人工濕地中生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系研究.pdf

1、生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系是當(dāng)前生態(tài)學(xué)領(lǐng)域所研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。以往大多數(shù)生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系研究是在氮限制草地生態(tài)系統(tǒng)中開(kāi)展的，然而在植物生長(zhǎng)所需資源不受氮限制時(shí)，生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)系變化將會(huì)如何，至今仍研究不足。作為廢水處理生態(tài)技術(shù)之一，復(fù)合垂直流人工濕地具有基質(zhì)組成均一，廢水灌溉量、污染物載荷量及水滯留時(shí)間均勻可控等優(yōu)點(diǎn)，而且其下行池可提供高氮的中生環(huán)境，因而為開(kāi)展人工濕地中植物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能關(guān)系的研究提

2、供了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　　 本研究在中國(guó)浙江省舟山市郊一個(gè)3000 m2的復(fù)合垂直流人工濕地中開(kāi)展。選擇了16種亞熱帶中生植物，并基于完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)確立了物種豐富度(1、2、4、8和16種)和功能群豐富度（1、2、3和4群）梯度，以研究高氮供應(yīng)下植物多樣性對(duì)生產(chǎn)力、基質(zhì)無(wú)機(jī)氮與營(yíng)養(yǎng)季節(jié)動(dòng)態(tài)的影響。主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)在2007年，群落生產(chǎn)力與物種豐富度（即物種多樣性）呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而在2008年呈單峰曲線關(guān)系

3、，峰值在豐富度為4個(gè)種處理；2007年群落的生產(chǎn)力隨功能群豐富度（即功能群多樣性）增加而顯著增加，而在2008年不響應(yīng)。因而，高氮供應(yīng)下，物種豐富度與功能群豐富度對(duì)群落生產(chǎn)力有顯著效應(yīng)，但群落生產(chǎn)力與它們的關(guān)系在2年中表現(xiàn)不一致。
　　 (2)2007年和2008年中物種組成對(duì)群落生產(chǎn)力都有顯著影響；就功能群組成而言，2年中只有C3禾草對(duì)生產(chǎn)力有顯著正效應(yīng)，其他功能群(C4禾草、豆科和闊葉草本植物)的存在對(duì)生產(chǎn)力沒(méi)有顯著影響。同

4、時(shí)，在2007年與2008年中生產(chǎn)力在各個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)塊間的變化幅度都較大，說(shuō)明不同的物種組合對(duì)生產(chǎn)力水平有顯著影響，因而，高氮供應(yīng)下，物種的功能特性及不同物種間的相互作用對(duì)植物多樣性與生產(chǎn)力關(guān)系有顯著正效應(yīng)。
　　 (3)在2007年與2008年中大多數(shù)實(shí)驗(yàn)區(qū)塊沒(méi)有超產(chǎn)效應(yīng)，即混種區(qū)塊的生產(chǎn)力常低于對(duì)應(yīng)的單種區(qū)塊中最高值，這說(shuō)明選擇效應(yīng)對(duì)生產(chǎn)力的影響占主導(dǎo)，即選擇效應(yīng)的強(qiáng)度要大于互補(bǔ)效應(yīng)，但不能排除互補(bǔ)效應(yīng)的存在。同時(shí)，在2007年

5、功能群組成對(duì)超產(chǎn)效應(yīng)有顯著影響，而在2008年沒(méi)有顯著影響。因而，高氮供應(yīng)下，選擇效應(yīng)對(duì)生產(chǎn)力的貢獻(xiàn)大于互補(bǔ)效應(yīng)，說(shuō)明單種時(shí)生產(chǎn)力高的物種在混種群落中生產(chǎn)力占優(yōu)勢(shì)，但是部分區(qū)塊存在的超產(chǎn)效應(yīng)主要是由于資源合理分配與物種間正相互作用。
　　 (4)2007年與2008年中物種豐富度與基質(zhì)硝態(tài)氮都呈顯著正相關(guān)，這與大多數(shù)氮限制草地的多樣性實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同；基質(zhì)氨態(tài)氮在各物種豐富度水平之間在2007年無(wú)顯著差異，而在2008年負(fù)響應(yīng)，即基

