福建漳江口濱海濕地植物水分利用格局及其生態(tài)學意義.pdf

1、濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)位于陸地與海洋交匯處，受海水周期潮汐的影響，其水文特征具有明顯的空間異質性和時間變異性。雖然濱海植物生長在一個長期水淹環(huán)境中，水分對它們的生長卻是一個限制因子，這是因為濱海植物除了受到氧氣供給的限制和高鹽分以外，還受到了因高鹽分而造成的水分脅迫，具有典型生理干旱的特點。因此，水分來源及其有效性是影響濱海植物分布和生長的一個重要因素。
　　濱海植物由于受到潮汐水淹及鹽度等環(huán)境因素的梯度影響，常呈現(xiàn)由海向陸的帶狀分布特

2、征，以及沿河分布的特點。目前濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)受到互花米草（Spartina alterniflora）、無瓣海桑（Sonneratia apetala）、馬纓丹（Lantana camara）等外來物種的影響，外來種通過改變當?shù)赝寥?，水文和物種多樣性，從而改變本地群落的結構和功能，使濱海濕地植物的分布格局進一步復雜化。因此不同環(huán)境梯度下濱海植物的水分利用格局以及外來種影響下的濱海植物水分利用格局如何成為我們關注的問題，通過穩(wěn)定同位素技術

3、研究植物的水分利用關系，有助于解釋植物在海濱地區(qū)的分布格局。
　　本博士論文研究通過穩(wěn)定同位素技術與相關生理生態(tài)學指標結合比較了不同離岸距離的植物和沿江分布的不同植物的水分利用格局與環(huán)境因子的關系，以及本地種和外來種的水分利用格局及其季節(jié)動態(tài)變化，嘗試解釋外來種在濱海濕地中生長占優(yōu)勢的原因，并對沿海防護林主要樹種的光合特性及水分利用策略進行比較研究，主要結果如下:
　　1、不同離岸距離(0m，100 m，200 m)的秋茄（

4、Kandelia obovata）莖水δ18O值之間沒有顯著差異，都利用較大比例的地下水和雨水，只利用一小部分的海水。而離岸0m和100 m的桐花樹（Aegiceras corniculatum）莖水δ18O值之間沒有顯著差異，但都顯著高于離岸200 m的桐花樹莖水δ18O值。同一離岸距離的秋茄和桐花樹莖水的δ18O值，除離岸100 m處桐花樹顯著高于秋茄外，其它兩個離岸距離（0m和200 m）的秋茄和桐花樹莖水的δ18O值沒有顯著差異

5、。不同離岸距離的秋茄（或桐花樹）葉片δ13C值沒有顯著差異，即不同離岸距離的秋茄（或桐花樹）長期水分利用效率沒有顯著差異。秋茄和桐花樹在同一離岸距離的的三個不同點位（0m、100 m和200 m）都表現(xiàn)出秋茄葉片的δ13C值高于桐花樹，表明在同一環(huán)境條件下，秋茄的長期水分利用效率顯著高于桐花樹。
　　2、在漳江口濕地，陸生植物吸收利用的水分主要來自淡水來源的地下水，基本不用海水;紅樹植物秋茄、白骨壤（Avicennia marin

6、a）和桐花樹除了利用大部分的地下水外，還利用部分的雨水和海水。鹽沼植物蘆葦（Phragmites australis）全部利用地下水，沒有利用海水和雨水;而鹽沼植物互花米草、短葉茳芏（Cyperusmalaccensis Lam.var.brevifolius）以及雙穗雀稗（Paspalum distichum）則利用地下水、雨水和海水的混合水。鹽沼植物的δ13C值顯著高于陸生植物和紅樹植物，而陸生植物和紅樹植物的δ13C值沒有顯著差異

7、，表明鹽沼植物的水分利用效率高于陸生植物和紅樹植物。
　　3、土壤鹽度與紅樹植物秋茄以及鹽沼植物互花米草莖水的δ18O值都呈現(xiàn)正相關的關系，表明植物利用的水源受到環(huán)境因子如土壤鹽度的強烈影響，隨環(huán)境中海水比例的增加，植物利用的海水比例也隨著增大。同時，紅樹植物秋茄以及鹽沼植物互花米草莖水的δ18O值與土壤含水量呈負相關關系，表明隨著土壤含水量的增加，植物莖水δ18O值反而減小，即植物利用淡水的比例變大。在三個研究地點，鹽沼植物互花

8、米草莖水的δ18O值都顯著高于紅樹植物秋茄和陸生植物馬纓丹莖水的δ18O值;除了上游外，在中游和下游秋茄莖水的δ18O值高于馬纓丹莖水的δ18O值。在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)三個地點互花米草葉片的脯氨酸濃度差異顯著（下游＞中游＞上游），但秋茄葉片的脯氨酸濃度上游與中、下游差異顯著，而中游與下游差異不顯著。秋茄葉片的脯氨酸含量與其δ13C值呈負相關關系，而互花米草葉片的脯氨酸含量與其δ13C值關系不大。本實驗還發(fā)現(xiàn)秋茄葉片的脯氨酸含量與秋茄木質

9、部莖水的δ18O值呈正相關關系，而互花米草葉片的脯氨酸含量與互花米草的木質部莖水的δ18O值呈負相關關系。
　　4、在從3月份到9月份的季節(jié)變化中，外來植物互花米草和馬纓丹都提高了對地下水的利用比例（達到完全利用地下水），降低對海水的利用比例;而本地鹽沼植物短葉茳芏也提高了對地下水的利用比例，降低對海水的利用比例，本地陸生植物許樹則從完全利用地下水變化到利用94.5％的地下水。無論是3月份還是9月份，植物葉片δ13C值都表現(xiàn)出本地

