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贵州草海湿地土壤及植物碳氮磷化学计量学研究

杨羽  
【摘要】:生态化学计量学是研究植物与自然环境之间元素流动与平衡的一门学科,在生态学研究中具有重要地位。碳(C)、氮(N)和磷(P)是植物生长和发育过程中所需的重要元素,同时也是衡量和判断土壤肥力、土壤质量等的关键指标。湿地水文条件决定湿地土壤物理特性和地表植物群落的类型与结构。随着社会经济的发展,贵州草海湿地受旅游开发、围湖造田和村镇生活污水直接排放等多重人为活动影响,湿地生态系统趋于退化状态。为恢复草海湿地生态系统完整性,相关部门提出建设出水闸和生态补水等措施,但随着相关措施的实施,草海湿地碳氮磷元素储库功能是否得到提高,目前尚不清楚。然而,生态化学计量学是研究生态过程中多种化学元素平衡(主要是C、N和P)以及能量平衡的一门新兴学科,这为揭示植物种群动态、限制性元素的判断及元素生物地球化学循环提供了有效手段。因此,于2017年8月上旬,对贵州草海湿地4种水位梯度下(农田区、过渡区、浅水区和深水区)植物和土壤碳、氮、磷含量及其生态化学计量比进行研究,以期揭示草海湿地植物种群动态和碳、氮、磷元素储库功能对水文条件变化的响应,进而为草海湿地水文调控提供数据支撑。研究主要得到结论如下:1)草海湿地深水区土壤有机碳(TOC)、总氮(TN)、碳磷比(C/P)和氮磷比(N/P)最高,农田区土壤总磷(TP)含量最高,而土壤碳氮比(C/N)。由过渡区至深水区,草海湿地土壤TOC、TN、N/P或C/P比呈增加趋势,而土壤总磷(TP)和碳氮比(C/N)在过渡区、浅水区及深水区之间差异不显著(p0.05)。2)沿水深梯度增加,草海湿地植物由挺水植物向沉水植物演替(逆向演替),挺水植物灯芯草(Juncus effusus)、芦苇(Phragmites communis)、双穗雀稗(Paspalum scrobiculatum)、荆三棱(Scirpus yagara)及藨草(Scirpus triqueter)分布水深在10-82cm之间,而挺水植物水葱(Schoenoplectus tabernaemontani)和水烛(Typha angustifolia)主要分布水深在89-132cm之间,沉水植物光叶眼子菜(Potamogeton lucens)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)和穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)分布水深在193-282cm之间。3)草海湿地不同生活植物TOC、C/N和C/P比表现为:挺水植物沉水植物,灯芯草TOC、C/N和C/P比最高;不同生活植物TN、TP及N/P比表现为:挺水植物沉水植物,光叶眼子菜TN和TP最高,而微齿眼子菜N/P最高。4)水深与土壤TOC、TN、N/P或C/P比空间分布密切相关,而与TP或C/N相关性不显著。另外,水深与植物TOC、TN、TP、C/N或C/P比也密切相关,而与N/P相关性不显著。5)综上,未来草海湿地水位抬升,一方面,可能导致湿地植物由挺水植物向沉水植物演替(逆向演替);另方面,可能导致湿地土壤有机碳、总氮含量增加,而对淹水区域土壤总磷含量影响较小,但应考虑淹水后农田区土壤磷素的释放潜力,因为干燥土壤再淹水,其磷素释放潜力较大。


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