泉州湾河口湿地植物环境适应性研究及其应用

论文摘要

泉州湾河口湿地,由于其所处的地理位置和独特的地貌特征,决定了其具有广泛的生物多样性以及典型性、稀有性和脆弱性,因此,被认为是中国亚热带河口湿地的典型代表。目前,惠安县已在泉州湾河口湿地种植400多hm2的红树植物。但是,这样的红树林面积对于7039.56hm2的泉州湾河口湿地自然保护区来说,显然不够,需要扩大红树林种植面积和规模。继续种植红树林植物,这就牵涉到适宜的树种选择和合理的植物配置问题。为了更有针对性地指导泉州湾河口湿地的红树林生态修复,必须对已经恢复的420hm2红树植物的环境适应性进行分析评估,选择适应树种,进行“适地”种植和合理配置。通过对泉州湾河口湿地红树林植物三种优势种,秋茄（Kandelia candel）、桐花树（Aegiceras corniculatum）、白骨壤（Avicennia marina）以及近年来新引种的木榄（Bruguiera gymnorrioza）和老鼠簕（Acanthus ilicifolius）两物种,进行不同地点、不同时期的株高、冠幅直径、叶长三个生长指标的测量,研究了以上各种红树植物各自不同的生长特征。结果表明：秋茄属于快速增长型,木榄和老鼠簕属于中速增长型,桐花树和白骨壤属于慢速增长型。红树植物的生长受周围环境的影响。高盐分和高pH可能是限制秋茄生长的主要因子。白骨壤抗寒性最差,秋茄最强,桐花树介于两者之间但远强于白骨壤。对白骨壤来说,生长的限制因子是低温。植株的密度也是影响植物生长速率的因素。利用标志桩法测量不同区域的土壤淤积速率。结果表明,泉州湾河口湿地淤泥淤积速度平均达到6.74cm yr-1,最快的土壤淤积发生在中游,最慢的土壤淤积发生在下游。冬季的淤积量最大,占全年的48%。夏季淤积量少。中高潮位的土壤处于快速淤积期,达到平均10.64cm yr-1淤积量,而高潮位和中低潮位仅为中高潮位淤积量的1/3。植被的不同,其下土壤的淤积速率也不同；互花米草下的土壤淤积最少,秋茄下的土壤淤积量最大,可达到平均10.40cm yr-1淤积量。泉州湾河口湿地淤积速率的时空变化与水动力学的时空变化有关。植被的差异也影响该湿地的水动力学过程。为了研究泉州湾河口湿地盐度和pH的变化特征,分别测定洛阳江东岸上、中、下游的不同高程（中高潮区和中低潮区）和不同植物下土壤表层（2-5cm）的盐度和pH值。泉州湾河口湿地土壤的盐度在各分区的平均值为10.8-17.0ms cm-1,变幅较大,空间差异明显,总体上呈现出上游<中游<下游的变化趋势；泉州湾河口湿地土壤的酸碱度在各分区的pH平均值为6.92-7.66，呈明显的中性偏弱碱性,且变幅较小。上、中游pH均值差异极小；下游pH略高于上、中游。部分分区及其不同潮位处土壤盐度与pH相关性较强。对泉州湾河口湿地不同植物对湿地土壤的脱盐作用进行了研究,结果表明,空地和裸地土壤的盐度大于有植被生长的土壤,距主茎（丛）越远,其盐度越大,说明植物对土壤具有脱盐作用,且不同植物对土壤的脱盐能力顺序为：秋茄>互花米草>桐花树>白骨壤。有些区域植被脱盐作用和酸化作用呈剂量关系。大多数区域的植被对土壤的脱盐作用和酸化作用剂量关系不明显,甚至是两个独立的过程。对泉州湾河口湿地不同区域（上、中、下游）、不同植被下的土壤铵态氮、硝态氮、有效磷以及铜、锌、铁、锰的时空分布特征以及土壤营养元素的相关关系进行了研究。研究结果表明：春季土壤铵态氮含量高于其他各季,这与春季土壤脲酶的活性有关；原生桐花树下土壤30-40 cm处的铵态氮含量最高,因为该土层为原生桐花树根系密集分布区；土壤的硝态氮、有效磷含量的高低,与温度和植物生物量关系密切；泉州湾河口湿地土壤中铵态氮和硝态氮的比值为1.05-1.97,土壤的通气性决定了铵态氮和硝态氮的比值；泉州湾河口湿地土壤有效态N/P比值在0.56与1.52之间,随着植物的生长,土壤氮的限制程度越来越严重；泉州湾河口湿地土壤有效态铜、锌、铁、锰含量时空变化明显,这与植物的吸收、季节、土壤通气性等因素变化有关。