群落初生演替系列物种替代的生物学机制研究

本项目拟以龙湾火口湖沼泽湿地植物为研究对象，通过比较植物间个体忍耐力、竞争力和恢复力的差异及其生理学和形态学基础，寻求决定群落初生演替系列物种替代的关键生物学要素；同时，重点开展关于水体在群落初生演替系列物种替代中的作用机制，洪水胁迫条件下资源获取力调控机理及植物种间营养耐受力阈值的研究。以期从植物耐受力、恢复力、对水体的响应、资源获取力、营养耐受力、营养耐受阈值的物种差异及其生理学和形态学基础等方面，揭示群落初生演替系列物种替代的生物学机制。本项目所开展的水体机制及营养耐受阈值研究可以弥补湿地植物群落初生演替理论研究的不足，丰富湿地生态的科学内涵，为湿地生态系统保护和管理、湿地恢复、湿地资源的合理利用提供科学理论依据。

研究物种替代的生物学机制是理解群落演替过程的基础，植物本身的生物学特性随外界环境因子变化调整能力是引起物种替代的重要原因之一。龙湾火口湖沼泽湿地群位于吉林省辉南县东部，由三角龙湾、大龙湾、二龙湾、小龙湾、旱龙湾以及西大甸子（金川湿地）等火口湖沼泽湿地组成。虽其形成年代相近，但不同火口湖沼泽湿地间的演变过程却存在明显差异，为群落初生演替系列物种替代的生物学机制研究，提供了不可多得的研究地点。臌囊苔草（Carex schmidtii Meinsh.）是吉林省龙湾自然保护区火口湖沼泽湿地主要分布种之一。对其基础生物学特性开展研究，利于揭示引起物种替代的关键生物学机制，从而更清晰的认识植物群落的演变过程。本项目通过野外调查对龙湾火口湖沼泽湿地自然群落结构以及组成群落进行划分，确定了演替的次序。同时以臌囊苔草为主要研究对象，系统研究了恒定水位、不同水体作用形式、营养水位互作以及营养增加对其生长的影响，并从形态学及生理学角度揭示了臌囊苔草适应水位计营养变化的适应机制。研究表明：金川沼泽湿地、旱龙湾沼泽湿地和孤山屯沼泽湿地为同一期火山喷发形成的火口湖，具体演变阶段应为孤山屯沼泽湿地最早，金川沼泽湿地最晚，旱龙湾沼泽湿地则介于两者之间；金川湿地植物群落主要可以分为油桦+臌囊苔草群落、臌囊苔草+沼泽蕨群落种、臌囊苔草+芦苇群落、臌囊苔草群落、细花苔草群落、芦苇+臌囊苔草群落以及灌木+细花苔草群落等七种类型。金川湿地植物群落地上生物量随土壤全氮、全磷的增加显著增加，随湿地水位增加而减少。物种多样性随土壤全磷含量的增加而显著增；与洪水处理相比臌囊苔草更适于生长在干旱条件下；与变化水位相比，臌囊苔草更适于生长于恒定水位；与水位逐渐上升相比，水位逐渐下降会对臌囊苔草生长产生更为严重的影响。随着水位梯度的增加，臌囊苔草体内葡萄糖及果糖含量显著降低。尤其其根系内部淀粉含量显著减少。臌囊苔草生长主要通过调整各级根系间生物量的分配比例，以及根系在土壤中的分布深度适应水体变化对其生长带来的胁迫；洪水水位梯度增加会降低臌囊苔草营养吸收速率以及营养元素从其根部向地上部分的迁移速率。但适度的营养增加会增加臌囊苔草生物量累积，增强其洪水耐受力。营养和水位互作条件下，臌囊苔草根系构型、各级根系间生物量分配模式的调整，以及根系长度的降低可能是其适应该环境的机制之一；臌囊苔草氮元素耐受阈值为0.072 mol/l