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低水位增加灌木多样性和生物量但降低土壤有机碳含量: 以鄂西南贫营养泥炭地为例
生物多样性
2023, 31 (3):
22600-.
DOI: 10.17520/biods.2022600
地下水位变化对泥炭地的植被组成及多样性具有明显的调控作用, 从而可能会深刻改变泥炭地的储碳潜力。目前, 有关泥炭地植物多样性和土壤有机碳含量对水位波动的响应还存在较大争议, 且有关亚热带贫营养泥炭地地下水位对植物多样性及生物量与土壤有机碳含量影响的研究鲜有报道。本研究选择鄂西南贫营养泥炭地为研究对象, 调查了4个地下水位梯度(-4 cm、-8 cm、-12 cm、-20 cm)下的植被组成、多样性、生物量及土壤有机碳含量, 以探究不同水位梯度对鄂西南贫营养泥炭地植物多样性、生物量及土壤有机碳含量的影响。结果表明: (1)地下水位下降, 土壤含水量、土壤有机碳含量和总酚含量显著降低, 而溶解氧含量显著增加(P < 0.05)。并且, 低水位(-20 cm)处土壤有机碳含量是高水位(-4 cm)处土壤有机碳含量的72%。(2)地下水位显著改变鄂西南贫营养泥炭地物种组成, 随着地下水位下降, 灌木物种数量增加, 且以浅根系的杜鹃花科和蔷薇科植物为主。(3)总体上, 随着地下水位的降低, 灌木多样性呈现显著增加的趋势(P < 0.05), 而草本植物多样性变化不显著。(4)地下水位对植被地上总体生物量影响不显著, 但随地下水位的降低, 灌木生物量极显著增加(P < 0.01)、草本生物量显著增加(P < 0.05), 而苔藓生物量降低。本研究表明, 较高的地下水位是维持鄂西南贫营养泥炭地土壤有机碳含量的关键, 维管植物多样性的提升并不能增加该泥炭地的固碳潜力。
表2
鄂西南不同地下水位梯度下贫营养泥炭地物种数
正文中引用本图/表的段落
研究区贫营养泥炭地不同地下水位梯度下物种数共计22科30种(表2)。整体上, 随着地下水位降低, 物种数增加, 且地下水位为-12 cm时物种数最丰富(21种)。同时, 维管植物中仅蔷薇科、杜鹃花科和冬青科在4个地下水位梯度样地中均有分布, 这3科植物的根系主要分布在地下15-25 cm (图2), 表明这3科植物适应在各水位梯度环境中生长。而壳斗科植物主要分布于地下水位较深的样点(表2), 其根系主要分布范围为地下35-40 cm (图2)。草本植物在4个水位梯度下均有分布, 且以禾本科、莎草科和灯芯草科植物为主, 它们的根系主要分布在地下5-10 cm之间(图2)。苔藓层中泥炭藓占绝对优势, 每个水位梯度均有分布。另外, 由图3可知, 随着地下水位降低, 灌木层物种数显著增加(P < 0.05), 地下水位从-4 cm变为-12 cm时, 灌木物种数增加了67%, 而草本和苔藓层变化不大。
水位变化对泥炭地植被结构和特征具有明显的调控作用, 泥炭地水分条件和水位变化直接影响泥炭地植被的物种组成、物种多样性和植物群落演替(Straková et al, 2010; Simola et al, 2012)。本研究结果表明, 地下水位变化主要影响鄂西南贫营养泥炭地灌木多样性(P < 0.05), 对草本无显著影响, 随着地下水位下降, 灌木多样性呈显著增加的趋势。这与相关学者的研究结果基本一致。例如, Potvin等(2015)通过短期水位控制实验研究发现, 水位降低20 cm后, 泥炭藓生产力降低而小灌木多样性增加。Malhotra等(2020)研究发现, 在干燥的条件下, 灌木是通过细根的生长使其能够获得更多可用养分, 从而为维管植物的生长提供竞争优势, 提高维管植物多样性。北方寒温带泥炭地也有类似结论, 当较长时间的干旱导致地下水位波动时, 栖息在沼泽中的莎草会将空间让给灌木(Breeuwer et al, 2009)。同时, 泥炭地的灌木通常会在干燥条件下扩张, 这可以通过较高的地下水位对灌木丰度产生的负面影响得到证明(Jassey et al, 2018)。事实上, 地下水位下降往往会显著改变土壤理化性质, 从而影响植物地下根系分布(Murphy & Moore, 2010), 继而影响地上植物多样性(McPartland et al, 2019)。本研究发现, 溶解氧含量与灌木生物量及多样性随水位变化趋势一致。原因可能是地下水位下降显著降低了土壤含水量、增加了水体氧气含量(表1), 从而为深根性的灌木提供了适宜的生长环境, 对浅根系的草本植物影响不大(表2, 图2)。但是, 该结论与其他研究也有一定差异。有研究发现, 地下水位下降对灌木多样性的影响较为微弱(Weltzin et al, 2003), 这可能与不同地区灌木种类差异有关。有研究表明, 浅根系灌木随地下水位下降的变化不明显(Buttler et al, 2015), 而本研究区深根系的灌木较多(表2, 图2), 高水位使根系缺氧(Kozlowski, 1986), 从而导致高酸度和有毒化合物的积累(Pezeshki, 2001), 抑制深根系灌木生长。甚至还有研究发现, 地下水位下降会显著降低灌木多样性(Bakker et al, 2007)。这可能是因为有些灌木物种通过浅层生根、形成通气组织适应了积水环境, 从而获得与其他植物相比具备耐涝性的竞争优势, 而地下水位的下降反而降低了其竞争优势(Armstrong et al, 1991)。因此, 地下水位可能主要调控深根系植物的生长, 从而影响贫营养泥炭地植物组成与多样性。
本文的其它图/表
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