喀斯特石漠化区植物水分适应机制的稳定同位素研究

论文摘要

喀斯特石漠化是在90年代末期才受到普遍重视。它代表了独特的湿润区石质荒漠化生态系统。荒漠化是生态系统退化的过程和结果，破坏了系统结构，导致生态机能障碍。本论文试图通过植物群落和个体对环境梯度的反应，结合稳定同位素技术和植物生理生态学方法，针对喀斯特地区植物生长的限制因子——水分因子，认识石漠化过程对植物结构功能造成的改变，及植物在干旱环境中维持水分平衡的能力，探讨在喀斯特石漠化生境中植物对水分的竞争和利用策略。 通过对花江喀斯特低热河谷小流域典型石漠化样区的环境、植物指标分析，得出以下认识： 1 石漠化等级对环境背景的影响 （1）小气候梯度响应研究数据表明，石漠化一旦发生，植被覆盖率的下降，植被的生态调节作用也会严重退化，依次顺序为：潜在石漠化（L）＞轻度石漠化（SL）＞中度石漠化（M）＞强度石漠化（ST）。 （2）在群落组成结构上，群落各层片内层次差异不显著，不同石漠化等级间群落盖度存在差异。无论是否发生石漠化，优势种都不明显。同一等级中相似性系数均值最高的是潜在石漠化，从潜在至强度石漠化间呈现轻微下降趋势，但差异不显著。群落所有物种共有度的几个谷值分别出现于L-SL、L-M之间。各石漠化等级间生物量及生物量年增长量总体上均具显著差异。各等级生物量变异系数为L＞M＞ST＞SL，表明潜在石漠化植物群落稳定性最高，轻度最低。不同等级石漠化群落间多样性指数、均匀度指数、优势度和丰富度指数总体差异显著。多种多样性指数均表明随石漠化等级的加重有下降的趋势，丰富度指数表现为L＞SL＞ST＝M；均匀度指数表明，轻度石漠化均匀度程度最低，群落稳定性低。从L—SL—M间βw多样性增加，且变化幅度很大，表明相邻群落类型间物种组成差异明显。 2 石漠化地区乔灌植物的水分来源 （1）干季末期（4月）的δD／δ18O值明显低于降水集中的季节（7／8月），各因素对氢氧同位素的影响表现为石漠等级差异＞石漠等级与季节交互效应＞季节效应。雨季植物叶片黎明前水势与植物木质部水分的δD值成负相关关系。利用表土夏季降水的植物水势低于利用土壤下层水的植物。 （2）在干旱的4月，喀斯特皮下水成为强度石漠化样地植物水分的主要贡献者，野桐利用了高达76％皮下水，而清香木也利用了53％的皮下水；在雨季的7、8月，土壤下层水分成为植物水分的主要贡献者，尤其是常绿种土壤下层水均达

论文目录

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• 目录
• 第一章 引论与立题
• 第一节 喀斯特石漠化的植物生态问题
• 1 喀斯特石漠化的生态特性
• 2 石漠化与植被退化
• 第二节 稳定同位素技术在植物水分利用研究中的应用
• 13C／¹²C)与植物水分利用'>1 碳稳定同位素(¹³C／¹²C)与植物水分利用
• 18O／¹⁶O)与植物利用水分来源'>2 稳定同位素(D／H,¹⁸O／¹⁶O)与植物利用水分来源
• 3 植物水分来源与水分利用效率
• 第三节 植物的水分适应机制在喀斯特石漠化区研究的重要性
• 第二章 研究方案与实验方法
• 第一节 研究方案
• 1 研究目标
• 2 研究内容
• 3 研究框架
• 第二节 研究方法
• 1 野外实验方法与指标计算
• 2 室内实验方法
• 3 统计方法
• 第三章 沿石漠化梯度的小气候与植物群落特征
• 第一节 研究地自然概况
• 第二节 石漠化梯度的小气候效应
• 1 小气候指标日变化
• 2 海拔高度与小气候的关系
• 第三节 植被群落特征与群落生产力
• 1 群落特征
• 2 群落生物量
• 第四节 物种多样性
• 1 多样性指数的分布特征
• 2 α多样性指数
• 3 β多样性指数
• 第五节 关于石漠化等级的划分
• 1 样地环境因子的主成分分析
• 2 等级划分
• 第六节 小结
• 第四章 植物的水分来源
• 第一节 气候特征与水分因子年动态
• 1 降水量与蒸发量
• 2 土壤含水量及储水率年动态
• 第二节 氢氧稳定同位素的测定与结果
• 1 结果
• 2 结论与讨论
• 第三节 小结
• 第五章 石漠化梯度的碳同位素响应及对WUE的指示
• 13C值对石漠化梯度的响应'>第一节 常见乔灌植物叶片δ¹³C值对石漠化梯度的响应
• 13C值的分布特征'>1 植物叶片δ¹³C值的分布特征
• 13C值的比较'>2 不同等级石漠化乔灌植物叶片δ¹³C值的比较
• 3 讨论
• 13C值特点及其对环境响应和环境关系'>第二节 研究区常见植物叶片δ¹³C值特点及其对环境响应和环境关系
• 1 研究结果
• 13C值与环境因子的关系'>2 沿石漠化等级植物叶片δ¹³C值与环境因子的关系
• 3 讨论
• 4 小结
• 13C值的特点及其叶片解剖结构相关性'>第三节 研究区常见植物叶片δ¹³C值的特点及其叶片解剖结构相关性
• 1 叶片结构在种群间的差异
• 13C值的相关性分析'>2 叶片解剖结构特征与叶片δ¹³C值的相关性分析
• 第四节 雨季植物氢氧稳定同位素与碳同位素的关系
• 第五节 小结
• 第六章 结论
• 第一节 结论
• 1 石漠化等级对环境背景的影响
• 2 石漠化地区乔灌植物的水分来源
• 3 石漠化梯度的碳同位素效应及对WUE的指示
• 4 雨季植物氢氧稳定同位素与碳同位素的耦合
• 5 关于石漠化等级的划分
• 第二节 存在的问题与展望
• 1 存在的问题
• 2 展望
• 参考文献
• 发表论文
• 致谢