三江平原兩種典型濕地群落生物量及p、k含量測(cè)定

三江平原兩種典型濕地群落生物量及p、k含量測(cè)定

濕地是世界上具有許多功能的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng)，其許多生態(tài)功能可以通過(guò)物質(zhì)循環(huán)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，濕地生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)研究受到學(xué)術(shù)界的高度重視，特別是濕地生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)研究，是現(xiàn)代濕地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)的熱點(diǎn)和濕地科學(xué)進(jìn)步的中心主題（張家恩等，1997；莊亞輝，1997；何廷泉等，2001；楊永興，2002a和b）。P、K作為大量營(yíng)養(yǎng)元素,其在濕地群落中的積累、分配、動(dòng)態(tài)及至循環(huán)的研究將有助于濕地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)過(guò)程、生態(tài)功能機(jī)理研究的深入,可為濕地的合理開(kāi)發(fā)與保護(hù)、退化濕地的恢復(fù)與重建提供理論依據(jù)(章家恩等,1997;楊永興,2002a、b;莊亞輝,1997)。國(guó)內(nèi)外有關(guān)濕地生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)元素循環(huán)研究相對(duì)很少,主要集中在濱海鹽沼與紅樹(shù)林沼澤(張忍順等,2005;陳一寧等,2005;Williamsetal,2000;Keddy,2000;Stoltetal,2001),淡水沼澤濕地營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)的研究尚不多見(jiàn)(楊永興,1990;楊永興,2002a、b;楊永興等,2003)。三江平原是我國(guó)最大的淡水濕地集中分布區(qū),濕地分布廣泛、發(fā)育典型、類型齊全,在我國(guó)淡水濕地中具有很好的代表性。何池全研究過(guò)三江平原毛果苔草濕地營(yíng)養(yǎng)元素的積累、分配及其生物循環(huán)特征(何池全等,2001),而毛果苔草(Carexlasiocarpa)-狹葉甜茅(Glyceriaspiculosa)植物群落和小葉章(Deyeuxiaangustifolia)植物群落是三江平原分布面積最大、發(fā)育典型且具有代表性的濕地植物群落類型(易富科,1995)。關(guān)于這兩種典型濕地植物群落P、K元素積累、動(dòng)態(tài)及其生物循環(huán)的研究還未見(jiàn)報(bào)道,因此本文作者對(duì)三江平原這兩種典型濕地P、K元素的積累及其生物循環(huán)進(jìn)行研究,以期對(duì)深入研究濕地物質(zhì)循環(huán)與濕地生態(tài)功能的認(rèn)識(shí)提供科學(xué)依據(jù)。1濕地分布概況三江平原位于黑龍江省東北隅,是由黑龍江、松花江及烏蘇里江沖積而成的低平原,為濕地集中分布區(qū)之一,濕地發(fā)育典型。該區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為間歇性沉降,地勢(shì)低平,洼地廣布,地表比降為1/5000—1/10000,為濕地發(fā)育提供了有利的空間。地表粘土、亞粘土廣泛分布,厚度為3—17m,季節(jié)凍土發(fā)育,這導(dǎo)致了地表排水困難。這里三江匯流,洪水季節(jié)泛濫嚴(yán)重。氣候?yàn)闇貛駶?rùn)、半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候,年均溫為1.6—2.5℃,年降水量為450—550mm,年陸面蒸發(fā)量為535—600mm,冷濕的氣候加劇了地表過(guò)濕與積水程度。在上述環(huán)境因子的作用下,濕地廣泛發(fā)育,成為我國(guó)最大的淡水濕地分布區(qū)之一。