植物残体分解在湿地碳循环中起关键作用,受到输入特征(化学性状和物种多样性等)的控制.受水位变化和外来物种入侵影响,洪泽湖湿地植物群落会发生显著变化,进而影响植物残体输入特征.本研究选取洪泽湖湿地中芦苇(Phragmites australis)、菰(Zizania latifolia)、喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)和双穗雀稗(Paspalum paspaloides)4种分布广泛的挺水植物,探究优势种和均匀度变化对其残体质量损失和碳矿化速率的影响.在单种分解模式下,芦苇分解最慢,质量损失和碳矿化常数(k)仅分别为22.2％和5.27×10-4 d-1,而双穗雀稗和喜旱莲子草有着相对高的质量损失(分别为58.4％和50.6％)和A(分别为9.52× 10-4和9.10×10-4 d-1).在混合分解模式下,喜旱莲子草和双穗雀稗占优势的组合有着更高的质量损失(均值分别为41.0％和42.8％)和k(均值分别为8.84×10-4和8.70×10-4 d-1),均显著高于芦苇和菰占优势的组合(质量损失均值分别为31.0％和32.2％,k均值分别为7.28×10-4和8.07×10-4 d-1).随均匀度升高,喜旱莲子草和双穗雀稗占优势的组合质量损失和k呈下降趋势,而芦苇占优势的组合呈上升趋势.从混合效应来看,混合残体在质量损失方面常表现为拮抗效应,而在矿化速率方面主要为加和效应或协同效应.以上结果表明,洪泽湖湿地中群落水平上的植物残体分解会随优势种和均匀度而变化,非加和效应在该过程中也发挥着重要作用.因此,关注混合分解对于准确分析淡水湿地碳循环对植物群落变化的响应具有重要意义.

物种的遗传特征和外在环境条件的差异共同决定了植物功能性状的表达,植物功能性状可以反映物种对环境条件的适应策略.采用大样本抽样调查与统计分析方法,比较研究扎龙湿地 4 种生境(盐碱生境、旱生生境、湿生生境和水生生境)芦苇分株和叶功能性状,分析不同生境芦苇功能性状的分异规律及其对土壤因子的响应.结果表明:(1)不同生境芦苇功能性状均表现出中等程度变异.其中分株和叶性状均以盐碱生境最低(P＜0.05),分株及除叶面积和比叶面积以外的叶性状均以水生生境最高;株高和株重在种群内的变异系数为 15.96%—48.61%和 38.65%—87.82%,种群间的变异系数为 46.58%和66.39%;叶性状在种群内的变异系数为 13.21%—72.37%,种群间的变异系数为 26.46%—57.03%;(2)不同生境芦苇功能性状间存在协同变化特征.芦苇的株高、株重、叶长、叶宽、叶面积和叶重之间均呈极显著正相关关系(P＜0.01),比叶面积与其他性状的相关性因生境不同存在一定变化;(3)不同生境芦苇的原位土壤因子表现出异质性特征,芦苇功能性状的变异是含水量、pH、有机质和速效氮等土壤因子综合作用的结果.其中含水量、有机质和速效氮为正向驱动,而pH为负向驱动.因此,芦苇通过自我调节功能性状更好地适应不同的生存环境,局域尺度不同生境的土壤因子是引起芦苇功能性状产生分异的导因.

采用单位面积取样,计数和测量的调查与统计方法,对扎龙湿地保护区4个生境单优群落芦苇种群分株构件数量特征进行比较分析.结果表明,4个生境芦苇种群从5月10日左右返青后进入营养生长期,分株高度和分株密度均持续增加到生殖生长初期的8月份,其中6-8月份差异均达到显著水平(P＜0.05),8-10月份差异均未达到显著水平(P＞0.05),芦苇进入生殖生长期后,分株便停止高度生长,地下芽的输出也不再形成分株补充现实种群;分株生物量和种群生物量均持续增加到生殖生长旺盛期的9月份,至休眠期的10月份均有所降低,各月份间的差异均达到显著水平,芦苇种群在生长季末期,具有将生产的物质分配转移到地下储藏与营养繁殖器官的形成与生长上的特性.芦苇种群分株数量特征与返青后实际生长时间之间均较好地符合对数函数关系,R2在0.818-0.994之间,拟合方程均达到了P＜0.05的显著水平.4个生境芦苇种群分株密度以湿生生境最大,依次为水生生境、旱生生境,盐碱生境最小,分株高度、分株生物量和种群生物量均以水生生境最大,依次为湿生生境、旱生生境,盐碱生境最小.因此,4个生境芦苇种群分株构件数量特征均表现出基本一致的生育期节律性,同时,芦苇种群的个体生长和种群动态存在明显的环境效应,土壤含水量、pH是影响该地区芦苇分株数量特征的主要因子.

