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。     

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。     

鄱阳湖洲滩湿地地下水位对灰化薹草种群的影响

在气候变化和人类活动的双重影响下,近年来鄱阳湖流域极端水文事件频发,洲滩湿地生态过程也相应发生变化,开展鄱阳湖水文过程变化与植被演替过程的交互作用研究十分必要。选择鄱阳湖典型洲滩植物灰化薹草(Carex cinerascens)为研究对象,通过地下水位控制模拟试验,设置地下水位埋深10、20、40、80、120cm等5个处理,系统探讨了地下水位埋深对鄱阳湖典型湿地植物灰化薹草生长与种群演变的影响。研究结果表明:春季,不同地下水位对灰化薹草种群的密度和群落多样性影响不显著;夏季,不同地下水位对灰化薹草的密度、种群多样性以及藜蒿和灰化薹草的高度比影响显著。地下水位埋深10cm更适宜灰化薹草植株的生长与群落结构的稳定,而地下水位埋深低于80cm,尤其是低于120cm可能会导致灰化薹草种群的退化与演替。研究结果对于揭示地下水位波动作用下鄱阳湖湿地植被种群发生的短期变化和长期演变趋势具有重要的指示意义。     

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。     

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。     

江湖关系变化下雁类生境格局模拟及雁类种群的响应——以都昌保护区为例

2003年后江湖关系变化导致鄱阳湖湿地秋季快速退水,滩地提前出露,草洲面积不断扩张。1998—2020年环湖调查数据表明：越冬候鸟种群总量稳中有升,但雁类种群数量急剧增加。为分析候鸟生境及数量变化成因,从“水文-洲滩-植被-雁类”耦合关系入手,针对鄱阳湖雁类分布最为集中的都昌保护区,基于水动力模型分析了2003年前后保护区水域、洲滩的动态变化规律,根据洲滩梯次出露的特征,结合苔草(Carex spp.)、蓼子草(Polygonum criopolitanum)两种优势洲滩植物群落的淹水时长建立了反映高程梯度的生境适宜度评价模型(Habitat suitability index, HSI),结合鸿雁(Anser cygnoides)、豆雁(Anser fabalis)及白额雁(Anser albifrons)的数量变化分析了模型的敏感性。结果表明：2003年后,同一高程带洲滩在退水期的出露时间比2003年前提前约30 d, 2003年后相同日期的洲滩出露面积较2003年前增加约一倍。1990—2019年雁类生境适宜度指数(HSI)分值总体呈增加态势。9—12 m不同高程带洲滩的出露时间...     

鄱阳湖苔草湿地非淹水期CO2释放特征

2009年9月至2010年4月非淹水期,在鄱阳湖南矶湿地国家级自然保护区,选择以灰化苔草为建群种的洲滩湿地,设置土壤-植物系统(TC)、剪除植物地上部分(TJ)2个试验处理(分别代表生态系统和土壤呼吸),利用密闭箱-气相色谱法测定了非淹水期鄱阳湖苔草湿地CO,释放通量.结果表明:苔草湿地生态系统呼吸与土壤呼吸均具有明显的季节变化模式,释放速率变化范围分别为89.57～1243.99和75.30～960.94 mg CO2·m-2·h-1,土壤呼吸占生态系统呼吸的比例为64%(39%～84%);土壤温度是苔草湿地CO2通量的主要控制因子,可以解释呼吸速率80%以上的变异;生态系统呼吸与土壤呼吸的温度敏感性指数(Q10)分别为3.31和2.75,且冬季的Q10值明显高于春秋季节;土壤水分与CO2释放速率之间未达到显著相关;非淹水期,鄱阳湖苔草湿地是大气CO2的汇,其强度为1717.72 g C·m-2.     

三种水库消落带草本植物对完全水淹的适应机制研究

为了解虉草(Phalaris arundinacea)、牛鞭草(Hemarthria altissima)和狗牙根(Cynodon dactylon)3种水库消落带草本植物在完全水淹条件下的生理生态适应机制,对这3种植物的生态指标(枝条、叶和生物量)和生理指标(可溶性糖、淀粉和根系活力)的动态变化特征进行了研究。结果表明：在完全水淹条件下,虉草、牛鞭草和狗牙根都不产生新的枝条,它们通过减少总叶数、总叶长和生物量的方式来适应水淹环境。虉草和狗牙根通过减缓枝条生长速率来适应水淹环境,而牛鞭草则是通过先加快生长后抑制生长来保存活力。虉草、牛鞭草和狗牙根均以少量的碳水化合物(可溶性糖和淀粉)消耗,降低根系活力等方式来适应长期的水淹环境。3种草本植物的水淹耐受能力由大到小依次为狗牙根、虉草、牛鞭草。     

