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《中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)》 2018年
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盐碱梯度下芦苇和扁秆藨草水分利用效率和功能性状研究

刘莹  
【摘要】:自从20世纪末以来,松嫩平原西部盐碱沼泽植物受到日益严重的土壤盐碱化威胁。为了了解盐碱湿地生态系统对环境变化的响应,本研究设置野外实验和温室实验来探索盐碱胁迫对芦苇和扁秆藨草水分利用效率(WUE,用叶片δ~(13)C值来指示)和功能性状的作用机制,分析植物随盐碱变化对水和养分利用策略的变化,探索植物群落优势度随盐碱梯度的变化情况,为保护和恢复湿地的生态环境选择植物物种提供实测数据,为改良盐碱土以及维持当地生态系统的稳定性提供依据,对修复湿地生态,保护湿地生态环境具有重要意义。主要结论如下:(1)松嫩平原西部湿地主要遭受轻度盐碱胁迫,HCO_3~-和Na~+离子浓度最高,这表明NaHCO_3是导致松嫩平原西部湿地盐碱化的主要成分。(2)芦苇和扁秆藨草叶片δ~(13)C值(除野外)随着土壤盐碱含量的升高而升高,而地上生物量随之降低。芦苇地上生物量随着水深的升高而增多,而扁秆藨草地上生物量随着水深的升高而减少。与水深和胁迫类型相比,土壤盐碱含量对芦苇和扁秆藨草叶片δ~(13)C(WUE)地上生物量的影响最大,尤其是碱胁迫,对芦苇WUE和地上生物量的毒害作用最强,但只在高浓度下才显现出来,此时,扁秆藨草已经死亡。随着水深的下降,土壤盐碱含量越高,毒害作用越强,在低水深(0 cm)条件下,甚至会导致芦苇的死亡。这表明芦苇对高土壤离子浓度的耐受能力随着水深降低而消失。(3)芦苇和扁秆藨草各性状与土壤盐碱度和水深呈现中等强烈相关性,盐碱梯度、水深变化对植物性状的解释率最大可达74%。受盐碱梯度和水深变化强烈限制的是主要反映植物对光、营养和环境干扰适应性的常见性状。芦苇和扁秆藨草主要通过调节叶片形态性状和整体性状来适应盐碱含量的变化。芦苇群落各性状与水深呈正相关关系,对于扁秆藨草来说,除了叶片TP与水深呈正相关外,其它各性状与水深成负相关关系,且芦苇和扁秆藨草主要通过调节叶片化学性状和整体性状来适应水深的变化。(4)芦苇和扁秆藨草各性状对盐碱胁迫的敏感程度大于水分胁迫,尤其以碱胁迫对植物功能性状的影响最强。这可能是由盐碱和水分胁迫对植物的迫害方式不同而造成的。水分胁迫主要引起植物缺氧、遭受渗透和氧化胁迫,而盐碱胁迫除了会引起上述胁迫外,还会使植物遭受离子毒害。(5)植物功能性状可以用于预测植物优势度与盐碱度之间的关系。植株高度、比叶面积(SLA)和叶片有机碳含量是预测植物优势度的最优指标。株高越高,植物获取光能的能力越强,积累的干物质量就越多,植物群落优势越强,反之越弱。植物的SLA越低(硬叶性),叶片含水量越低,叶片水利用策略越保守。低SLA的物种枯落物降解速率较慢,所以低SLA可能会减缓生态系统养分循环并通过减少碳排放来对全球变暖产生负反馈作用。(6)芦苇和扁秆藨草指示优势度的性状存在较大差异。芦苇的WUE或叶片形态性状(如叶面积、叶长和比叶面积)可以指示群落优势度的变化,即小叶片、低SLA表示芦苇优势度变小,而扁秆藨草则是主要通过调节植株的整珠性状(植株干重或株高)来指示群落优势度的变化,即植株变轻、变低表示扁秆藨草群落优势度变小。(7)芦苇和扁秆藨草对盐碱和水分胁迫表现出不同的适应策略。本研究结果表明,芦苇比扁秆藨草更耐高土壤盐碱胁迫,特别是在碱性胁迫条件下。扁秆藨草在低水深条件下(10 cm)生长良好,而芦苇似乎更适合生长在高水深条件下。与其他湿地植物相比,芦苇叶片δ~(13)C值较高,这表明芦苇具有较强的调节和提高水分利用效率来抵御其不利环境的能力。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:X171.1;Q945

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