镇江内江湿地植物群落演替规律及植被修复策略

论文摘要

湿地因其巨大的生产功能和生态环境效益而被誉为“人类摇篮”、“生物基因库”和“自然之肾”，湿地生态系统也因此与森林、海洋一起并称为全球三大生态系统。二十世纪以来，随着人口的剧增和经济的飞速发展，自然湿地愈来愈多地受到人类的干扰，导致湿地面积减少、生物多样性降低、污染严重、功能退化甚至丧失。可喜的是，所有这些生态灾害已引起全世界的广泛关注。针对普遍存在的湿地退化状况，近一、二十年来世界各国都在采取积极的措施进行湿地生态恢复的研究与实践，湿地生态系统的恢复与重建己成为世界性的研究热点。但是研究区域多集中在大区域、大尺度的平原河湖湿地和北方泥炭地等，对镇江内江这类城市边缘微型湿地研究极少。内江湿地植被演替属于原生裸地演替，虉草凭其强大的抗逆性成为群落的先锋种群，开始了群落的演替进程。群落经历了裸地、虉草群落、葫草一芦苇群落，最后达到终极群落-芦苇群落。通过采用“空间序列代替时间序列”的方法，于镇江内江湿地选择四类典型样地，分别代表群落演替的不同阶段，从物种组成、多样性及生活型等方面研究湿地植被的演替规律。结果显示：不同演替阶段植物群落的物种组成、多样性和生活型差异明显。随着演替进行，物种丰富度指数和多样性指数呈上升趋势，但最大值出现在演替中后期，均匀度指数随演替递增，而群落的生态优势度递减；在生活型上，随着演替的进行，多年生草本的重要值先降后升，其物种数逐渐上升并在后期维持相对稳定，而一、二年生草本植物的重要值和物种数均为先升后降。然而，多年生草本植物在各演替阶段始终处主导地位。在科属总数上，遂演替进行逐渐增加，其中，禾本科植物始终处于优势种地位。通过生态位研究发现，在整个演替序列里，虉草和芦苇的总生态位宽度较高，说明它们占有较大的生存空间，具有较宽的生态幅和较强的资源利用能力，从而成为群落的优势种群。但是，当芦苇一经出现，其生态位迅速上升，而虉草的生态位明显下降，最终使得芦苇成为群落的单优种群。另外，随着演替进行，一些水生和湿生物种的生态位逐渐降低，而旱生物种的生态位逐渐上升，说明群落有向旱生植被演替的趋势。演替初期，物种较少，资源丰富，群落里物种间生态位重叠较小，随着演替进行，物种增多，物种间生态位重叠增加，平均生态位重叠系数上升，至演替中后期，重叠达最大，此时也是物种最为丰富时期。至演替后期，平均生态位重叠降低，说明各物种的生态位出现分离，从而对群落环境资源的分享比较充分，主要物种间的关系较为协调、平衡，群落趋于稳定，同时也说明植被的演替已经接近于演替的顶级阶段。通过不同演替阶段群落小气候日动态研究，探索植物与环境互作效应。结果发现，随着演替进行，群落内光照强度、气温、土壤温度均明显降低，日变幅减小。而群落的空气湿度增加，变幅减小，生境具有早期的开放性和后期的封闭性，小气候环境朝着更为阴、凉、湿的环境变化，且波动性减小，稳定性增加。各群落内的光照、气温、湿度及土温之间均存在一定相关，但不同演替阶段各因子间相关程度不同。随着演替进行，土壤的养分状况趋于改善，土壤有机质、全氮和速效磷呈上升趋势，只有速效钾的含量在后期芦苇阶段明显降低，这主要是由于收割芦苇将富含钾素的芦苇植株带出湿地系统所致。由于植物根系分布及枯落物多少的差异，使得各营养成分的垂直分布各异。通过对优势种群虉草和芦苇多项生长指标的季节生长动态的逻辑斯谛模型分析发现，该模型拟合效果很好，且芦苇各项生长指标的内禀增长率r和环境容量K均高于虉草，在一定程度上，反映了芦苇具有更强的生长能力和资源利用能力。采用便携式LI-6400光合测定仪，在晴朗的天气，测定虉草和芦苇的净光合速率及其重要影响因子，研究二者光合特性的差异。结果发现，二者的光合日变化均呈双峰曲线，具有明显的光合“午休”现象，但产生原因不同。