10、植物大于外來植物，即鹽沼植物本地種短葉茳芏大于外來植物互花米草，而陸生植物本地種許樹大于外來植物馬纓丹，表明本地種的水分利用效率比外來種高。從3月份到9月份的季節(jié)變化中，不同紅樹植物的水分來源及其利用比例有很大的差異，其中本地紅樹植物秋茄提高了對地下水的利用比例并降低海水的利用比例，從利用49％地下水、20％海水和31％雨水變化到利用56.7％地下水、14.2％海水和29.1％雨水;桐花樹則降低地下水的利用比例并提高了雨水的利用比例（從

11、利用64％地下水、14％海水和22％雨水變化到56.7％地下水、13.5％海水和29.7％）;白骨壤提高了對雨水的利用比例同時降低海水的利用比例（86.5％地下水、6％海水和7.5％雨水變化到86.5％地下水、2.5％海水和11％雨水）;而外來紅樹植物無瓣海桑則提高了對海水的利用比例，從完全利用地下水到利用較大比例的海水（78.2％海水、15.1％雨水和6.8％地下水），總之，本地紅樹植物都不同程度的提高淡水來源的水分（地下水和雨水）利

12、用比例，同時降低對海水的利用比例，而外來紅樹無瓣海桑則提高對海水的利用比例。無論是3月份還是9月份，秋茄葉片的δ13C值與無瓣海桑葉片的δ13C值差異不顯著，但都顯著高于桐花樹和白骨壤葉片的δ13C值，而桐花樹葉片的δ13C值與白骨壤葉片δ13C值差異不顯著，表明秋茄和無瓣海桑的長期水分利用效率高于桐花樹和白骨壤，而秋茄和無瓣海桑，桐花樹和白骨壤的長期水分利用效率沒有顯著差異。不同季節(jié)，紅樹植物秋茄、桐花樹、白骨壤和無瓣海桑的葉片δ13

13、C值季節(jié)變化不明顯，即不同季節(jié)同一物種葉片的δ13C值差異不顯著。
　　5、從3月到9月份的季節(jié)變化中，鹽沼植物無論是外來種互花米草還是本地種雙穗雀稗、蘆葦都提高了對地下水的利用比例，同時降低了海水的利用比例;而陸生植物除了外來種馬纓丹和簕仔樹（Mimosa sepiaria）外，本地種黃槿（Hibiscus tiliaceus）、魚藤（Derris trifoliata）和海刀豆（Canavalia maritima）都提高了對

14、地下水的利用比例，同時降低對海水的利用比例。3月份，中游不同植被類型的葉片δ13C值差異顯著，表現(xiàn)為鹽沼植物＞陸生植物＞紅樹植物;9月份鹽沼植物葉片δ13值顯著高于陸生植物和紅樹植物，而陸生植物與紅樹植物的葉片δ13C值差異不顯著。在上中下游三個不同地點，紅樹植物秋茄和鹽沼植物互花米草莖水的δ18O值都呈現(xiàn)出顯著的季節(jié)差異，且都表現(xiàn)為3月份顯著高于9月份。上游和下游陸生植物馬纓丹莖水的δ18O值也呈現(xiàn)出顯著的季節(jié)變化，表現(xiàn)出3月份高于9

15、月份，中游馬纓丹莖水的δ18O值季節(jié)差異不顯著。
　　6、紅樹植物的光合同化速率、胞間CO2濃度、氣孔導度、蒸騰速率顯著高于木麻黃(Casuarina equisetifolia L.);外來紅樹植物無瓣海桑(Sonneratia apetala)光合同化速率顯著高于鄉(xiāng)土紅樹植物。無瓣海桑葉片的最大相對電子傳遞速率(rETRmax)、半飽和光強(Ek)、Fv/Fm均顯著大于鄉(xiāng)土紅樹植物，表明無瓣海桑光合能力大于其他紅樹植物。外來種

16、木麻黃和無瓣海桑主要利用地下水，而沒有利用海水和雨水;三種鄉(xiāng)土紅樹植物主要利用地下水、海水和雨水的混合水。木麻黃的瞬時水分利用效率顯著低于四種紅樹植物，但四種紅樹植物的瞬時水分利用效率無顯著差異。秋茄(Kandelia obovata)和無瓣海桑的長期水分利用效率無顯著差異，但兩者顯著高于桐花樹(Aegiceras coniculatum)、白骨壤(Avicennia marina)及木麻黃，說明前兩者對水分的利用方式優(yōu)于后三者，更適應

17、于水分是植物生長與存活最限制因子的高鹽環(huán)境。
　　總之，濱海植物在不同的環(huán)境梯度下和季節(jié)變化中利用淡水或海水的比例不同，以及植物不同的生理耐性導致多種植被鑲嵌混合，形成不同的生態(tài)位，是濱海植物多樣性的重要原因;不同季節(jié)濱海植物水分利用效率的變化是生長季內環(huán)境因子與植物本身生理生化特征共同作用的結果。氣候變暖將會引起海平面上升，使海水入侵到現(xiàn)在是陸地的區(qū)域，從而引起土壤水文的變化以及改變?yōu)I海植物的分布格局。因此濱海植物能否利用海水將