％;(4)4类影响因素组共解释消落带植物群落空间格局变化的14.6％,未解释部分所占比例较大,可能是由于消落带内生境条件复杂,影响其群落组成及空间分布的潜在因素较多,如各种土地利用政策、人类活动干扰及景观组成等因素也可能对消落带植物群落构成有影响.研究消落带植物空间分布及其与生境的关系,以期为科学认识消落带、保护水库环境提供依据.

水位运行或调节模式是影响水库消落带植被组成与结构的关键因素,三峡水库独特的水位调节形成了具有明显不同出露-淹没特征的梯度性消落带.为了解水位调节对三峡库区消落带植物群落特征的影响,选择在三峡水库高水位运行5年后,在库区腹地3个受人为干扰较小且近自然状态的消落带,开展了不同高程(150 m、160 m和170 m)梯度的消落带植被物种组成、盖度、生物量、生物多样性和优势物种的比较研究.结果显示:消落带植被共有51种植物,多年生和一年生植物分别为25种和26种;随着高程增加,总物种数量越来越高,3个高程分别为8种、22种和45种分布;150 m高程盖度和生物量明显低于160 m和170 m两个高程,而后两者均没有显著差异;不同水位高程优势种明显不同,以白酒草为主的一年生植物多分布在消落带170 m高程,以狗牙根和马唐为主的多年生和一年生植物分布在消落带的160 m高程,以狗牙根为主的多年生植物分布在150 m高程;生物多样性指数随着高程的增加而变大,其中Shannon-Wiener多样性指数在150 m、160 m和170 m高程分别为0.877±0.298、2.137±0.186和3.097±0.407.综上表明,水位调节导致三峡水库消落带植被在30 m高程(145-175 m)范围内形成了不同组成与结构的群落,优势物种间差异可能是消落带植物对三峡水库水位调节模式的一种适应性策略体现;150 m高程出露时间相对较短,其土壤沉积物淤积严重,表层土壤种子库萌发受影响,物种数量、生物多样性、植被盖度和生物量明显低于其他高程,自然恢复能力较差.

以中华蚊母树(Distylium chinense)种子为材料,分别设置4个贮藏时间(O、30、60和90 d),以及2 rn水淹(FSW)、低温沙藏(CSS)、低温干藏(CDS)、室温沙藏(RSS)、室温干藏(RDS)和低温层积(CSF)6个贮藏方式对种子进行贮藏实验,并测定分析各处理种子的萌发特性及其幼苗生长状况,明确不同储藏方式和时间对中华蚊母树种子萌发及幼苗生长的影响.结果表明:(1)CSF处理30 d后,中华蚊母树的种子有65.37％发生霉烂,最后萌发种子数为贮藏种子的30.93％;FSW处理90 d的种子的萌发率为35.67％.(2)室内贮藏90 d后,CSS、CDS、RSS和RDS处理的种子萌发率较新鲜种子萌发率(26.37％)显著增大,并以4℃下CDS处理90 d的种子萌发率最大(70.65％),萌发速率系数为1 956.97.(3) CDS处理90 d的种子淀粉和蛋白质含量较新鲜种子分别降低了38.75％和20.16％,而可溶性糖含量增加了31.47％;FSW处理后的种子淀粉、蛋白质及可溶性糖含量均较新鲜种子显著降低,降幅分别为48.75％、62.62％和6.29％.(4)不同贮藏方式贮藏90 d后,各处理间中华蚊母树幼苗的生长活力表现出显著差异,并以CDS处理的幼苗活力最高,而FSW处理的种子萌发后幼苗的活力显著低于其他贮藏方式.研究表明,低温条件下中华蚊母树种子萌发率及幼苗活力显著高于室温贮藏,可能是在低温贮藏条件下种子的贮藏物质由淀粉水解为可溶性糖,更利于种子吸收并为种子萌发提供了能量,从而加快了破除种子生理休眠的进程,而且中华蚊母树种子对水淹有一定的耐受性,故中华蚊母树可以作为三峡水库消落带高海拔区域植被恢复与重建优先考虑的物种.