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洞庭湖是我国第二大淡水湖泊,为长江中下游最为典型的吞吐型通江湖泊,湿地植被具有沿水位高程带状分布的特征。水文是限制植被分布的最重要环境因子,研究洞庭湖湿地典型优势植物对水文变化的响应是理解植被分布格局的基础,也可为植被恢复、退化湿地修复提供理论依据。本文通过室内试验,阐述洞庭湖湿地典型优势物种对水位变化响应的形态学、解剖学、胁迫生理、糖代谢生理机理,以期从植物生物学特性和环境互作的角度解释洞庭湖植被格局成因。结果如下:
1、生长分析表明:水位(20cm、40cm)和淹水时间对水蓼、荻、虉草生物量累积、叶生物量比(LMR)、生长速率、净同化速率(NAR)均有明显的负作用。与0cm对照水位相比,水蓼叶面积比(LAR)和比叶面积(SLA)在20cm和40cm水位时无显著变化,而荻和虉草降低。中等水位(20cm)时物种的响应存在差异:水蓼尚能累积生物量,而荻、虉草生物量呈下降趋势。可见,水蓼对洪水的忍耐性最强。
2、解剖学研究表明:茎通气组织的形成部位主要在皮层、维管束和髓腔,其中髓腔所占比例最大(77％)。茎通气组织大小为:水蓼(57.75％)>红穗苔草(45.48％)≥虉草(41.67％)≥荻(37.82％)。四种湿地植物的叶均在叶肉组织和(或)维管束内形成通气组织,如荻、虉草的形成部位是维管束,水蓼的是叶肉组织,而红穗苔草在叶肉组织和维管束内均可以形成,但以叶肉组织中为主,占99.26％。红穗苔草叶通气组织最发达,为33.76％,其它三种植物相对不发达,仅为0.13-1.68％。除虉草外,其它三种植物通气组织大小与其分布位置具有很好的一致性。可见,湿地植物通气组织与其分布有较好的相关性。
3、胁迫生理研究表明:70d试验中,-25cm水位对水蓼、红穗苔草、荻的生物量累积都有负作用,荻相对生长速率较高；25cm水位时,荻生物量累积下降幅度(2.02g-0.57g)大于水蓼(0.57g-0.35g)和红穗苔草(0.18g-0.12g)。三种生理指标结果:MDA:与0cm对照相比,水蓼(-25cm)、红穗苔草(-25cm、25cm)、荻(25cm)水位时MDA含量均高,与对照差异显著。质膜透性:与0cm对照相比,水蓼(-25cm)、红穗苔草(-25cm)、荻(25cm)时质膜透性均较大,与对照差异显著。脯氨酸:与0cm对照相比,水蓼(-25cm、25cm)、红穗苔草(25cm)、荻(-25cm、25cm)水位时脯氨酸含量均较高,与对照差异显著。三种植物对地上、地下两种水位处理的胁迫生理响应不同,是导致其分布于不同水位高程的因为之一。
4、糖代谢生理表明:70d完全淹水显著抑制了水蓼、红穗苔草、虉草的生物量累积,且随着时间延长,植物恢复生长能力下降,但存活率因物种不同存在差异,三种植物存活率大小为:水蓼(100％)>红穗苔草(50％)>虉草(0％)。全淹时三种植物可溶性糖含量增加,淀粉含量逐渐降低,说明植物可通过淀粉转换为可溶性糖维持生命。恢复生长时,水蓼的可溶性糖、淀粉含量均高于红穗苔草、虉草,说明水蓼恢复生长所需的代价较低,更能产生积极的糖代谢生理响应。
5、无论生长分析、解剖学分析、耐胁迫生理响应,还是糖代谢生理研究都表明,洞庭湖湿地四种典型优势植物耐水淹能力顺序为:水蓼>红穗苔草>荻>虉草。可见,除虉草外,湿地植物生物学特性对水位变化的响应与其带状分布有较好的一致性。虉草分布于低水位可能与其自身繁殖特性、耐泥沙淤积能力等有关。