本研究于1997年5—10月在中國(guó)科學(xué)院三江平原沼澤濕地生態(tài)試驗(yàn)站進(jìn)行。該站位于黑龍江省同江市內(nèi),面積為100hm2,地貌上處于別拉洪河與濃江的河間地帶,海拔高度為55.4—57.0m。本區(qū)微地貌復(fù)雜,由各種洼地、低平地和平地組成。氣候上屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候,年均溫為1.9℃,冬寒、夏熱、秋多雨。主要濕地植被有毛果苔草、漂筏苔草(C.pseudocuraica)、小葉章等群落。區(qū)內(nèi)發(fā)育的主要土壤類型有草甸沼澤土、腐殖質(zhì)沼澤土、泥炭沼澤土、潛育沼澤土及草甸白漿土(陳剛起,1996)。2材料和測(cè)試2.1設(shè)置樣地按照“典型性、代表性、一致性”原則,選擇毛果苔草-狹葉甜茅、小葉章兩種濕地群落作為研究對(duì)象。設(shè)置10m×10m的樣地,在樣地內(nèi)劃出1m×1m的樣方,每月采2—3個(gè)樣方內(nèi)的植物。用剪刀齊地面剪下植物地上部分,用塑料袋盛裝,帶回室內(nèi)將其分離成莖和葉;地下部分則用挖掘法,就地洗凈并去除死根。植物樣品分別稱其鮮重,在低于30℃的室內(nèi)陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干并稱其干重。2.2濃硫酸-高氯酸消解風(fēng)干后的植物樣品經(jīng)過(guò)粉碎,過(guò)0.25mm尼龍篩,然后用濃硫酸-高氯酸消解制成待測(cè)液。P測(cè)定采用鉬銻抗比色法,使用上海產(chǎn)7230型分光光度計(jì)測(cè)試;K測(cè)定用原子吸收法,采用澳大利亞產(chǎn)GBC-906原子吸收光譜儀測(cè)定。3結(jié)果與分析3.1植物群落中的p、k元素積累和季節(jié)動(dòng)態(tài)3.1.1毛果苔草-狹義甜茅群落各器官p積累和排放特征群落中各器官元素積累量為該器官生物量與相應(yīng)元素含量(濃度)的乘積,關(guān)于兩種群落生物量以及P、K元素含量及其季節(jié)變化已有另文描述(楊永興等,2002,楊永興等,2001)。兩種群落各器官P積累量及其分配比在植物生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi)有明顯的變化(表1、圖1、圖2)。毛果苔草-狹葉甜茅群落各器官P積累總量順序?yàn)?根>葉>立枯物>莖。絕大部分P積累在根中,平均占83.83%。莖和葉P積累量季節(jié)變化相似,均為開(kāi)口向下的拋物線型。莖P量的峰值為7月底的0.1120g/m2,葉P量的峰值為6月底的0.2545g/m2。根P量的季節(jié)動(dòng)態(tài)為開(kāi)口向上的拋物線,即在生長(zhǎng)季初期和末期較高,最低值為6月底的1.2466g/m2。立枯物中P積累量自7月份出現(xiàn)以來(lái)呈單調(diào)上升趨勢(shì),總量P在植物生長(zhǎng)季節(jié)也呈單調(diào)上升趨勢(shì)。小葉章群落各器官P積累量的高低順序?yàn)?根>莖>立枯物>葉。與毛果苔草-狹葉甜茅群落不同的是,小葉章群落莖P量大于葉P量,這主要是由于它們生物量的差異造成的。各器官P積累量的季節(jié)動(dòng)態(tài)與毛果苔草-狹葉甜茅群落一致,只是二者相應(yīng)的最高值或最低值有差異,這也主要是由于生物量差異引起。3.1.2k積累量的季節(jié)動(dòng)態(tài)兩種濕地群落各器官K積累和分配有明顯的季節(jié)變化規(guī)律(表2、圖3、圖4)。毛果苔草-狹葉甜茅群落中各器官K積累量的大小順序?yàn)?根>葉>莖>立枯物。根K積累量占絕大部分比重,平均占78%。各器官K積累量及群落K積累總量的季節(jié)變化趨勢(shì)與相應(yīng)器官P積累量的變化趨勢(shì)一致,但各器官K積累量大于自身P積累量,總量K積累量是P積累量的10倍。小葉章群落各器官K積累量的大小順序?yàn)?根>莖>葉>立枯物,根K積累量占總量的83.4%。各器官K積累量的季節(jié)變化與相應(yīng)器官P積累量的變化也相同,但由于K的濃度大大地高于P,所以各器官K的積累量大于P的積累量。總量K平均值是總量P平均值的7.8倍。3.2生態(tài)系統(tǒng)及其養(yǎng)分循環(huán)特征的研究生物循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部(主要是植物群落和土壤之間)的元素循環(huán)。