鄱阳湖湿地地下水埋深及其与典型植被群落分布的关系

地下水位直接影响土壤含水量,进而影响湿地植被生长、分布和演替。本研究以鄱阳湖湿地为研究区,基于2014—2018年地下水位野外定点观测数据,分析湿地地下水年内与年际动态变化特征,构建鄱阳湖湿地地下水数值模型,分析地下水流场空间特征以及地下水埋深分布,结合高斯回归方法分析地下水埋深与典型植被分布之间的关系。结果表明: 年内洲滩湿地地下水位呈明显的动态变化,且地下水位与湖水位变化高度一致。地下水埋深年内变化与降水量季节性分布之间存在1个月的滞后。年际洲滩湿地地下水位由上游向下游呈减小趋势,且上游洲滩湿地地下水埋深变幅较小(0.1～1.1 m),下游洲滩湿地地下水埋深变幅较大(0.1～5.6 m)。研究区地下水流场由上游丘陵地区指向下游地势相对平坦的湖区,其流向与地形高程变化一致。研究区平均地下水埋深为2.07 m,且由远湖区至近湖区,地下水埋深不断减小。苔草、芦苇、茵陈蒿群落生长的最适地下水埋深分别为1.1、3.7、5.7 m;典型植被的分布对地下水埋深梯度的响应差异显著;茵陈蒿群落的生态幅宽大于苔草和芦苇群落;3种植被群落在地下水埋深1.1～5.7 m范围内出现生态位重叠现象,其中,苔草植被分布指数迅速减小,芦苇植被分布指数先增大后减小,茵陈蒿植被分布指数持续增至最大值,在地下水埋深达到5.7 m后开始减小。     

鄱阳湖洲滩湿地植物生长和营养繁殖对水淹时长的响应

水淹时长是影响湿地植物分布的重要因素。在水情不断变化的背景下,鄱阳湖洲滩湿地植物种群和群落的变化规律还不清楚。为了探究淹水时长对鄱阳湖洲滩3种优势植物生长和繁殖的影响,并预测在水文发生剧烈变化后,3种优势植物分布的趋势,采用控制实验模拟了不同水淹时长(0、60、90、120、150 d和180 d)下鄱阳湖湿地3种优势植物(灰化薹草(Carex cinerascens)、南荻(Miscanthus lutarioriparius)和虉草(Phalaris arundinacea))的生长和繁殖情况。研究结果表明:1)南荻在水淹超过120 d后,存活率开始降低,水淹到达180 d完全死亡。而灰化薹草和虉草在淹水180 d后仍全部存活。表明南荻耐淹水的能力弱于其他两种植物。2)水淹显著降低灰化薹草的总生物量,并且总生物量随水淹时长的增加而逐渐降低。而短时间(小于150 d)的水淹没有对虉草总生物量产生显著影响。3)退水初期,灰化薹草的恢复生长趋向于地上部分,而虉草表现为地下和地下部分同步生长。该研究结果可以为预测水文情势变化下鄱阳湖湿地植物种群和群落的动态变化提供依据。     

不同水淹深度对鄱阳湖洲滩湿地植物生长及营养繁殖的影响

水淹深度是影响湿地植物生长和繁殖的关键因子,不同湿地植物对淹水深度存在着不同响应。然而,在水情不断变化的背景下,鄱阳湖洲滩湿地植物种群和群落如何变化还不清楚。为了探究淹水深度对湿地植物生长的影响,并预测鄱阳湖洲滩湿地植被分布的趋势,采用控制实验模拟了不同水淹深度(0、0.5、1 m和2 m)下鄱阳湖湿地3种优势植物(灰化薹草(Carex cinerascens)、南荻(Miscanthus lutarioriparius)和虉草(Phalaris arundinacea))的生长和繁殖情况。实验结果表明:1)水淹对灰化薹草总生物量的影响最显著。遭受水淹时,灰化薹草把大部分的生物量集中在地下部分;随着水淹深度逐渐增加,南荻的生物量逐渐减少;不同深度水淹对虉草生物量没有产生显著影响(P0.05)。就生物量而言,虉草对水淹的适应性强于其他两种植物。2)不同水淹深度下,灰化薹草的株高都显著降低;而南荻只在2 m水淹梯度下株高才显著降低。在枯水年时,下降的水位有利于南荻向较低高程迁移。3)不同深度水淹对灰化薹草的分株没有产生显著影响(P0.05);而虉草在经过2 m水淹后分株数显著高于其他水淹深度。在丰水年时,相比于灰化薹草和南荻,升高的水位对虉草的繁殖影响较小。在一个水位周期性变化的湿地生态系统中,不同深度的水淹对植物的生长及退水后的繁殖产生了严重影响,研究结果为预测水文变化对湿地植被的生存和分布提供了重要的依据。     

