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干湿交替条件下土壤团聚特性及其与植物地上生产力的关系

刘艳  
【摘要】:三峡库区消落带受三峡大坝“冬蓄夏排”的运行方式影响,其经受比天然河流更为频繁且剧烈的干湿交替作用。消落带为新生生态系统,干湿交替是影响团聚体稳定性最为重要的因素。而土壤结构稳定性对于新生系统的演替具有决定性影响,且植物地上生产是消落带生态系统重要的物质基础和能量来源。研究此类生态系统干湿交替条件下土壤团聚体稳定性特征及其与植物地上生产力之间的相互关系对于敏感脆弱区的生态恢复具有重要意义。本研究选取三峡库区白家溪消落带为研究区域(高程范围为145~180m),通过野外植被调查、室内团聚体筛分,结合双向指示种法(TWINSPAN)、排序分析(DCA)、方差分析、相关分析等统计方法,主要研究了以下内容:(1)干湿交替对土壤团聚体粒径分布及稳定性的影响;(2)干湿交替条件下不同粒径团聚体稳定性与植被地上生物量(aboveground biomass,AGB)、地上净初级生产力(aboveground net primary productivity,ANPP)的关联;(3)干湿交替条件下,植物群落特征对团聚体稳定性、AGB和ANPP的链接作用。本研究主要得到了以下结论:(1)各采样点土壤团聚体主要由微团聚体(MI,0.25~0.053 mm)、粘粒和粉粒(SC,0.053 nm)组成,且含量均随海拔的升高而降低;其次是小的大团聚体(SM,0.25~2 mm)、大的大团聚体(LM,2 mm),两者含量均随海拔升高而增加。且仅在生长季初期,各高程带间LM的百分含量均存在显著性差异(P0.05),其它生长季各粒径团聚体只在部分高程带间存在显著性差异(P0.05)。干湿交替下,不同生长季团聚体稳定性均随海拔升高而增加,且整体上同一生长季各高程带间团聚体稳定性的差异显著,而同一高程带团聚体稳定性的季节性差异多集中在海拔较高的区域(165~180m)。(2)干湿交替下,不同生长季AGB呈现一致的“A”分布格局,均在高程带Ⅱ(高程范围为155~165 m)、Ⅲ(高程范围为165~175 m)达到最大值,且AGB仅与SC呈显著的线性负相关关系(r0,P0.05),整体上与平均重量直径(MWD)呈无显著的线性负相关关系(r0,P0.05);不同采样时间段,ANPP沿海拔梯度的变化趋势有明显差别,且整体上,在各时间段内与各粒径团聚体含量变化间无显著的相关关系(P0.05)。(3)从生长季初期到后期,地上功能(植物地上生产力)和地下功能(土壤结构稳定性)间关系逐渐从协同转向权衡。生长季初期,地上地下同时存在协同关系;生长季中期,协同关系占主导;生长季后期,以权衡关系为主。植物物种多样性(S)对地上地下功能具有重要的链接作用。整体而言,S对地下功能团聚体稳定性存在显著的补偿效应;而S对地上功能补偿效应低于地下功能。不同生长季,S与地上、地下功能间关系的多样化效应均呈现较为复杂的空间变化格局,且作用显著。然而,S仅在特定的变化梯度和生长季,对ANPP与MWD日变化量间的相互关系作用显著。植物功能群多样性(G)仅在特定高程带和生长季对地上功能(生物量积累)和地下功能(团聚体稳定性)具有链接作用,且不同生长季,各类生活型植物对地上地下功能的链接作用各不相同。值得注意的是,多年生禾本植物狗牙根(Cynodon dactylon(Linn.)Pers)是消落带典型的优势种和建群种,这一优势种对地上、地下功能的单一化效应只发生在生长季初期。干湿交替条件下,团聚体稳定性与AGB初期以协同关系为主,后期以权衡关系为主。这可能与环境胁迫下植物生活史及其适生策略的调整有关,同时也受植物根系特征、根菌、凋落物、种间关系等因素影响。总体而言,植物群落对地上、地下功能关系的链接作用的单一化和多样化效应均存在,且消落带群落演替在向多物种构建的方向发展,群落结构的功能作用呈现多元化的特征。


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