松嫩草地植物功能生态学研究

【摘要】：随着功能生态学的发展，植物功能生态学研究越来越受到重视，尤其是关于功能多样性对生态系统功能的作用。该论文以此为切入点，以松嫩草原为对象，开展了草地植物功能生态研究，首先论述了松嫩草地属性，然后从植物功能性状角度研究该区域植被状况及功能性状特征，最后通过控制实验研究刈割、施肥、植被低矮稀疏化等干扰条件下羊草性状和羊草群落特征的变化，验证在自然和干扰条件下物种丰富度、功能群丰富度、物种多样性指数、功能性状多样性与群落地上生物量的关系。主要结果如下： 松嫩平原未退化羊草草地的土壤pH、电导率、离子含量(8种)、碱化度分别为9.1-10.2，198.7-643.5μs/cm，734.9-9297.5mg/kg，4.8-28.4%，退化裸地的土壤pH、电导率、离子含量、碱化度分别为10.2-10.4，8240.3-18232.1mg/kg，459.3-1832.6μs/cm，43.0-54.0%。主要土壤类型各发生层的粘粒含量最高，盐土和草甸土淀积层粘粒含量(0.002mm)超过50%，沼泽土和草甸土淀积层物理粘粒(0.01mm)含量超过75%。未退化草地地上生物量干重超过250g/m~2，退化草地地上生物量干重超过300g/m~2。单优势种群落广布，羊草的地上生物量干重与群落地上生物量干重的比例最高达97.2%，物种丰富度不超过8种/m~2。退化草地由于高盐碱条件限制，单优势现象更为明显，有些群落仅有1个物种。盐分含量有微域差异地段形成不同的单种优势种群落，斑块景观明显。地表被干扰，原初盐渍化草地土壤的淋溶层消失(践踏风蚀等)，下层高含盐量的盐碱土裸露成新地表，新地表裸露或生长盐生植物群落。地表被干扰是松嫩草地盐碱化的主导原因。松嫩平原草地，不同于世界各地的地带性草原土壤，是土壤决定的草甸植被类型。 松嫩草地66种草本植物7个叶片性状特征表明：叶片厚度变异系数最大，比叶面积、叶片氮含量、叶片磷含量、叶绿素含量和类胡萝卜素含量之间存在显著的正相关关系；叶片干物质含量与叶片磷含量没有显著的相关关系，与其它叶片性状呈显著的负相关关系；叶片厚度与叶片干物质含量和比叶面积呈显著的负相关关系，与其它叶片性状不相关。方差分析表明，叶片干物质含量、比叶面积、叶片厚度、叶片氮、叶片磷含量在4个功能群(多年生根茎禾草、多年生丛生禾草、多年生杂类草、1年生或2年生植物)间差异显著，叶绿素含量和类胡萝卜素含量在各个功能群间差异不显著。多重比较结果显示多年生根茎禾草和多年生丛生禾草叶片的7个性状差异不显著；多年生根茎禾草和多年生丛生禾草的叶片干物质含量高于多年生杂类草和1年生或2年生草本，其它性状小于这两个功能群。松嫩草地草本植物叶片氮磷含量分别为22.7和1.8mg/g，氮磷比为13.0，氮相对缺乏。 松嫩草地生产力高，群落饱和度低，优势种在群落中占的比例大。多年生根茎禾草和多年生杂类草功能群物种丰富度最高，各功能群间功能群丰富度没有显著差异，1年生或2年生植物群落地上生物量最高。叶片干物质含量、比叶面积、叶片氮含量、叶片磷含量、株高、比根长等性状在各功能群间差异显著。1年生或2年生植物功能群叶片干物质含量高、比叶面积小、氮磷含量高。多年生杂类草群落土壤条件最好，1年生或2年生植物群落土壤条件最差，多年生根茎禾草和多年生丛生禾草没有显著差异。地上生物量与多样性关系表明，株高、叶面积和叶片氮含量等功能性状多样性比其它多样性指标能更好的预测生产力的变化，支持质量比假说，草地管理中应集中于优势种的管理。 秋季不同时间刈割，在第二年返青期和8月中旬地上生物量最大时期，多样性与生产力之间没有显著的关系。不同时间刈割对第二年草地的产量和质量没有显著影响，每年可以在8月中旬到9月上旬之间根据需要适时收获干草。春季5月下旬之前放牧或刈割不影响羊草种群和群落的产量和质量，后期放牧或刈割不利于羊草再生，群落中杂草比例增加。秋季或春季不同时间刈割，对群落植物物种丰富度和功能群丰富度都没有显著影响。秋季刈割或者春季刈割，群落高度性状与地上生物量有显著的正相关关系，物种丰富度、功能群丰富度和功能群多样性与地上生物量关系不显著。 氮添加对羊草的叶绿素a和b含量、类胡萝卜素含量、叶片氮含量、叶片干物质含量、比根长都有显著的作用；叶片的光合性状、比茎重和比根长之间有显著的相关性。羊草的叶绿素a和b含量、类胡萝卜素含量、叶片氮磷含量、叶片干物质含量、比茎重、株高与羊草的地上生物量都有显著的相关性。氮添加处理对羊草群落的物种丰富度和功能群丰富度都没有显著的影响，20g/m~2的氮添加处理羊草群落地上生物量最高。氮添加当年，地上生物量随着物种丰富度和功能群丰富度的增加有减少的趋势，但是不显著。 不同高度和密度立枯物处理间羊草的比叶面积、比茎重、植株高度、叶片数、叶绿素a和b含量、类胡萝卜素含量及叶片氮含量都有显著的差异。羊草各性状间，除了叶片厚度和比根长两个性状外，其它性状间都有较好的相关性。群落特征没有发生明显变化，随着植被低矮稀疏化，群落物种丰富度和地上生物量都有降低的趋势。土壤特征温度有显著的改变，但是其它土壤指标没有发生明显变化。植被高度变化对羊草性状、群落特征及土壤特征的影响要大于植被密度。

【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S812