鄱阳湖湿地灰化苔草种群生产力特征及其水文响应

淡水湖泊湿地中,水文条件是影响湿地植物分布和生长发育的关键因素,研究特定湿地植物种群与水文变化之间关系,对于认识湿地植被格局形成及进行湿地生态调控与恢复具有重要意义。选取鄱阳湖湿地洲滩优势植物——灰化苔草(Carex cinerascens)种群作为研究对象,基于野外实地观测数据,研究不同高程带灰化苔草春草种群生产力特征及其对水文变化的响应。结果表明:春草生长季内各高程带灰化苔草种群变化规律基本一致,但其生长发育过程对水文条件产生差异性反应,长期连续水淹和半水淹条件抑制灰化苔草的生长,而间歇性半水淹和未水淹条件则促进灰化苔草伸长生长和生物量积累;生长初期灰化苔草通过储水策略应对水分缺乏形成的干旱胁迫,而生长末期则通过增加干物质含量来应对淹水胁迫;灰化苔草定植与生长发育需要一定的水文条件,淹没期平均水深3.70—2.78 m、淹没频率42.08%—43.17%、平均距湖水面高度-0.23—0.77 m的水文环境更有利于灰化苔草的生长发育。研究结果可为未来鄱阳湖湿地植被保护和湖泊水位调控提供重要参考依据。     

草原露天煤矿区植被对地下水位埋深变化的响应

草原采矿活动疏排地下水导致区域地下水位下降,植被退化严重。明确草原采矿活动影响区域地下水位埋深的强度和范围,确定影响植被生长的地下水位埋深阈值,对草原矿区生态环境保护有着重要意义。以呼伦贝尔草原伊敏露天煤矿为例,利用遥感方法,建立采矿前后区域地下水埋深变化与NDVI的定量响应关系;通过样方调查,确定研究区植被群落随地下水位埋深变化的演替模式,分析草原矿区地下水位变化对草原植被类型、物种丰富度、植被覆盖度、地上生物量和综合优势比的影响;结合两种方法,确定维持研究区植被正常生长的地下水位埋深阈值。其结果如下：从柴达敏诺尔湖至采坑边缘,地下水位埋深从0 m逐渐下降至60 m,植被群落演替为盐化草地→典型草原→退化典型草原→退化草甸草原→盐化草甸草原;研究区最适宜植被生长的地下水位埋深约为1 m;1-30 m为维持研究区植被正常生长的阈值地下水位埋深。最后根据以上结论,将研究区划分为地下水开发的一级敏感区、二级敏感区和三级敏感区,针对不同敏感区提出了不同的地下水开发政策,以防止采矿活动疏排地下水引起草原退化。     

鄱阳湖典型洲滩湿地植物群落稳定性及其与物种多样性的关系

群落稳定性是生态系统的关键属性之一,对维持湿地生态系统的结构与功能有至关重要的作用.采用鄱阳湖典型洲滩湿地植被的实地调查数据,通过改进的M.Godron法以及Shannon-Wiener、Pielou指数研究了典型洲滩湿地植物群落稳定性与多样性在不同水情阶段的变化特征,并探讨了两者间的相关关系.结果表明:1)芦苇—南荻...     