气孔限制因素是芦苇光合“午休”限制因素，而非气孔限制因素是虉草光合“午休”的主要原因。二者的光饱和点均为自然光难以得到的强光，一定程度上说明二者均为高光效植物。芦苇的净光合速率、表观光量子效率、羧化效率均高于虉草，说明芦苇具有更强的光能力利用率。但是，虉草具有相当低的光补偿点，说明它又是一种耐荫植物，确保其在芦苇的荫蔽下仍能较好的生长，从而减缓了演替过程中芦苇替代虉草的进度，使得演替过程是一个漫长的过程。在一定假设的基础上，通过对传统的竞争试验方法“替代试验法”适当的修正，研究演替过程中优势种芦苇和葫草之间的竞争。在不同密度的混生状态下，二者均能利用不同的资源，表现出一定的共生关系，但彼此竞争明显，且虉草明显处于竞争劣势。在形态和生理表现上，处于劣势的虉草分枝数减少，高度增加，叶绿素含量和净光合速率降低。因此，在群落的演替过程中，芦苇种群必将替代虉草种群，成为演替下一阶段的优势种群。以具有典型性的大东沟排污口江滩湿地为例，通过与处于同一演替阶段的自然群落相比较，分析人类干扰对群落演替及植被的影响。结果显示，镇江内江湿地植被尚处中度受损状况，主要致损因子为污染排放和围网捕鱼。因此，针对致损因子，一方面，制定一系列与环境保护相关的法律法规，控制污染排放；另一方面，改变渔民捕鱼方式，禁止围网捕鱼。在此基础上，依据“次生演替理论”和“自设计理论”，对受损区域进行生态修复，通过工程技术控制污染，恢复湿地原有的生境，并根据实际情况，采取人工栽培技术加速植被恢复。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 文献综述
• 参考文献
• 第一章 引言
• 1 研究项目的来源
• 2 研究目的和意义
• 3 研究思路
• 4 研究内容
• 5 研究区域自然环境调查分析
• 5.1 地理位置及湿地成因
• 5.2 气候特点
• 5.3 土壤状况
• 5.4 水文和水质状况
• 5.5 生物资源状况
• 5.6 人为活动对研究区域的影响
• 第二章 内江湿地植物群落演替规律的研究
• 1 内江湿地植被发育及其环境状况
• 1.1 内江湿地植被发育状况
• 1.2 植被与环境互作状况
• 2 内江湿地植物群落演替各阶段物种组成及其多样性
• 2.1 研究方法
• 2.2 结果与分析
• 2.3 讨论
• 3 内江湿地植物群落演替各阶段生态位的动态特征
• 3.1 研究方法
• 3.2 结果与分析
• 3.3 讨论
• 4 内江湿地植物群落演替各阶段群落小气候日动态
• 4.1 试验方法
• 4.2 结果与分析
• 4.3 讨论
• 5 内江湿地植物群落演替各阶段土壤养分动态研究
• 5.1 试验方法
• 5.2 结果与分析
• 5.3 讨论
• 参考文献
• 第三章 镇江内江湿地群落演替过程中优势种生长、生理特性研究
• 1 内江湿地优势种季节生长动态的研究
• 1.1 试验方法
• 1.2 结果与分析
• 1.3 讨论
• 2 内江湿地优势种光合特性的研究
• 2.1 试验方法
• 2.2 结果与分析
• 2.3 讨论
• 3 内江湿地植物群落演替过程中优势种群间竞争特性的研究
• 3.1 试验方法
• 3.2 试验结果与分析
• 3.3 讨论
• 参考文献
• 第四章 镇江内江湿地植被修复技术与策略
• 1 内江湿地植被修复的意义
• 2 内江湿地植被修复的原则及目标
• 2.1 修复原则
• 2.2 修复目标
• 3 内江湿地典型区域受损植被的修复——以大东沟排污口为例
• 3.1 人为干扰对受损区域植被的破坏
• 3.2 受损区域的植被修复
• 第五章 总论
• 1 研究结论
• 2 研究的创新点
• 3 建议和展望
• 致谢
• 博士期间发表的相关论文
• 附图