为了揭示地下水位梯度对湿地土壤微生物群落的影响,在鄱阳湖典型碟形湖泊白沙湖洲滩湿地设置了200m×300m大样地,沿地下水位梯度划分4个样带(从湖岸到湖心依次为GT-A,GT-B,GT-C,GT-D),采集了不同梯度带的土壤样品,利用磷脂脂肪酸法分析其土壤微生物群落结构分异特征.结果表明,随着地下水位抬升,土壤pH和沙粒含量升高,而有机碳、容重、粘粒和粉粒含量降低.与地下水位最低的梯度(GT-A)相比,地下水位在地表上下波动(GT-D)时,土壤微生物量碳氮及其分配比例分别增加了2.82、4.30、5.77和7.15倍;土壤微生物总量、细菌生物量、放线菌生物量、革兰氏阳性细菌及革兰氏阴性细菌生物量分别增长了106.8％、117.2％、74.9％,107.9％和207.2％.洲滩地下水位梯度的升高增加了土壤微生物群落的环境压力,进而降低了其群落结构的多样性.土壤微生物群落结构组成与土壤pH、含水量、沙粒含量以及碳氮比呈显著相关关系,而土壤微生物商则主要受pH和土壤质地的影响.以上结果表明地下水位梯度所引起的土壤微环境变化对微生物量、土壤有机碳周转和群落结构均产生了深刻影响.

为研究湿地植物分解过程中木质素分解与碳、氮、磷元素释放之间的关系及其对不同地下水位环境梯度的响应,在鄱阳湖典型碟形湖泊-白沙湖设置了200 m×300 m分解试验样地,沿地下水位梯度划分4个试验样带(从湖岸到湖心依次为GT-A,GT-B,GT-C,GT-D),采用分解袋法模拟了典型湿地植物灰化薹草在不同地下水位环境的分解过程.结果 表明,分解15 d后,地下水位的升高促进了木质素的分解和碳、氮、磷元素的释放;在分解第60-90天,碳、氮、磷元素的相对归还指数随着木质素分解速率的升高而显著增大,并且相关性程度随着分解时间先增强,后减弱;分解过程中土壤pH、含水量和微生物量碳、氮对木质素的分解和碳、氮、磷元素的归还具有显著的促进作用.研究结果将有助于深化对湿地植物分解和生物地球化学循环过程的认识,为湿地自然保护区的科学有效管理提供理论依据.

以塔里木荒漠河岸林建群种胡杨为研究对象,测定胡杨叶厚度(LTS)、叶面积(LA)、比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)、叶组织密度(LTD)与当年生小枝长(TSL)、小枝茎直径(TSD)、叶面积比率(LAR)、叶茎质量比(LSMR)、小枝茎密度(TSWD)、胡伯尔值(HV)等枝叶功能性状,研究地下水位梯度(GWD)上胡杨枝叶性状的变异特征,采用单因素方差分析、Pearson相关与主成分分析,研究胡杨枝叶功能性状间的协调与权衡关系及性状组合,以期从功能性状的角度揭示胡杨适应干旱荒漠环境的生态策略.结果 表明:(1)胡杨枝叶性状种内变异较大,变异系数8.61％～59.31％,其中HV变异系数最大(59.31％),LDMC、LAR变异系数较低(8.61％、9.75％),且二者对GWD变化不敏感,保守性较高.(2)方差分析显示,胡杨枝叶功能性状在GWD 1.5 m与4.8 m间差异显著(P＜0.05),而LTS、LTD、TSL、HV在GWD≤2.4 m和GWD≥3.5 m之间均差异显著(P＜0.05).(3)相关与主成分分析表明,LA、SLA、LDMC、LTS、LTD、LAR、TSWD、HV可作为反映胡杨枝叶性状特征的重要指标;28对枝叶性状显著相关(P＜0.05),其中HV与TSL、TSD分别呈显著负相关、正相关关系(P＜0.05),与展叶效率(LAR、LSMR)、LA、LM均呈显著负相关关系(P＜0.05);展叶效率(LAR、LSMR)与LDMC呈极显著负相关关系(P＜0.01),LA、SLA与TSWD均呈负相关关系,表明干旱区荒漠植物在维持水力-机械安全和碳收益之间存在潜在的权衡机制.研究发现,胡杨采取降低LA、SLA、展叶效率(LAR、LSMR),增大LTS、LDMC、TSWD、HV等一系列有利于减少水分散失、储存资源(养分、水分)和增强抗性的生态策略来适应干旱贫瘠的荒漠环境;植物经济谱同样存在于荒漠生态系统中,随全球变暖与区域水资源短缺,总体上向慢速投资收益的保守型一端转移.