泉州湾河口湿地土壤中的营养元素组成模式和化学计量学关系具有多样性,因植被的变化,湿地土壤从富磷型转变成磷限制型。植物营养元素的化学计量学关系,因植物种类、元素种类以及微环境的不同而不同。污染物的输入对湿地土壤元素的组成和含量也有一定的影响。泉州湾河口湿地植物矿质营养的“多样性”是植物适应环境的物质基础。对泉州湾河口湿地不同区域（上、中、下游）不同季节、不同植被覆盖和不同层次土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性的变化规律进行了研究。结果表明：脲酶和磷酸酶活性变化规律均为夏季（春季）>冬季（秋季）。同一季节不同植被下土壤脲酶的活力差异显著,有植被的土壤脲酶活性均大于无植被的空地和裸地,夏季和秋季互花米草根际土壤的脲酶活性均为最大值；磷酸酶活性表现为互花米草>原生桐花树>秋茄>白骨壤>桐花树>空地>裸地。无论有无植被,土壤脲酶和磷酸酶的活性都表现出随着土壤深度的增加其活性逐渐减弱的趋势。过氧化氢酶的季节变化规律表现为春季>秋季>冬季>夏季。冬季,过氧化氢酶酶活性在上中下游差异极其显著,上游酶活性最低,中游最高。白骨壤下土壤的过氧化氢酶活性在各季节差异不大,冬季原生桐花树下土壤的过氧化氢酶酶活性则最高。多酚氧化酶活性具有显著的季节变化,其活性大小顺序为：夏季>冬季>春季>秋季。在区域上土壤多酚氧化酶酶活性表现为上游春季>夏季>冬季>秋季,中游为春季>夏季>秋季>冬季,下游为夏季>冬季>秋季>春季。该酶活性在不同的植物下差异明显,在春季中以空地的酶活性最高,而在各季节中互花米草均显示出较高的活性。不同植被下不同土壤深度过氧化氢酶活性的变化有着不同的模式,这与植物根的构型以及植物的根系供氧有关。不同植被下不同土壤深度多酚氧化酶活性的变化有着不同的模式,这与植被下死亡根系的多少有关。过氧化氢酶和多酚氧化酶的相关性较弱（R2=0.036,n=770,p<0.01）,且为负相关。此外,对泉州湾河口湿地土壤酶活性与营养元素的相关性也进行了分析。结果表明,泉州湾河口湿地土壤为氮、磷共同限制型,不同植被下土壤酶活性对营养元素的敏感性不同。各种植物适应干湿交替的湿地环境的机制各不相同,影响湿地土壤碳、氮、磷的生物地球化学循环的方式也各有差异。对泉州湾河口湿地洛阳江红树林区域优势植物的叶绿素荧光特征的研究发现：成熟的桐花树、秋茄和白骨壤具有较好的适应性。通过对泉州湾河口湿地洛阳江下游的红树植物桐花树、秋茄和白骨壤的光合作用的研究以及净光合速率与气候因子的相关分析发现,由于潮水的影响,3种植物的净光合速率日变化曲线均为3峰曲线,日平均净光合速率大小排序为白骨壤>桐花树>秋茄。3种植物的净光合速率与其自身的生理因子有显著相关,尤其是与胞间CO2浓度有极显著的负相关。不同植物的光合作用受气孔导度的影响不同,桐花树和白骨壤受气孔导度影响显著,而秋茄则不受气孔导度的影响。通过分析发现,白骨壤适宜生长在高盐环境下,但易受水分胁迫；秋茄适宜生长在潮水变化的环境下,易受盐分胁迫；桐花树则介于两者之间。最后,依据前面的研究结果,提出了红树林造林树种的适宜环境和建议布局的区域。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 泉州湾河口湿地基本概况
• 1.1.1 地理位置
• 1.1.2 地质地貌
• 1.1.3 水文及湿地环境
• 1.1.4 气候
• 1.1.5 土壤
• 1.1.6 造林
• 1.1.7 红树林分区
• 1.2 国内外对红树林植物环境适应性的研究现状
• 1.2.1 红树林植物对盐分的适应
• 1.2.2 红树林植物对淹水的适应
• 1.3 红树植物的环境适应性的研究意义
• 1.3.1 积极应对海平面上升