水淹条件下灰化薹草和虉草活体、枯落物分解过程的比较

为了揭示鄱阳湖湿地活体植物和自然枯落物在水淹条件下分解过程的差异,以鄱阳湖湿地优势植被物种灰化薹草(Carex cinerascens)和虉草(Phalaris arundinacea)为研究对象,采用分解袋法开展室内模拟实验。植物样品设置新鲜和风干两种处理,分别模拟活体植物和自然枯落物在水下的分解过程。研究结果表明:(1)在180 d的淹水实验过程中,两种处理下的灰化薹草和虉草的分解过程都具有阶段性,前期分解速率较快,后期较慢。(2)两种植物枯落物的分解速率与植物C/N比有显著相关性,而活体植物的分解速率与植物C/N比相关性不强。(3)活体植物和自然枯落物的水下分解速率与物种有关,虉草活体比虉草枯落物分解速率快,而薹草活体比薹草枯落物分解速率慢。(4)模拟实验结束时活体植物仍有34%—43%未分解,推测鄱阳湖丰水期退水后大量洲滩植被消失的原因并非是植被在水淹下完全分解,而是一部分植被被水生动物啃噬或被水流冲走。     

鄱阳湖典型湿地植物群落土壤酶活性

调查了鄱阳湖典型湿地植物群落表层土壤(0～10 cm)养分性状及土壤酶活性.结果表明:不同群落之间显示了较明显的土壤养分性状及土壤酶活差异.灰化薹草群落与水蓼群落显示了较高的土壤有机质、全氮、有效氮、全磷与有效磷含量,而芦苇群落土壤养分含量明显低于其他群落.灰化薹草群落与水蓼群落土壤蔗糖酶活性与蛋白酶活性也明显高于其他群落;此外,脲酶活性和酸性磷酸酶活性也以水蓼群落与灰化薹草群落最高.表明这2种植物群落土壤中碳、氮、磷等元素转化速率要高于其他植物群落.芦苇群落与芦苇(荻)群落则显示了较低的土壤蔗糖酶活性、蛋白酶活性、脲酶活性和酸性磷酸酶活性.相比较而言,多酚氧化酶以芦苇群落最高,其次为阿及薹草群落、水蓼群落和灰化薹草群落;香蒲群落多酚氧化酶活性则显著低于其他群落.相关分析表明:多酚氧化酶活性与土壤养分含量关系不密切;蔗糖酶、脲酶、蛋白酶和酸性磷酸酶活性与土壤有机质及氮素含量则呈明显的正相关,在一定程度上可表征湿地土壤质量的演变动态.     

恒湖农场茶叶港草洲枯水期湿地植物与土壤关系及种群生态位分析

湿地植物与土壤关系问题一直就是生态学研究的热点,也是湿地植物种群生态位研究的基础。基于鄱阳湖典型湿地-|恒湖农场茶叶港草洲19个样地20种植物重要值组成的样地-|物种矩阵,用等级聚类分析中的Ward法(离差平方和法)将研究区植物划分为灰化薹草(Carex cinerascens)群落、虉草(Phalaris arundinacea)群落及南荻(Triarrhena lutarioriparia)群落3个群落类型。通过Spearman秩相关分析检验物种多样性指数(Shannon-Wiener多样性指数H'、物种丰富度指数S和Pielou均匀度指数J)与土壤因子(土壤pH值、电导率、含水量和有机质)的相关性,结果发现研究区植物物种的Shannon-Wiener多样性指数H'、物种丰富度指数S与土壤pH值分别为显著(P0.05)和极显著(P0.01)正相关关系,而与土壤有机质分别达到显著(P0.05)和极显著(P0.01)负相关水平,Pielou均匀度指数J与土壤因子相关性不明显。利用RDA(冗余分析)排序分析研究区植物物种分布与土壤p H值、电导率、含水量、有机质的关系,结果发现土壤pH值、土壤有机质与研究区植物物种分布关系最为密切(P=0.042,0.048),可以看成是关键控制因子。基于对研究区植物物种分布影响较大的土壤pH值及有机质环境因子,将其分别划分为10个梯度等级,分析植物种群生态位。发现研究区优势种灰化薹草、虉草生态位宽度较大,蚊母草(Veronica peregrina)、荇菜(Nymphoides peltata)等生态位宽度较小,生态位重叠值整体保持在较低水平,说明物种在土壤pH值和土壤有机质两个环境梯度上生态位分化明显。     

