崇明东滩滨海围垦湿地芦苇光合和生长对土壤水盐因子的响应

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:connine_li
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崇明岛围垦面积占到全上海市滩涂围垦总面积的60%,形成了大面积的滨海围垦湿地。由于堤坝对潮汐的阻拦,切断了潮汐的水源补给,滨海围垦湿地土壤呈现明显的旱化,再加上围垦区内人类活动(耕作、养殖、水库修建等)改变了滨海湿地原有的地形、水系和植被分布,滨海围垦湿地原有的水文条件和盐分循环发生变化。因此滨海围垦湿地具有与天然潮汐湿地不同的水文条件和土壤物理化学性质,这就形成了滨海湿地和围垦湿地两种不同的生态景观。水位和土壤盐度成为限制滨海围垦湿地植物生长和分布的关键因子。为保持围垦湿地原有生态景观,如何通过水盐调控管理成为了研究重点。本研究以崇明东滩围垦湿地原生优势种芦苇为研究对象,探讨崇明东滩滨海围垦湿地芦苇光合和生长状况对不同水盐梯度的响应方式,进一步了解滨海围垦湿地植被退化机制,为东滩围垦湿地水盐调控管理以及湿地生态景观的恢复提供理论支撑。主要结果如下:(1)崇明东滩湿地水位和土壤盐分具有明显的季节性动态变化特征。水位在整个芦苇生长季波动变化可以分为四个阶段:①3~5月份,水位小幅度降低;②5~6月份,水位快速上升期,采样地3、4、5和6出现淹水;③7~8月份,水位大幅降低;④9~11月份,水位逐渐回升。土壤盐分在整个芦苇生长季波动变化也可以分为四个阶段:①春季蒸发积盐期(3~5月):表层土壤盐度小幅度上升;②梅雨季脱盐期(5~6月),表层土壤盐度逐渐降低;③夏末秋初蒸发积盐期(7~9月):土壤盐度大幅升高;④秋末和冬季脱盐期(10~11月):土壤含盐量逐渐降低。表层0-10 cm 土层土壤电导率和水位之间呈显著负相关,相关系数为r-0.457(P<0.01)。因此,适当提高研究区芦苇湿地土壤水位,有助于增加水分对表层土壤盐分的淋溶作用,缓解表层土壤高浓度盐分胁迫伤害,从而利于芦苇光合作用的进行,进而促进芦苇的生长发育。(2)在饱和光强下测定的芦苇叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)和蒸腾速率(Tr)均与水位呈显著正相关,而与土壤盐分呈显著负相关;胞间CO2浓度(Ci)则与水位和土壤电导率均无明显相关性。当水位在-50 cm以上时,随着水位下降,芦苇叶片Pn降低,Ci·升高,说明非气孔因素是芦苇叶片Pa下降的主要原因。当水位低于-50cm,净光合速率和最大净光合速率均稳定在10μmol/(m2·s)。在水位为-50 cm、土壤电导率为10 mS/cm附近出现水分利用效率(WUE)曲线出现拐点,随着水位的进一步降低和土壤电导率进一步上升,芦苇叶片gs降低,Tr·快速下降,而WUE则开始不断升高。芦苇在受到高浓度盐胁迫和干旱胁迫时,能通过控制气孔导度来改变降低蒸腾速率大小,从而提高WUE,以提高耐胁迫能力。随着土壤水位降低和土壤电导率升高,芦苇叶片还会通过降低暗呼吸速率(Rd)、表观量子效率(AQY)、光补偿点(LCP)和光饱和点(LSP)等光合生理特征来响应水盐胁迫。水位降低和土壤电导率升高明显抑制了芦苇的光合生理活动,减弱了芦苇对强光、弱光的利用能力,光能利用范围缩小。(3)芦苇株高、基径、单株叶面积、单株地上生物量等单株生长指标均与水位呈显著正相关(P<0.05),叶片数和水位不相关。种群密度、叶面积指数和单位面积地上生物量和水位也呈显著正相关(P<0.01)。从回归曲线可以发现在水位较低区域(-5 cm以下)芦苇生长受到限制,表现为低密度、低叶面积指数、低生物量;在水位较高区域(0 cm以上)芦苇生长状况较好,表现为高密度、高叶面积指数和高生物量。芦苇株高、基径、叶数、单株叶面积、单株地上生物量等单株生长指标均与土壤电导率呈显著负相关(P<0.05)。在土壤电导率小于3 mS/cm时,随着土壤电导率增加,芦苇单株生长指标呈升高趋势,当土壤电导率大于3mS/cm时,芦苇单株生长指标呈降低趋势,当土壤电导率大于5mS/cm时,单株生长指标趋于不变。芦苇种群密度、叶面积指数和单位面积地上生物量与土壤电导率的关系符合高斯模型。通过高斯模型拟合得到芦苇生长对土壤盐度的生态阈值区间为[0.615,7.035](mS/cm),最适生态阈值区间为[2.22,5.43](mS/cm)。综上所述,以芦苇光合生理指标为参考依据,研究区芦苇生长旺盛期水位应控制在-50 cm以上,土壤盐度控制在10 mS/cm以下;以芦苇生长指标为参考依据,研究区芦苇生长季平均水位控制在0cm以上,土壤盐度控制在[2.22,5.43](mS/cm)。
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