三峡水库消落区土壤种子库特征、动态及其对消落区植被形成的保障作用研究

【摘要】三峡水库的周期性蓄水形成了大面积的消落区,据水文条件的差异,可分为只受水库蓄水影响的完全水库消落区(PU-DZ)与受水库蓄水与夏季洪汛双重影响的双重影响消落区(PR-DZ)两种类型,其中PU-DZ是整个三峡水库消落区的主体。水库蓄水期间消落区植被因不耐水淹而普遍死亡,每年水库退水后呈现大片裸地,随着出露时间的推移,这些裸地上则形成了大量植被。作为消落区结构与功能的重要组分,三峡水库消落区的植被能否维持就成了受关注的话题。由于三峡水库消落区植被以依靠种子繁殖的一、二年生植物为主,因此,作为植被更新的基础,土壤种子库的大小及动态对预测消落区植被变化具有重要参考价值。前期研究发现,三峡水库消落区的植被几乎都来自于0-3cm土层(简称表层土)中种子的萌发。为探究消落区植被的维持潜力,本实验针对0-3cm土层的土壤种子库,首先研究了落干期末不同类型消落区土壤种子库的大小及其随水淹梯度的变化特征,然后研究了PU-DZ水淹前后土壤种子库的差异及其主要影响因素,最后,通过比较分析PU-DZ土壤种子库在落干期萌发的幼苗数与落干期地上的植株数,明确土壤种子库对其地上植被形成的保障作用。主要结果如下：1、不同水淹梯度与不同类型消落区土壤种子库的特征尽管消落区土壤种子库的大小及物种丰富度显著小于非消落区,但在落干期末,消落区土壤种子库具有丰富的种子储量及物种数,各样带每平方米土样中的可萌发种子数量均达1000粒以上,其对再次水淹结束后地上植被的形成具有巨大潜在贡献。PU-DZ土壤种子库储量与物种丰富度均与水淹强度负相关,不同水淹梯度下的土壤种子库相似度较小,而在PR-DZ,土壤种子库在各水淹梯度下的相似度较高。说明水淹梯度对消落区土壤种子库的大小、物种丰富度等特征具有重要影响,但并非影响消落区土壤种子库的决定性因子。不同类型消落区土壤种子库的密度、物种丰富度具有显著差异,PU-DZ的土壤种子库大小及物种丰富度显著高于PR-DZ。不同类型消落区的土壤种子库构成也具有差异,表现为具有相似本底植被类型的消落区也具有相似的土壤种子库,即使其所遭受的水淹强度有很大差异。表明本底植被特征可能对消落区土壤种子库构成具有重要影响。2、蓄水水淹前后PU-DZ土壤种子库的差异及其主要影响因子蓄水结束后的PU-DZ土壤种子库密度与物种丰富度显著低于蓄水开始前。因种子水淹期间的死亡或休眠可显著降低各高程土壤种子库密度与物种丰富度,降低程度与该高程所遭受的水淹强度正相关,各高程土壤种子库密度降低幅度均达69%以上,物种丰富度降低幅度均达49%以上。就整个PU-DZ海拔162-175m区域的水平来看,因种子死亡或休眠是导致水淹后土壤种子库大小及物种丰富度降低的主要因子,水流对库岸的冲刷效应所造成的种子流失为次要因子。导致水淹前后土壤种子库的差异的主要原因在不同研究区域有所不同。在170-175m区域,淤积样方少,因种子死亡或休眠是导致的土壤种子库的变化是主要原因。在162-170m高程区间的淤积区域,水淹前后表层土土壤种子库的差异主要是由于淤泥的沉积掩盖了水淹前实际具有的表层土造成,因种子死亡或休眠以及淤泥的覆盖效应对水淹前后土壤种子库构成的变化具有重要贡献。而在其非淤积区域,因种子死亡或休眠而导致的土壤种子库的变化是造成水淹前后其土壤种子库出现差异的主要原因。淤泥的淤积对提高水淹后162-166m区域表层土土壤种子库大小具有重要意义。3、土壤种子库对消落区植被形成的保障能力土壤种子库在消落区落干期萌发的幼苗数显著大于地上植株数,且每个样地的土壤种子库在落干期萌发的地幼苗数大于地上植株数的物种所具有的植株数的总和均达地上植株总量的88%以上。无论是高高程还是低高程区域,土壤种子库与地上植被共同具有的物种在样带落干期萌发的幼苗数的总和显著高于其地上植株数的总和,且幼苗数大于植株数的物种在样带中的植株数量总和均达该样带地上植株总量的75%以上。随着水淹强度的增加,土壤种子库在落干期萌发的幼苗数逐渐降低,而地上植株密度与水淹强度无显著相关关系。此外,各地上植被中的优势物种的土壤种子库在消落区落干期萌发的幼苗数均多于其地上植株数。以上结果表明,就整个三峡水库消落区而言,目前其土壤种子库具备保障落干期地上植被形成的能力,尽管低高程的高强度水淹可降低落干期从土壤种子库萌发的幼苗数量,但其大多数地上植被尚可依靠土壤种子库形成,其地上植被的数量也并未因此而受到限制,消落区植被具备继续维持的潜力。
【作者】周文强；
【导师】曾波；
【作者基本信息】西南大学，生态学，2014，硕士
【关键词】三峡水库；消落区；土壤种子库；水淹梯度；植被维持；

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