鄱阳湖湿地洲滩植物梯度变化

湿地洲滩植物物种多样性及生物量是反映湿地生态系统状态的重要指标,也是揭示水位变化下湿地生态系统响应机理的重要途径。基于鄱阳湖湿地野外调查和实验分析数据,利用α和β物种多样性指数,初步探讨了鄱阳湖湿地洲滩植物物种多样性及地上部分生物量的空间分布特征及其差异性。结果表明,鄱阳湖湿地洲滩植物物种多样性随高程变化的差异性显著(P0.001),蚌湖和泗洲头在高程14—15 m的指数较大,表明这一高程范围内与其他高程范围内的物种更替比较显著,而战备湖和北深湖在高程15—16 m的指数较大,表明这一高程范围内与其他高程范围内的物种更替比较显著,而常湖池的指数变化不明显,表明常湖池各高程范围内的物种更替较小。鄱阳湖湿地洲滩植物年地上生物量的空间差异性较为复杂,与湿地高程呈现单峰曲线关系,即随湿地高程增加而增加,到达一个峰值后开始减少。同一高程范围内下,洲滩前缘与碟形湖泊的物种多样性与地上生物量差异显著(P0.05),前者最高值在高程13—15 m,后者最高值在高程14—17 m。     

Seasonal variability of groundwater level effects on the growth of Carex cinerascens in lake wetlands

Groundwater level is crucial for wetland plant growth and reproduction, but the extent of its effect on plant growth can vary along with changed precipitation and temperature at different seasons. In this context, we investigated the effect of two groundwater levels (10 cm vs. 20 cm depth) on growth and reproductive parameters of Carex cinerascens, a dominant plant species in the Poyang Lake wetland, during three seasons (spring, summer, and autumn) and during two consecutive years (2015 and 2016). Carex cinerascens showed low stem number, height, and individual and population biomass in summer compared to spring and autumn. 10 cm groundwater level was overall more suitable for plant growth resulting in higher stem height and biomass. However, the interactive effect between groundwater level and season clearly demonstrated that the effect of groundwater level on plant growth occurred mainly in autumn. After the withering of the plant population in summer, we observed that C. cinerascens growth recovered in autumn to similar values observed in spring only with 10 cm groundwater level. Consequently, we could deduce that lowering groundwater level in the studied Poyang Lake wetland will negatively impact C. cinerascens regeneration and growth particularly during the second growth cycle occurring in autumn. Additionally, our results showed that, independently of the season and groundwater level, population biomass of C. cinerascens was lower during drier year. Altogether, our findings suggest that water limitation due to both reduction in precipitation and decreased groundwater level during the year can strongly impact plant communities.     