地下水位直接影响土壤含水量,进而影响湿地植被生长、分布和演替.本研究以鄱阳湖湿地为研究区,基于2014-2018年地下水位野外定点观测数据,分析湿地地下水年内与年际动态变化特征,构建鄱阳湖湿地地下水数值模型,分析地下水流场空间特征以及地下水埋深分布,结合高斯回归方法分析地下水埋深与典型植被分布之间的关系.结果表明:年内洲滩湿地地下水位呈明显的动态变化,且地下水位与湖水位变化高度一致.地下水埋深年内变化与降水量季节性分布之间存在1个月的滞后.年际洲滩湿地地下水位由上游向下游呈减小趋势,且上游洲滩湿地地下水埋深变幅较小(0.1～1.1m),下游洲滩湿地地下水埋深变幅较大(0.1～5.6m).研究区地下水流场由上游丘陵地区指向下游地势相对平坦的湖区,其流向与地形高程变化一致.研究区平均地下水埋深为2.07 m,且由远湖区至近湖区,地下水埋深不断减小.苔草、芦苇、茵陈蒿群落生长的最适地下水埋深分别为1.1、3.7、5.7 m;典型植被的分布对地下水埋深梯度的响应差异显著;茵陈蒿群落的生态幅宽大于苔草和芦苇群落;3种植被群落在地下水埋深1.1～5.7 m范围内出现生态位重叠现象,其中,苔草植被分布指数迅速减小,芦苇植被分布指数先增大后减小,茵陈蒿植被分布指数持续增至最大值,在地下水埋深达到5.7 m后开始减小.

地下水位是影响湿地生态系统结构和功能的重要环境因子之一,然而其如何影响滨海湿地土壤种子库特征尚不清楚.通过地下水位控制试验,研究黄河三角洲滨海非潮汐湿地地下水位梯度(-20、-60、-100cm)下,土壤种子库密度、物种多样性等特征,并通过土壤化学指标与对应的土壤种子库特征之间的通径分析,探讨地下水位深度变化对土壤种子库特征的影响机理.研究发现,在该区域秋季采样的土壤种子库中,碱蓬和盐地碱蓬的种子数量最多;地下水位变化对土壤种子库密度无显著影响,但对土壤种子库的物种组成影响较大,随着地下水位深度增加,多年生草本植物种类呈增加趋势.整体上,随着地下水位深度增加,土壤种子库的Margalef丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数随之增大.主成分分析表明,土壤盐是影响黄河三角洲滨海湿地土壤种子库组成特征的主导因素,贡献率为69.482％,土壤养分为次要影响因素,贡献率为23.710％,进一步通径分析表明,土壤水溶性盐总量对种子库物种多样性起到限制作用,同时,有效磷浓度通过水溶性盐总量对Margalef指数和Shannon-Wiener指数表现为间接负作用,总磷浓度对种子库与地上植被相似性起到促进作用.研究表明,黄河三角洲滨海湿地地下水位深度变化,主要通过影响土壤水溶性盐总量,进而影响土壤种子库物种多样性.

作为干旱内陆河流域水资源可利用性的决定性因素之一,地下水位在调节植物功能性状、系统发育乃至植物群落构建方面发挥着至关重要的作用.然而地下水位变化对干旱内陆河流域植物群落构建过程相对重要性的影响,以及这种影响在地上-地下组分间的差异尚未得到系统研究.本文以典型干旱内陆河流域下游的主要植物群落为研究对象,结合叶片、根系功能性状与环境数据,系统地探讨植物群落构建过程沿地下水位梯度的变化模式及其关键驱动因素.结果表明:(1)综合植物个体、平均功能性状和系统发育可知,在整个研究区域,叶片、根系功能多样性的标准效应值(SES.RaoQ)均小于0.大多数植物群落的功能结构(90％的功能性状)表现为聚集状态.(2)地下水与土壤因子共同解释叶片、根系SES.RaoQ13％-39％与14％-48％的变异,而地下水位能够单独解释叶片、根系SES.RaoQ13％-22％与14％-36％的变异.(3)叶片、根系SES.RaoQ均随平均地下水位的降低而降低,随地下水位季节性的增加而增加;根系SES.RaoQ与地下水位的斜率大于叶片SES.RaoQ.总体而言,干旱内陆河流域植物群落的构建机制整体上由确定性过程主导,支持生态位理论,大多数植物群落的构建机制符合生态位理论中的环境筛选作用.地下水位是调控不同群落构建过程相对重要性的主要因素,随地下水位的降低,功能结构由发散状态转为聚集状态.植物群落地上、地下功能结构沿地下水位梯度的变化表现出一致性,但植物群落地下部分对地下水位的变化更为敏感.