• 1.3.2 指导红树林湿地生态建设
• 1.3.3 抵御滨海环境污染
• 1.3.4 科学利用红树林资源
• 1.4 泉州湾河口湿地植物的环境适应性的研究内容
• 参考文献
• 第二章 泉州湾河口湿地优势植物的生长与环境适应性
• 2.1 材料与方法
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 泉州湾河口湿地优势植物的生长
• 2.2.2 泉州湾河口湿地优势植物的生物量的增长
• 2.2.3 泉州湾河口湿地优势植物的生长与环境的适应性
• 2.3 小结
• 参考文献
• 第三章 泉州湾河口湿地红树林区域土壤淤积特征
• 3.1 材料与方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 土壤淤积的时空分布
• 3.2.2 土壤淤积的季节变化
• 3.2.3 植物对土壤淤积的影响
• 3.3 小结
• 参考文献
• 第四章 泉州湾河口湿地红树林区域土壤的盐度变化特征
• 4.1 材料与方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 泉州湾河口湿地红树林区域土壤的盐度和pH的空间变化
• 4.2.2 植被影响下的土壤的盐度和pH变化
• 4.3 小结
• 参考文献
• 第五章 泉州湾河口湿地红树林区域土壤元素的时空分布与植物的环境适应性
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 土壤有效氮磷的测定
• 5.1.2 土壤有效态金属元素Cu、Zn、Fe、Mn的测定
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 植被影响下有效氮磷的时空分布
• 5.2.2 植被影响下的土壤有效态铜锌铁锰的时空变化
• 5.2.3 泉州湾河口湿地红树林区域土壤氮磷及金属元素的相关性
• 5.3 小结
• 参考文献
• 第六章 泉州湾河口湿地红树林区域土壤酶的时空分布与植物的环境适应性
• 6.1 材料与方法
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 泉州湾河口湿地红树林区域土壤水解酶的分布规律
• 6.2.2 泉州湾河口湿地洛阳江红树林区域土壤氧化酶的时空变化特征
• 6.2.3 泉州湾河口湿地洛阳江红树林区域土壤酶活性与营养元素的相关性
• 6.2.4 不同植被下土壤酶活性与营养元素的相关性
• 6.3 小结
• 参考文献
• 第七章 泉州湾河口湿地红树林植物的光合特征及其环境适应性
• 7.1 材料与方法
• 7.1.1 叶绿素荧光测定
• 7.1.2 光合作用测定
• 7.2 结果与讨论
• 7.2.1 泉州湾河口湿地红树林植物叶绿素荧光特性
• 7.2.2 泉州湾河口湿地红树林植物的光合特性
• 7.3 小结
• 参考文献
• 第八章 泉州湾河口湿地红树林造林树种选择
• 8.1 红树植物的习性分析
• 8.1.1 纬度与年积温的影响
• 8.1.2 盐度与泥质的影响
• 8.1.3 潮汐的影响
• 8.2 洛阳江红树植物概况和自然因子分析
• 8.2.1 洛阳江红树植物历史与现状
• 8.2.2 洛阳江地理位置及气候特征
• 8.2.3 洛阳江的盐度范围适宜红树植物生长
• 8.2.4 洛阳江的潮汐条件分析
• 8.3 泉州湾河口湿地红树林造林树种选择原则
• 8.3.1 耐寒性原则
• 8.3.2 生态安全性原则
• 8.3.3 向海性原则
• 8.4 泉州湾洛阳江河口湿地红树林造林树种选择
• 8.5 建议
• 参考文献
• 第九章 研究工作总结与展望
• 9.1 研究工作总结与结论
• 9.2 本研究的创新点
• 9.3 后续研究工作展望
• 致谢
• 攻读博士期间发表的主要学术论著和参加的科研工作