鄱阳湖湿地优势植物枯落物的分解速率及碳、氮、磷释放动态特征

植物枯落物分解对生态系统碳通量和养分循环有至关重要的作用,这一过程主要由3个相互作用的因素决定,即化学（枯落物理化特性）、物理（气候和环境）以及生物（参与枯落物分解的微生物和无脊椎动物）因素。在气候和立地环境条件相同的情况下,枯落物质量是制约分解的内在因素。在鄱阳湖湿地开展了野外定位观测实验,采用分解袋技术研究了鄱阳湖湿地优势植物芦苇（Phragmite）、南荻（Triarrhena lutarioriparia）和薹草（Carex.cinerascens Kükenth）枯落物分解速率及碳（C）、氮（N）、磷（P）元素释放动态特的征差异性。结果表明,在0-150 d内三种植物枯落物的干物质分解速率和残留率以及碳相对归还指数（CRRI）、氮相对归还指数（NRRI）、磷相对归还指数（PRRI）差异性都极其显著。在0-150 d内分解速率都是芦苇的最大,薹草的次之,南荻最小。分解进行150 d后,芦苇、南荻和薹草枯落物干物质残留率依次约为56.57%、67.99%和60.88%,CRRI依次约为57.44%、34.58%和41.75%,NRRI依次约为50.71%、-22.66%、和23.18%,PRRI依次约为88.91%、79.27%和85.63%。用Olson负指数衰减模型拟合方程预测芦苇、南荻、薹草枯落物分解完成50%所需的时间大约依次为184 d、249 d和210 d,分解完成95%所需的时间依次为795 d、1078 d和908 d。芦苇和薹草枯落物碳、氮和磷在分解过程中都表现出净释放模式,而南荻枯落物的碳和磷也一直表现为净释放模式,但是氮一直表现为净积累模式。芦苇分解过程中的营养释放作用最强,而南荻群落对氮的吸收和富集效应最强。研究表明植物种类及基质物质量对枯落物分解及其养分释放有很强的调控作用。今后的研究应考虑不同物种枯落物混合时的分解过程以及分解过程中的微生物因素,以便能揭示植物群落物种多样性及微生物活动在湿地生物地球化学循环中的调控作用机制,以期为鄱阳湖湿地碳、氮和磷的生物地球化学循环提供更新的认识,为鄱阳湖湿地的科学管理、保护与恢复提供科学依据。     

灰化苔草对不同水位环境的生理适应性

水位是影响湿地植物生长发育和繁殖的重要因素,为明确不同水位环境对灰化苔草(Carex cinerascens)生理特性的影响,采用室内盆栽法,设置上升、下降与稳定3种水环境类型,各设置8 cm(0.2cm/d)、16cm(0.4 cm/d)、24 cm (0.6 cm/d)、32 cm (0.8 cm/d)、40 cm (1.0 cm/d)、48 cm (1.2 cm/d)、56 cm (1.4 cm/d)7个试验处理,以0 cm水位为对照,试验时间持续40 d。分析了不同水位条件下灰化苔草抗氧化酶活性、渗透调节物质含量、丙二醛含量和超氧阴离子产生速率等指标。研究结果表明:1)稳定水位中,8、16 cm淹水深度下,超氧阴离子产生速率、渗透调节物质含量和抗氧化酶活性与对照组之间差异显著。48、56 cm的淹水条件下,抗氧化酶活性与渗透调节物质先增后减、丙二醛与超氧阴离子产生速率持续增加;2)水位上升条件下,在0.2、0.4 cm/d变化强度下,20—30 d后丙二醛含量与超氧阴离子产生速率无显著变化。1.0 cm/d为灰化苔草生理调节耐受极限,当变化强度大于1.0 cm/d时、各生理指标与变化强度小于1.0 cm/d变化明显异常;3)水位下降条件下,受初始水位高度的影响。丙二醛含量在1.2、1.4 cm/d变化强度下呈现高-低-高的变化趋势,其余试验指标表现为先升后降的变化趋势,并且随着变化强度的增加、各生理指标变化的差异越来越大、由升高转向降低的时间节点不断延后。可见,淹水环境会破坏灰化苔草细胞内环境的稳态,相比稳定水位,灰化苔草的抗氧化与渗透调节系统能够更快的适应水位变化环境,并且短时间、低强度的水位变化一定程度能促进灰化苔草的生理代谢。     

鄱阳湖湿地灰化苔草生长季氮磷含量与储量的变化

湿地植物在营养元素生物地球化学循环过程中起着重要作用,研究植物氮磷元素的吸收、分配和积累特征对于正确理解氮磷循环关键过程及其生态作用具有重要意义。基于野外实地观测和室内实验分析,研究了鄱阳湖淡水湿地灰化苔草春草生长季内不同部位生物量、氮磷含量及氮磷储量的动态变化。结果表明:在生长季内,灰化苔草各部位生物量随时间推移而增加,地上部分生物量在各生长期均高于地下部分,地下部分生物量积累速率相对稳定,而地上部分和总体平均积累速率表现为生长前期高于生长后期;各部位氮磷含量经历了先减少再增加的变化过程,其中地上部分氮元素在灰化苔草生长的中后期显著高于地下部分,而磷元素在中前期两者差异更为显著;生物量与氮磷储量均呈显著正相关,是灰化苔草氮磷储量动态变化的主导因子,氮磷元素主要储存在灰化苔草的地上部分;研究期间灰化苔草平均氮磷比介于3.32—3.83之间,按营养限制理论进行判断,氮元素可能是灰化苔草生长的限制性营养因子。     