這里采用Albert于1930年提出的經(jīng)典的生物循環(huán)概念,其平衡方程為:吸收=存留+歸還。存留是指多年生器官在一年中元素增加的數(shù)量;吸收元素的一部分以枯落物的殘落與分解、雨水自植物群落淋洗以及根的解吸、外滲、分泌等方式歸還給土壤(Woodwelletal,1975)。鑒于三江平原濕地生態(tài)系統(tǒng)的具體情況,各項(xiàng)的求算方法為:吸收為植物群落總凈初級(jí)生產(chǎn)力值乘以達(dá)到地上生物量高峰時(shí)各分量中P、K含量(濃度)所得之積;存留為地下凈初級(jí)生產(chǎn)力乘以根中全年的平均P、K濃度值;歸還則為地上凈初級(jí)生產(chǎn)力中的P、K貯量。由于根枯死分解及根分泌、外滲等途徑歸還的部分未能測(cè)定,所以計(jì)算的歸還量小于實(shí)際的歸還量。生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的特點(diǎn)還可以通過(guò)吸收系數(shù)、利用系數(shù)、循環(huán)系數(shù)及周轉(zhuǎn)期來(lái)表征(陳靈芝等,1983;林鵬等,1985、1987)。吸收系數(shù)系指單位時(shí)間、單位面積植物所吸收的某種元素的量與土壤中相應(yīng)元素總量之比;利用系數(shù)為單位時(shí)間、單位面積植物所吸收的某種元素的總量與存在于植物現(xiàn)存量中相應(yīng)元素總量之比;循環(huán)系數(shù)則是單位時(shí)間、單位面積植物歸還生境的量與相應(yīng)的吸收量之比。三江平原兩類濕地生態(tài)系統(tǒng)P、K的生物循環(huán)特征并不完全相同(表3)。群落K的年吸收量、年存留量和年歸還量均大于P的相應(yīng)量,同時(shí)小葉章群落P、K的年吸收量、年存留量和年歸還量分別比毛果苔草-狹葉甜茅群落的對(duì)應(yīng)值大。毛果苔草-狹葉甜茅群落P的三項(xiàng)系數(shù)均小于K的相應(yīng)系數(shù);而小葉章群落P的吸收系數(shù)大于K,其他兩項(xiàng)系數(shù)小于K。4火炬樹(shù)群落各器官p、k積累量與年齡的關(guān)系(1)濕地群落中根是P、K元素最大的貯存器官,毛果苔草-狹葉甜茅群落根中P、K積累量占P、K總積累量的83.83%和78.00%;小葉章群落的相應(yīng)值分別為82.41%和83.40%。相同器官中K積累量大大高于P積累量。分析兩種群落中各器官P、K的積累量大小的原因主要與相應(yīng)器官生物量大小有關(guān)。比如根生物量在群落中占絕對(duì)比重,因此其元素積累量也占絕對(duì)比重。而相同器官中P與K元素積累量的大小則與二者含量大小的關(guān)系密切。(2)兩類濕地群落各器官P、K積累量有明顯的季節(jié)變化。莖和葉積累量季節(jié)變化相似,均為開(kāi)口向下的拋物線型,其差異主要是峰值的不同。根積累量的季節(jié)動(dòng)態(tài)為開(kāi)口向上的拋物線,即在生長(zhǎng)季初期和末期較高,最低值出現(xiàn)在6月份。立枯物中積累量自7月份出現(xiàn)以來(lái)呈單調(diào)上升趨勢(shì),總量在植物生長(zhǎng)季節(jié)也呈單調(diào)上升趨勢(shì)。分析各器官中P、K積累量的季節(jié)變化也主要與相應(yīng)器官的生物量變化有關(guān),如莖和葉的生物量在生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi)為開(kāi)口向下的拋物線型,其P、K積累量也呈相同變化趨勢(shì)。而根是最大的貯存器官,在植物生長(zhǎng)季節(jié)初期一部分元素要向地上器官輸送,到了生長(zhǎng)季節(jié)結(jié)束,地上部分枯死,一部分元素又返回到根部,因此其P、K積累量變化為開(kāi)口向上的拋物線型。立枯物中兩種元素積累量則從出現(xiàn)以來(lái)上升也與生物量的變化有關(guān)。由于本研究?jī)H有一年的采樣實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),結(jié)果難免帶有偶然性,但這些變化規(guī)律仍然是可信的。(3)兩類濕地群落中K的年吸收量、年歸還量、年存留量