农田退水对莫莫格湿地扁秆荆三棱地下芽库动态的直接和间接作用

Clonal multiplication is a predominant type of reproduction in wetland species. The inland saline-alkaline wetland is an important wetland type, but few studies paid attention to belowground bud bank of such wetland. Songnen Plain, one of the inland saline-alkaline wetlands distribution areas, is located in the arid and semi-arid region. Agricultural non-point source pollution caused by irrigation return flow is one of the main problems in many areas. Jilin and Heilongjiang province will develop the saline-alkaline land suitable for cultivation in the Western Songnen Plain to expand the paddy field area, which will further increase the environmental risk of wetland ecosystem in this region. Therefore, it is urgent to carry out researches about effects of irrigation return flow on wetland vegetation in this region. In this project, we study the structure, size, spatial pattern and dynamics of the belowground bud banks in Bolboschoenus planiculmis-dominated wetlands in Songnen Plain. The aim of this study is to (1)analyze the effects of autumn floods and nutrient enrichment on the bud bank dynamics and the vegetation regeneration; (2)test the indirect effects of irrigation return flow on the dynamics of belowground bud banks; (3) reveal the coupling effects among different factors, and (4)clarify the effects and mechanism of irrigation return flow on the regeneration of wetland vegetation. Finally, the research would provide reliable data for study on bud bank of inland saline-alkaline wetland, promote the scientific management of wetlands, ultimately, contribute to protect the water bird habitat and biodiversity.

以芽库为主的克隆繁殖是湿地植物的主要繁殖方式。内陆盐碱湿地是湿地的重要组成部分，然而，关于其植物芽库的研究十分薄弱。松嫩平原位于我国干旱半干旱区，是世界上内陆盐碱湿地发育的典型地区之一。农田退水造成的农业非点源污染是许多地区面临的主要问题。吉林省和黑龙江省将开发松嫩平原西部宜耕盐碱地等后备资源，以扩大水田面积，这将进一步加大该地区湿地生态系统的环境风险。因此，加强该区域农田退水对湿地植被影响机理的研究十分紧迫。扁秆茎三棱是白鹤在该区停歇的主要食源植物，本研究以扁秆茎三棱沼泽为研究对象，研究其地下芽库的结构、规模、空间格局和动态，分析秋季洪水和养分富集对地下芽库动态和地上植被更新的作用及机制，研究农田退水对地下芽库动态的间接作用及不同因素间的耦合效应，阐明农田退水对湿地植被更新的影响及机制。最终为我国内陆盐碱湿地芽库研究提供可靠数据，促进湿地科学管理，以更好地保护水鸟栖息地和生物多样性。

莫莫格保护区位于松嫩平原西部，是吉林省最大的湿地类型保留地，也是我国重要的候鸟繁殖地和迁徙候鸟停歇地。扁秆荆三棱冬芽（地下球茎）是白鹤在该区停歇的主要食源，也是重要的营养繁殖体。本研究针对莫莫格白鹤湖湿地受农田退水影响严重的问题，首先动态监测了地表水位和水质的变化；调查研究了扁秆荆三棱群落结构及分布格局，地下球茎数量、重量随时间的变化特征；研究了不同盐碱梯度和淹水深度对地下球茎萌苗、植物更新生长的影响，及退水后的恢复状况；分析了不同淹水深度、养分添加对扁秆荆三棱生理生态特征的影响，比较了扁秆荆三棱和芦苇对水文情势的生理生态响应，采用模型模拟了全球变化背景下芦苇在松嫩平原潜在的分布状况。近五年观测表明，白鹤湖湿地水位变化范围是32.9-116 cm，7月至9月中旬，水位逐渐大幅上涨；地表水TN含量变化范围是0.593-1.3 mg/L，TP含量变化范围是0.026-0.11 mg/L；适宜白鹤种群活动又有利于扁秆荆三棱生长的水位范围为0～50cm；生长季内周期淹水条件下球茎生物量呈波动上升趋势，长期淹水环境下球茎生物量呈单峰趋势变化，7月球茎生物量最大；20cm水深有利于扁秆荆三棱的生长更新，而40-60cm淹水对扁秆荆三棱的生长更新有抑制作用；与0cm水深相比，淹水导致总生物量减少了31%-43%，株高减少了40%-51%，氮素水平的增加并没有促进球茎的形成和生物量积累，因此，农田排水引起的洪水将限制扁秆荆三棱的再生和生长。芦苇生物量积累、新生植株数量和总株高在较大水位波动（30-100cm）的数值更高，而扁秆荆三棱总生物量、株高和植株数量较20cm恒定水位大幅下降，这说明在农田退水背景下莫莫格湿地的芦苇比扁秆荆三棱更能够适应大幅水位波动和较深水位。芦苇共生能够抑制扁秆荆三棱地上和地下生物量的积累，但养分富集能够一定程度上抵消这种负面影响。本研究可为农田退水背景下松嫩平原西部湿地植物生态学研究提供基础数据，为区域湿地植被恢复和科学管理提供科学依据，最终为白鹤觅食栖息地的保护和恢复提供决策支持。