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互花米草群落中金属元素的累积和循环特征

李侠  
【摘要】: 湿地是水陆相互作用形成的自然综合体,是自然界最具生产力的生态系统。在涵养水源、抵御洪水、控制污染方面发挥着不可替代的作用。由于与周边环境间进行频繁的物质交换,河口湿地中生物地球化学过程十分复杂。在湿地生物地球化学中,湿地植物是湿地生态系统中重要的组成部分,它从土壤中吸收一些元素(包括必需的和非必需的)同时,又将部分元素回归土壤,形成了湿地生态系统特有的循环模式。土壤中的元素含量对生态系统的元素循环也十分重要的作用。作为生物地球化学循环研究的热点之一,营养元素和重金属在湿地中的循环作用一直是生态学研究的热点。研究K、Ca、Na、Mg等大量营养元素以及重金属Pb、Cr、Cu、Zn在湿地群落中的积累、分配、动态及至循环将有助于湿地生态系统生态过程、生态功能机理研究的深入,可为湿地的合理开发与保护、退化湿地的恢复与重建提供理论依据。互花米草(Spartina alterniflora)作为是滩涂湿地中具有较高生产力的一种植物,对该群落中元素的累积和循环特征研究甚少。 本文是在浙江省重大自然科学基金项目:“浙江省滩涂围垦对湿地生态系统的影响与围垦模式研究”支持下开展的。以浙江省温州沿海典型的滩涂湿地互花米草群落(以互花米草为单优种的群落)为研究对象,分别于2005年8月(夏)、2005年11月(秋)、2006年4月(春)和2007年1月(冬)期间采集了表层土壤,植物(地上部分和根系)。通过野外调查和实验室分析,研究了互花米草在不同季节、不同器官中几种重要矿质元素K、Ca、Na、Mg和重金属Pb、Cr、Cu和Zn的含量变化;土壤库中上述几种元素含量季节变化;以及元素在生态系统中的循环特征。根据元素的不同循环特点,探索出治理和利用湿地的有效途径。 主要结论如下: 1、互花米草在生长季节无论地上部分还是根系均具有较高的生物量。互花米草地上部分和总生物量季节动态变化均是夏季>秋季>春季>冬季,这是因为在冬季互花米草地上部分大部分为立枯;春季地下部分几乎呈根状茎形式,故根系生物量季节变化为夏季>冬季>秋季>春季,其中冬季和秋季根系生物量差别很小,仅为0.176g/m~2。四个季节中地上部分生物量均大于根系生物量。从不同部位生物量所占比例来看,冬季根系生物量占总生物量比例最大,其次是夏季,春季最小。 2、不同元素在植物地上部分、根系和土壤中含量季节变化不同。同一元素在不同样地的变化趋势则几乎相同。大致变化趋势可分为如下三种:(1)倒“V”形:如K、Na、土壤中Mg含量、植物体内Cu和Zn含量;(2):不规则“J”形:如植物体内Ca和Pb含量;(3)倒“S”形:植物体内Mg含量、土壤中Cu和Zn含量;其余的均呈“V”形变化趋势。 3、元素循环中,主要以吸收系数、循环系数和利用系数表征不同元素的循环特征。结果表明,常量金属的吸收系数大小为Na(0.078)>K(0.019)>Ca(0.015)>Mg(0.01);利用系数大小也为Na(0.961)>K(0.891)>Ca(0.785)>Mg(0.712);而循环系数大小为Ca(0.45)>Na(0.307)>Mg(0.192)>K(0.114)。对重金属,吸收系数Zn(0.01)>Cu(0.009)>Pb(0.006)>Cr(0.003);利用系数:Cr(0.929)>Cu(0.919)>Zn(0.88)>Pb(0.442):循环系数:Zn(0.455)>Pb(0.339)>Cu(0.173)>Cr(0.094)。 4、元素在互花米草体内的含量分布是地上部分>根系。且在植物地上部分中,金属含量大小为Na>Mg>Ca>K>Zn>Cr>Pb>Cu;在植物根系中,金属含量大小为Na>K>Mg>Ca>Zn>Cr>Pb>Cu。互花米草对不同重金属的富集系数不同,在根系中,富集系数大小为Zn(1.684)>Cu(0.743)>Cr(0.655)>Pb(0.662);在植物地上部分,富集系数大小为Zn(0.623)>Pb(0.515)>Cu(0.457)>Cr(0.393)。 5、互花米草对不同重金属转运系数不同,大小为Pb(0.778)>Cu(0.615)>Cr(0.6)>Zn(0.37)。


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