消落带土壤由于在水陆交替的特殊生境和复杂的地球化学共同作用下形成,具有独特的理化性质和生态功能.各营养盐含量在时间和空间上具有较高的变异性,土壤中有机质的分布及迁移和转化均受到复杂的影响.针对官厅水库流域上游妫水河段消落带,选择典型消落带落水区,对该区土壤有机质含量的时空分布特征进行研究.结果表明:1)研究区消落带土壤有机质含量较为贫瘠,变化范围在1.64-26g/kg之间,平均值仅为13.16g/kg,变异系数达50.59％.说明消落带由于季节性干湿交替的特殊水文条件的影响,土壤养分的分布具有较高的空间异质性.淹水频繁区有机质含量平均值为15.74g/kg,高于长期出露区的10.12g/kg,且变异系数为41.38％,小于长期出露区的54.98％.说明淹水频繁区对土壤养分的持留能力更强,且周期性的淹水条件使得研究区近岸具有相似的生境类型,不同采样点土壤有机质含量的差异相对较小.2)不同植物群落下,芦苇和香蒲群落土壤有机质含量最高,平均值为17.08g/kg;含量最低的是以小叶杨和白羊草为主的中旱生植物带,平均值为9.12g/kg;其次是酸模叶蓼、大刺儿菜为优势物种的湿生植物带,土壤有机质含量平均值为15.49g/kg.3)不同土壤层次有机质含量差异较大,总体变化趋势均由表层向下逐渐减少,各层之间体现出显著差异性(P＜0.05).研究区土壤C/N变化范围在1.64-18.95,平均值为8.95.说明研究区土壤碳氮比相对较低,有机质的腐殖化程度较高,且长期出露区土壤有机质更容易发生分解,C的累积速度远小于N.土壤C/N垂直分布大致呈先增大后减小趋势,在30cm处达到最大值,而后随着土壤深度的增加逐渐减小.4)消落带土壤有机质分布的影响因素分析中,土壤有机质与全磷呈极显著正相关,相关系数为0.62(P＜0.01);与土壤全氮和C/N呈显著正相关(R=0.57,0.60;P＜0.05).这说明研究区土壤全磷、全氮、C/N和有机质明显具有相同的变化趋势,和有机质存在相互影响.其次,土壤有机质和湿度在呈显著负相关(R=-0.51;P＜0.05),表明研究区土壤湿度对有机质含量具有显著的影响.气候因子中,温度对研究区土壤有机质的分布具有显著的影响,相关系数为-0.51 (P＜0.05).植被因子中,植被覆盖度和土壤有机质含量呈显著正相关,相关系数为0.64,表明植被因子也是影响土壤有机质分布的重要因素之一.

与本地植物的种间竞争是影响外来植物能否成功入侵的关键因素之一,该研究通过受控模拟试验研究了本地植物芦苇(Phragmites australis)和外来入侵植物反枝苋(Amaranthus retroflexus)在淹水和干旱两种水分条件下混种密度(6 : 2、4 : 4和2 : 6)对其种间竞争的影响.结果表明:(1)芦苇和反枝苋的相对产量与相对产量总和均小于1,即两种植物存在种间竞争.(2)种间竞争使芦苇和反枝苋的生长均受到了不同程度的抑制,表现在两者的株高和生物量均随着竞争者密度的增加而降低.(3)植株地上部分和地下部分的氮浓度表现出与株高和生物量相同的趋势,且在不同水分条件下存在差异.(4)芦苇和反枝苋分别在淹水和干旱环境下具有较强竞争力,但在各自较高混种密度下亦具有较强竞争力.可见,芦苇和反枝苋的种间竞争受到了水分和混种密度的影响.因此,在有反枝苋分布的湿地中,植物生长初期可通过增加土壤水分和/或增加芦苇等本地植物的种群密度以降低反枝苋的种群密度来限制其竞争能力,防止反枝苋在湿地中生长建群和扩散入侵.

芦苇(Phragmitesaustralis)作为典型的根茎型多年生湿地植物,具有广泛的环境耐受性.该研究采用盆栽实验,采取裂区实验设计,水分处理为主区,包括淹水和干旱两个水平,铅(Pb)为副区,包括0、500、1500、3 000、4 500 mg.kg-1 5个水平,共10个处理,每个处理12个重复,研究淹水和干旱条件下Pb污染对芦苇生长、生物量分配及光合作用的影响,以期明确不同生境F芦苇适应或忍耐重金属污染而采取的策略,为芦苇应用于湿地恢复和污染修复提供理论依据.结果表明,在淹水处理中,Pb显著抑制地下芽形成和根茎生长,但对子株数没有影响;与母株相比子株具有高的日生长速率、光合速率和生物量(母株的3-7倍).在干旱环境中,Pb显著抑制根、地下芽和根茎生长,母株和子株生物量积累及光合作用,且这些指标均小于淹水处理的.无论在淹水还是干旱环境中,芦苇体内绝大部分Pb积累在根中,根茎和子株中Pb含量较少,被转运至母株中的Pb大约是子株的3倍.淹水条件下子株体内Pb含量小于干旱处理的.结果表明,干旱和Pb的协同作用显著抑制芦苇生长、生物量积累和光合作用,可能导致子株生产力和种群密度减小甚至种群衰退.但淹水芦苇能够采取相应的Pb分配策略减缓Pb污染对芦苇生长、生理和繁殖的负面影响,有利于芦苇种群的繁衍和稳定.