不同地下水位灰化薹草分解过程中木质素降解与碳、氮、磷释放的关系

为研究湿地植物分解过程中木质素分解与碳、氮、磷元素释放之间的关系及其对不同地下水位环境梯度的响应,在鄱阳湖典型碟形湖泊-白沙湖设置了200 m×300 m分解试验样地,沿地下水位梯度划分4个试验样带(从湖岸到湖心依次为GT-A, GT-B, GT-C, GT-D),采用分解袋法模拟了典型湿地植物灰化薹草在不同地下水位环境的分解过程。结果表明,分解15 d后,地下水位的升高促进了木质素的分解和碳、氮、磷元素的释放;在分解第60—90天,碳、氮、磷元素的相对归还指数随着木质素分解速率的升高而显著增大,并且相关性程度随着分解时间先增强,后减弱;分解过程中土壤pH、含水量和微生物量碳、氮对木质素的分解和碳、氮、磷元素的归还具有显著的促进作用。研究结果将有助于深化对湿地植物分解和生物地球化学循环过程的认识,为湿地自然保护区的科学有效管理提供理论依据。     

鄱阳湖南矶湿地优势植物群落及土壤有机质和营养元素分布特征

湿地植物和土壤是承担湿地诸多生态功能的主要基质和载体,相互之间有着强烈的影响。湿地土壤影响植物的种类、数量、生长发育、形态和分布,湿地植物又影响土壤中元素的分布与变化。鄱阳湖湿地的植物和土壤的特征及由他们带来的候鸟栖息地价值都受到他们之间的相互作用以及湖泊水位不同频率和幅度波动的影响。研究鄱阳湖湿地植物和土壤的特征及其形成原因和相互关系。为此,从2010年10月到2011年10月,对鄱阳湖湿地不同水位梯度下分布的芦苇、南荻、苔草、虉草和刚毛荸荠5个优势植物群落中57个定点样方展开了月度植被调查并且对5个不同植物群落下的135个土壤样品进行了实验室分析,研究了鄱阳湖优势植物群落及湿地土壤中有机质、全氮、全磷、全钾含量的分布特征及其相互关系。研究结果表明,鄱阳湖湿地优势植物群落分布特征受湿地土壤元素分布特征、湖面水位波动及植物生长特性和土壤沉积及土壤养分的综合影响,呈现了沿水位和海拔梯度明显的条带状或弧状分布、从湖岸到湖心依次分布为:狗牙根群落、芦苇群落、南荻群落、苔草群落、虉草群落、刚毛荸荠群落,最后是水生植物。同时植物群落的组成和分布特征也随季节性水位涨落的变化而变化;土壤有机质及其他各元素含量特征受植物群落分布、水位波动规律及湿地土壤特性等各种因素的影响,呈现出相对一致的分布规律,在0—20cm土壤层含量较高,20cm层后随土壤深度的增加含量逐渐减小,减小的速度先快后慢直至40cm层后趋于稳定;不同植物群落对土壤有机质、全氮、全磷、全钾的含量及变化具有很大的影响,不同植物群落下同种元素含量差异显著,并且各自随土壤深度和植物群落的变化呈现出层状、带状或弧状富集特征。不同植物群落对土壤养分元素含量影响程度不同,苔草群落对各元素吸收和滞留能力最强、影响最大,刚毛荸荠群落对土壤营养元素影响最弱。湿地植物群落和土壤之间彼此有着强烈的影响,其中植株的重量和土壤的SOC、TN及TP含量有非常显著的负相关关系,与土壤TK含量则有较强的正相关关系,同时,植株的重量和高度与土壤地下水埋深也有微弱的负相关关系。