以塔里木荒漠生态系统建群种—胡杨(Populus euphratica Oliv.)为试材,研究胡杨光合气体交换参数、抗氧化酶活性及渗透调节物质沿地下水埋深(GWD)梯度的变化规律,探讨胡杨适应干旱荒漠环境的生理生态机制.结果表明:(1)不同GWD条件下胡杨净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)的日变化均呈单峰型,而胞间CO2摩尔分数(Ci)日变化呈"V"型,Pn与Gs变化同步,峰值均出现在12:00,而Tr峰值滞后Pn、Gs 2 h.不同GWD间Pn峰值差异显著(P＜0.05),Tr、Gs峰值和Ci谷值在GWD为5.5m极显著降低(P＜0.01).胡杨Pn、Tr、Gs、Ci、水分利用效率(WUE)和光能利用效率(LUE)均随GWD增加而降低,其中Gs、LUE日均值在GWD为5.5 m显著降低(P＜0.05),但不同GWD条件下Pn、Tr、Ci、WUE日均值均无显著差异(P＞0.05);(2)12:00-16:00胡杨Pn下降主要受气孔因素限制,16:00-20:00 Pn下降主要受非气孔因素限制;(3)通过对不同GWD条件下胡杨Pn、Tr与生理生态因子进行相关、偏相关、逐步回归分析发现,Gs是影响胡杨Pn、Tr的主要因子;不同GWD条件下胡杨调控Pn、Tr的因子不同,GWD增加使胡杨Pn与光合有效辐射(PAR)、Tr与Gs之间的相关性增强,表明GWD直接调控胡杨叶片水汽交换(Gs)过程;(4)胡杨叶片丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性和游离脯氨酸(Pro)含量均随GWD增加而增大,而可溶性蛋白质(SP)含量、可溶性糖(SS)含量则降低,表明随GWD增加,胡杨叶片细胞膜透性和光合碳同化受抑增强,胡杨通过提高保护酶活性(POD、SOD)和渗透调节(Pro)能力协同抵御地下水位降低所带来的干旱胁迫,以维持基本正常的生理活动,这是胡杨适应荒漠区干旱生境的生理生态策略.

地下水位变化对泥炭地的植被组成及多样性具有明显的调控作用,从而可能会深刻改变泥炭地的储碳潜力.目前,有关泥炭地植物多样性和土壤有机碳含量对水位波动的响应还存在较大争议,且有关亚热带贫营养泥炭地地下水位对植物多样性及生物量与土壤有机碳含量影响的研究鲜有报道.本研究选择鄂西南贫营养泥炭地为研究对象,调查了4个地下水位梯度(-4cm、-8 cm、-12 cm、-20 cm)下的植被组成、多样性、生物量及土壤有机碳含量,以探究不同水位梯度对鄂西南贫营养泥炭地植物多样性、生物量及土壤有机碳含量的影响.结果表明:(1)地下水位下降,土壤含水量、土壤有机碳含量和总酚含量显著降低,而溶解氧含量显著增加(P＜0.05).并且,低水位(-20 cm)处土壤有机碳含量是高水位(--4 cm)处土壤有机碳含量的72％.(2)地下水位显著改变鄂西南贫营养泥炭地物种组成,随着地下水位下降,灌木物种数量增加,且以浅根系的杜鹃花科和蔷薇科植物为主.(3)总体上,随着地下水位的降低,灌木多样性呈现显著增加的趋势(P＜0.05),而草本植物多样性变化不显著.(4)地下水位对植被地上总体生物量影响不显著,但随地下水位的降低,灌木生物量极显著增加(P＜0.01)、草本生物量显著增加(P＜0.05),而苔藓生物量降低.本研究表明,较高的地下水位是维持鄂西南贫营养泥炭地土壤有机碳含量的关键,维管植物多样性的提升并不能增加该泥炭地的固碳潜力.