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水文情势指水体中的水文要素随时间的变化,水文情势决定着湿地生态系统中的水环境的理化性质。水文情势变化对流量、水位和淤积等水文要素的改变直接影响湿地的生态过程、植物分布、生长和繁殖状况。洞庭湖是我国第二大淡水湖泊和国际重要湿地,湿地植被格局近年来受气候变化和人类活动造成的水文情势变化影响严重。短尖苔草(Carex brevicuspis)是洞庭湖湿地的主要物种之一,在湿地生态系统中具有多种重要功能,但其面积和分布范围正在不断下降。目前关于湿地植物与水文情势变化间关系的研究,主要集中于宏观分布格局和个体的形态生理、繁殖响应方面,关于植物群落和种群对水文情势变化的响应研究较少。本研究通过结合较长时间的野外调查与室内外控制实验,观察和分析对植物产生影响的关键水文情势特征,探讨湿地植物对水文情势变化的响应特征和适应策略。主要结果如下: (1)对短尖苔草群落的连续观测发现:群落在不同洪水年份的洪水期和枯水期水文情势特征存在显著差异,洪水年份对植物群落的物种组成和数量特征影响显著,如丰富度指数,植物的密度、生物量和生物量分配等。排序和相关分析表明,洪水期的最高/平均水位是影响群落组成的首要因素,其次为退水日期、枯水期的地下水埋深和淹没历时。洪水期水位增加和退水日期延后造成短尖苔草的密度减少,也不利于群落中大部分植物的生长。短尖苔草的生物量和高度随退水日期的延后和洪水/淹没历时的增加而增加;地下生物量分配随地下水位升高而增加。综上所述,水文情势特征对短尖苔草群落的年际变化起着调节作用,洪水期的水位特征和退水日期决定了群落的物种组成和数量特征。 (2)不同高程梯度(23.35+0、+0.5、+1和+1.5m)下短尖苔草群落季节动态研究表明:物种数随着高程增加呈先减少再增加趋势,对照处理的物种数最多(16种),1m相对高程下最低(7种)。群落的多样性指数变化主要受采样时间的影响。群落中的物种分布状况由采样时间,地下水位、土壤含水量和海拔高程共同决定。高程梯度和采样时间对群落的密度、高度和均匀度指数影响显著,密度和高度随采样时间呈上升趋势,1.5m相对高程下的密度和高度最低。在生长季末期,群落生物量随高程升高呈现下降趋势,1.5m高程下的生物量最低。在全部海拔高程中,植物均将较多的生物量分配到地下,高程梯度上升呈现减少趋势,在1m和1.5m高程下最低。相关分析表明,洪水期水位越高、历时越长、退水时间越晚,土壤含水量和地下水位越高,苔草在生长季末期的密度、高度、生物量越高,地下生物量分配比越高。 (3)不同淹没时长下短尖苔草种群生长和恢复影响研究表明,种群的生长和形态特征受不同处理的影响显著,植物的相对生长速率、株高、根状茎形态和比根长受处理时间(30d、60d、90d)影响显著。淹没和恢复处理中植物的生物量、相对生长速率、密度和株高低于对照处理,且二者的相对生长速率皆为负值。淹没和恢复处理中植物的地下生物量比例高于对照处理,恢复处理的地下生物量比例在90d最高。粗根(φ>2mm)长度和粗跟与细根(φ<0.5mm)的比根长受不同淹水处理的影响显著,淹没和恢复处理中的粗根长度低于对照处理,粗根比根长高于对照处理。细根长度受处理影响不显著,除30d外,淹没和恢复处理中的细根比根长高于对照处理。长根茎在恢复生长中高于淹水处理,在对照处理90d后最长。因此,淹没处理抑制了短尖苔草种群的生长和恢复,植物可以通过调整地下部分的形态特征,如根状茎形态和比根长,以应对淹没的影响。 (4)不同淤积速率(0、2、4、6cm/a)对短尖苔草群落影响研究表明,除短尖苔草外的其他物种极少出现;淤积速率对植物密度影响显著,对植物的高度、生物量、地下生物量比例、根长和根系数量影响不显著。淤积处理内的植物密度低于对照处理,在第一年低于后两年,不同的处理间在第一年差异显著。不同淤积速率处理下植物的高度和生物量在年内没有显著差异,高淤积速率(6cm/a)的地下生物量分配在第一年显著高于对照处理,并且根系数量较多。在所有处理中短根(<10cm)比例高于长根(>10cm),淤积促进了更多短根和分株的形成。淤积速率对每个分株级别上的间隔子数量和长度有显著影响,高淤积速率下的间隔子数量较低,但其长度最长;随着分株级别的上升,间隔子数量呈现增加趋势。因此,在短尖苔草群落水平,植物可以通过对自身密度和克隆生长策略的调节,有效的应对频繁的淤积影响。 (5)不同大小的短尖苔草分株种群在三种淤积深度下植物生长和克隆形态学响应研究发现:生物量和相对生长速率在浅埋(5cm)和深埋(10cm)下明显小于对照处理(0cm),小株丛(2分株)和中株丛(8分株)的相对生长速率高于大株丛(32分株)。除浅埋下的小株丛外,地下生物量比例均高于地上,较小的分株种群和浅埋增加了地上生物量分配比例。深埋较浅埋相比促进了一级间隔子的长度增加,淤积对二级间隔子的生长有抑制作用。与对照处理相比,淤积没有减少相同大小的株丛内的克隆分株数量,较大的种群往往包含更多的克隆分株;密集型克隆分株的比例高于游击型,较深的淤积和较小的分株种群会导致更多游击型克隆分株的产生。可见,淤积抑制了在短尖苔草在分株种群水平上的生长,较小的分株种群促进了逃脱淤积胁迫的响应,这可能是帮助短尖苔草成为洞庭湖湿地广布种的原因之一。