6、質(zhì)氨態(tài)氮隨物種豐富度增加而減少。植物物種豐富度與基質(zhì)氮礦化速率、硝化速率和相對(duì)硝化率都呈顯著正相關(guān)，而功能群豐富度則不顯著相關(guān)。因而，高氮供應(yīng)下，物種豐富度對(duì)人工濕地中基質(zhì)無(wú)機(jī)氮的固持與氮礦化過(guò)程有顯著正效應(yīng)。
　　 (5)物種組成對(duì)基質(zhì)無(wú)機(jī)氮在2007年與2008年中均有顯著影響，而功能群組成對(duì)基質(zhì)無(wú)機(jī)氮均沒(méi)有顯著影響。同時(shí)，2年中各多樣性水平內(nèi)基質(zhì)無(wú)機(jī)氮變化幅度都較大，而且不同物種組成對(duì)基質(zhì)氮礦化速率、硝化速率和相對(duì)硝化率這

7、3個(gè)氮轉(zhuǎn)化過(guò)程有顯著影響，功能群組成對(duì)它們沒(méi)有影響。因而，高氮供應(yīng)下，不同的物種組成對(duì)人工濕地中基質(zhì)無(wú)機(jī)氮的固持與氮礦化過(guò)程有顯著正效應(yīng)。
　　 (6)基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)季節(jié)動(dòng)態(tài)的實(shí)驗(yàn)表明，在四季（即春季(2008年4月)、夏季(2008年7月)、秋季(2008年10月)與冬季(2009年1月)）中，除了冬季（1月）中物種豐富度與基質(zhì)氨態(tài)氮、可溶性磷、有機(jī)質(zhì)顯著相關(guān)，以及秋季（10月）中物種豐富度與基質(zhì)可溶性磷顯著相關(guān)外，其他季節(jié)物種豐富

8、度與基質(zhì)無(wú)機(jī)氮、可溶性磷、有機(jī)質(zhì)都沒(méi)有顯著的相關(guān)性；各季節(jié)中功能群豐富度對(duì)營(yíng)養(yǎng)也沒(méi)有顯著影響，但是各季節(jié)中物種組成對(duì)基質(zhì)無(wú)機(jī)氮、可溶性磷、有機(jī)質(zhì)都有極顯著影響。因而，高氮供應(yīng)下，在衡量植物多樣性對(duì)基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)季節(jié)動(dòng)態(tài)的影響時(shí)，植物組成和物種豐富度要比功能群豐富度更有說(shuō)服力。
　　 (7)本文中基質(zhì)無(wú)機(jī)氮夏季(2008年7月)的值最高，冬季(2009年1月)或春季(2008年4月)的無(wú)機(jī)氮都較低，因?yàn)橄募局参飳?duì)無(wú)機(jī)氮的固持能力較強(qiáng)，而

9、在冬季或是春季固持能力較弱。秋季(2008年10月)的基質(zhì)可溶性磷值最低，因?yàn)?0月份的基質(zhì)樣品時(shí)正好是植物剛收割（9月底）以后采集的，且植物生長(zhǎng)在9月底達(dá)到高峰，此時(shí)植物生長(zhǎng)對(duì)磷的需求最大，且植物開(kāi)花結(jié)果也需要大量的磷。夏季(2008年7月)的有機(jī)質(zhì)值最低，這主要是由于在高溫下有機(jī)質(zhì)分解較快，且夏季植物對(duì)有機(jī)質(zhì)的吸收能力最強(qiáng)。因而，高氮供應(yīng)下，基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)（無(wú)機(jī)氮、可溶性磷、有機(jī)質(zhì)）的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)與植物的生長(zhǎng)周期及其對(duì)營(yíng)養(yǎng)需求規(guī)律相吻