采用单位土体取样,计测长度和生物量的调查与统计方法,对扎龙湿地保护区4个生境芦苇种群根茎数量特征进行比较分析.结果表明,芦苇5月10日左右返青后进入营养生长期,根茎长度6-8月份缓慢增加,8-10月份显著增加,后期是前期的3.5-10.3倍,生长季中后期是种群新根茎补充和生长的主要时期,不仅实现了种群空间扩展,并为营养繁殖储备更多繁殖芽;根茎生物量和干物质贮量68月份逐渐减少,8-10月份又逐渐增加,均以生长季末期的10月份最大,并均显著地(P＜0.05)高于其他月份,种群根茎养分的消耗主要供给根茎芽的萌发和幼株生长,根茎养分的储藏又为翌年种群的更新及扩展提供物质保障,种群对地下根茎存在明显的养分“超补偿性”贮藏现象.种群根茎长度和生物量均以湿生生境最大,依次为旱生生境、水生生境,盐碱生境最小,根茎干物质贮量以旱生生境最大,依次为湿生生境、水生生境,盐碱生境最小.种群根茎长度与返青后实际生长时间之间均较好地符合直线函数关系,种群根茎生物量和干物质贮量与生长时间之间较好地符合二次曲线函数关系,R2在0.804-0.997之间,拟合方程均达到了显著或极显著(P＜0.01)水平.4个生境芦苇种群在根茎长度、生物量、干物质贮量等数量特征均表现出由遗传因素控制的比较稳定的季节动态规律,在生境间的差异及其差异序位又均基本稳定,均表现出明显的土壤因子环境效应,其中土壤含水量、有机质、速效氮为正向驱动,pH、速效磷为负向驱动,土壤含水量、pH对根茎数量特征的驱动作用更突出.

气候变化与人为干扰加剧景观破碎化进程,导致产生一系列相互隔绝的“生境岛屿”.本研究以科尔沁沙地流动沙丘18个不同大小丘间低地为研究对象,将丘间低地视为“生境岛屿”,探讨“生境岛屿”面积对植物种分布格局的影响,并基于此提出物种多样性保护方案.结果表明:物种对生境破碎化的敏感性不同,第Ⅰ类物种主要分布在小面积岛屿(如乌丹蒿、芦苇、野豌豆);第Ⅱ类物种主要分布在大面积岛屿(如胡枝子、画眉);第Ⅲ类物种主要分布在中面积岛屿(如刺藜、苦参);第Ⅳ类物种在大岛、中岛、小岛均有分布(如黄柳);在累加岛屿面积相同时,总物种数为中岛组合＞组合岛＞大岛组合＞小岛组合;沙生植物物种数为组合岛＞中岛组合＞大岛组合＞小岛组合;草甸植物物种数为中岛组合＞组合岛＞大岛组合＞小岛组合;草原植物物种数为组合岛＞中岛组合＞大岛组合＞小岛组合.探讨“生境岛屿”面积对植物多样性及其分布格局的影响将为半干旱沙区植物多样性保护提供理论依据.

采用刈割和挖土取样,对扎龙湿地旱生、湿生、水生和盐碱生境芦苇种群分株、根茎和根茎芽进行调查.结果表明:6-10月,4个生境芦苇种群分株密度、根茎长度和根茎芽库存量、输入量、休眠量均以湿生生境最大,盐碱生境最小;根茎芽输出量均以水生生境最大,盐碱生境最小,构件间的差异及其差异序位均相对稳定,构件种群均存在明显的环境效应,构件水平上存在较大的可塑性;构件间又均表现出一定的协同进化性,其中分株密度与根茎长度、根茎芽库存量和输入量之间呈显著或极显著正相关,与根茎芽休眠量之间呈显著负相关;根茎芽库存量、输入量和输出量与根茎长度之间呈显著或极显著正相关;芦苇分株均由根茎芽萌发形成,根茎芽对分株的贡献率为100％,80％以上的根茎芽萌发形成新根茎,根茎的生长又可形成更多的根茎芽,不同构件形态结构的更替改变维持着种群的稳定和持续更新.

地下水作为干旱半干旱地区可利用水的主要存在形式,是影响植被生存的主要生态因子.通过人工模拟地下水位,探讨了旱生芦苇对不同地下水位的生态响应及适应机制.结果表明:(1)随地下水位的降低,旱生芦苇净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(G8)和胞间CO2浓度(Ci)均呈先增后减的变化趋势,其生长季均呈单峰曲线,以7-8月为峰值;(2)旱生芦苇叶绿素(Chl)含量随地下水位的降低呈先增后减的动态变化;(3)旱生芦苇脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)和可溶性蛋白质(SP)含量随地下水位及其生长季的变化规律不一致,但三者在抑制干旱胁迫过程中存在相互补偿的关系;(4)随地下水位的降低,丙二醛(MDA)含量呈先增后减的变化趋势,且随生长季变化增加显著;超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性增加显著,且SOD比CAT对干旱胁迫反应更敏感,是适应干旱胁迫的主要抗氧化酶;(5)旱生芦苇生理因子对Pn的重要性大小顺序为Gs＞SP＞Chl＞Tr＞Ci＞SS.