Leaf functional traits and soil nutrients in Three Gorges Reservoir Riparian Region

Abstract

自2007 年三峡水库蓄水以来，在库区两岸形成的水库消落带生态环境问题愈来愈突出，如消落带水土流失、固岸崩塌、景观恶化等问题，筛选适宜消落带生长的植物并进行植被重建工作迫在眉睫。然而，目前对于三峡水库消落带适生植物适应反季节淹水节律的生理生态学机制知之甚少。本研究试图从消落带现存植物以及人工种植植物的叶片功能性状以及土壤－植被营养特征入手，监测消落带形成后土壤养分和重金属含量的动态变化，揭示植物适应消落带生境的生理生态机制，初步评估人工重建植被在土壤重金属吸收与富集能力方面的优劣，为消落带植被重建提供重要理论参考依据。 本研究分为两部分，第一部分是对消落带现存植物叶片六类功能性状及其之间的关系特征研究，初步绘制消落带植物叶片功能性状谱。实验测定了生长于消落带（Reservoir Riparian Region, RRR）及对照带（non-flooding belt, CKB）的42 种植物叶片的最大净光合速率（Amax）、气孔导度（Gs）、比叶重（LMA）、叶片氮含量（Nmass）、叶片磷含量（Pmass）和叶片钾含量（Kmass）。运用标准化主轴分析（SMA 分析）探讨各性状之间的关系，并与全球（GLOPNET，GLO）植物“叶片经济型谱”进行对比研究。结果表明：（1）消落带植物叶片各性状关系呈现出与GLO 基本一致的格局，表现出植物叶性状之间关系的趋同性。（2）RRR 植物Amass、Nmass、Pmass 和Kmass 显著高于GLO，而LMA 则显著低于GLO。处于驯化阶段的RRR 植物各叶片性状处在全球叶片经济型谱“低投入-快速回收”的一端。（3）RRR 植物叶片Amass 与对CKB 相比，有显著提高。本研究表明三峡水库消落带植物叶片光合能力得到显著提高，这可能是其适应消落带特殊生境的关键生理生态对策之一。 第二部分是对消落带3 个淹水高程（164m，170m 以及对照带176m）人工重建植被（牛鞭草Hemarthria altissima、狗牙根 Cynodon dactylon、扁穗牛鞭草Hemarthria compressa 和双穗雀稗Paspalum distichum）、自然恢复植被和土壤的养分元素，以及土壤的6 种重金属元素（Zn、Cu、Pb、Cr、Cd、Hg）进行分析测定。运用SPSS 13.0 中相关性分析、单因素方差分析、成对T 检验以及二因素方差分析，对植物根茎叶以及相应土壤样品各元素的含量相关性及差异性分析，评价人工种植植物对土壤重金属的富集及截留能力。结果表明：三峡库区消落带与对照带相比，土壤速效氮含量显著增加；消落带土壤中Cu、Pb、Cr、Cd、Hg 在各海拔重金属含量平均值均高于对照带；人工种植植被与自然植被相比，对五种重金属（Zn、Cu、Pb、Cr、Hg）的吸收富集能力更强，其中牛鞭草和狗牙根对重金属Cd 的富集能力突出，可以考虑用于消落带植被重建。人工植被由于生物量大、生长快，对重金属的富集效果要比自然植被好