不同样方尺度下鄱阳湖湿地典型草洲植物种间关联性

为了解群落中优势植物的关联程度和性质随样方尺度的变化,在鄱阳湖湿地典型草洲-南矶湿地国家级自然保护区选取8块样地(大小8 m×8 m,样带间隔100 m,样地间隔80 m),每个样地依次划分为1 m×1 m、2 m×2 m和4 m×4 m等3个样方尺度,利用方差比率法、卡方检验和Jaccard指数检验方法,研究群落优势植物总体关联程度和性质及两两物种对间关联程度和性质随样方尺度扩大的变化。结果表明,该研究区优势物种有灰化薹草(Carex cinerascens)、水田碎米荠(Cardamine lyrata)、蒌蒿(Artemisia selengensis)、通泉草(Mazus japonicus)、菊叶委陵菜(Potentilla tanacetifolia)、南荻(Triarrhena lutarioriparia)和早熟禾(Poa annua)。随样方尺度扩大,物种重要值除灰化薹草先增加后减少以外,其他物种的变化均不显著。7种优势植物组成的21个物种对随样方尺度扩大,植物总体关联性不显著且由负关联转向正关联。在3个样方尺度条件,21个物种对的多呈现不显著关联。随样方尺度的扩大,种间呈显著关联的物种对逐渐减少;种间呈正关联的物种对逐渐增加。Jaccard指数表明,各物种对随样方尺度的扩大,种间关联程度不断增加。这是由于研究区地被植物种类较多,分布频度较低,不同样方尺度下,群落内部资源分布差异以及物种之间的竞争与协同关系所致。     

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。     

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。     

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.     

Growth responses and non-structural carbohydrates in three wetland macrophyte species following submergence and de-submergence

We investigated the responses of growth and non-structural carbohydrates to submergence and de-submergence in three wetland macrophyte species. Survival rate, recovery ability, and soluble sugar and starch contents of flood-tolerant Polygonum hydropiper and of flood-sensitive Phalaris arundinacea and Carex argyi from Dongting Lake wetlands were investigated after 20, 40, and 60 days of complete submergence without light and 10 days after de-submergence. Plant dry weight and soluble sugar and starch contents decreased in all species during the submergence period. The decreases were slowest in P. hydropiper, intermediate in C. argyi, and most rapid in P. arundinacea. After 60 days of submergence, survival rates were 100, 50, and 0 % in P. hydropiper, C. argyi, and P. arundinacea, respectively. After recovery, plant dry weight increased in P. hydropiper and in C. argyi, but decreased in P. arundinacea. Compared to pre-submergence, soluble sugar contents generally increased and then remained relatively constant after recovery in all species, while starch content increased in P. hydropiper and decreased in P. arundinacea with increasing submergence time. For C. argyi, starch content decreased after recovery from the 20-day submergence, but increased after recovery from the 40- and 60-day submergences. These data illustrate mechanisms behind the flood tolerance of P. hydropiper and the sensitivity to flooding in P. arundinacea and C. argyi. These mechanisms include lower consumption and quicker accumulation of non-structural carbohydrates in flood-tolerant plants.     

Impacts of sedimentation and nitrogen enrichment on wetland plant community development

Many factors influence which plant species are found in a particular wetland. The species pool is composed of the species present in the seed bank and species able to disperse into the wetland, and many abiotic and biotic factors interact to influence a species performance and abundance in the plant community. Anthropogenic activities produce specific stressors on wetland systems that alter these abiotic and biotic interactions, potentially altering species composition. We simulated three common wetland hydrogeomorphic (HGM) subclasses in a greenhouse to examine the effects of two stressors-sedimentation and nitrogen (N) enrichment-on the performance of 8 species grown in artificial communities. Species establishment, height, biomass, and foliar N and P concentrations were measured to explore species responses to stressors and competition, as well as the potential impacts of changes in species composition on ecosystem processes. Species were affected differently by sedimentation and N enrichment, and there were differences in overall community sensitivity to stressors between wetland subclasses. Sedimentation generally reduced seedling establishment, while N enrichment produced variable effects on height and biomass. Interspecific competition had little effect on establishment but significantly reduced most species biomass. Sedimentation generally lowered community biomass, diversity, and richness, while enrichment increased community biomass. Establishment, biomass, and foliar nutrient concentrations significantly differed between many species, suggesting that shifts in species composition may impact ecosystem processes such as nutrient cycling and carbon storage. Phalaris arundinacea, an aggressive clonal graminoid, universally dominated all wetland subclasses. This dominance across a range of environmental conditions (sedimentation, fertility, and hydrology) has important implications for both restoration and predicting the impacts of human activities on species composition. Our results suggest that, in regions where P. arundinacea is common, restoration projects that establish communities from seeds and human activities that cause vegetation removal are likely to become dominated by P. arundinacea.