杨树人工林对洞庭湖湿地植物多样性的影响及机理研究

近30年来洞庭湖大面积种杨可能引发湿地生态功能退化已引起社会各界的广泛担忧，但相关研究主要集中在动物多样性和土壤生态方面，在植物多样性方面相对较少，且结论相互矛盾。本项目拟以洞庭湖湖滩杨树人工林为研究对象，通过对林下草本植物多样性和生境因子的野外调查取样，探讨不同林龄、高程、种植模式对植物多样性的影响，揭示决定植物多样性的关键环境因子；通过野外定位实验，跟踪林下草本物种组成和多样性、光照、地下水位和土壤理化性质等动态变化，阐明植物多样性与生境变化的关系；通过模拟控制实验，研究林下优势物种对关键生境因子响应的物种差异，揭示植物多样性变化的内在生理学机制。最后，综合各项研究成果，以期从植被组成、生境特征和物种生理特性的角度综合阐明杨树种植对洞庭湖湿地植物多样性的影响及机理。本项目可以增强外来物种对本地生物多样性影响机理方面的认识，为湿地资源的保护及其合理利用提供理论依据。

杨树人工林大规模单一种植引发了有关生态环境的广泛担忧，如地力衰退、土壤旱化、地下水位降低等。而关于人工林对生物多样性的研究主要集中于动物多样性上，对植物多样性的研究相对较少，且结论相互矛盾。本研究以洞庭湖湿地杨树人工林为研究对象，通过大面积的野外调查、固定样地连续监测与室内控制实验，以揭示了速生型人工林对林下植物多样性的影响及机理。结果表明：（1）杨树人工林有利于林下物种数目与Shannon-Wiener指数的提高。与南荻相比，杨树人工林具有较低的湿生植物、阴性植物与本地植物比例，较高的中生植物、阳性植物、中性植物与外来植物比例。然而，杨树人工林林下物种生活史组成（一两年生、多年生植物）与生长型组成（木本植物、藤本植物与草本植物）与南荻无显著差异。（2）杨树人工林通过改变影响林下植物多样性的关键环境因子而引起物种更替和多样性变化。种植密度、林下光照率与土壤水分含量是影响林下植物多样性及组成的关键环境因子。与南荻相比，杨树人工林具有较高的林下光照率与较低的土壤水分含量。（3）叶片高气孔导度、高蒸腾速率以及低水分利用率是杨树人工林降低土壤水分含量的主要生理学机制。与南荻相比，11龄与5龄杨树人工林均具有较低的光合速率与水分利用率，较高的气孔导度与蒸腾速率。（4）低叶片数与低叶面积指数是杨树人工林提高林下光照利用率的主要形态学机制。与南荻相比，11龄与5龄杨树人工林群落具有较低的叶片数目、叶长、叶面积指数。（5）杨树林下不同水分需求生态型植物所表现出对水位的不同适应性，是导致人工林林下植物物种组成变化的主要原因。-20 cm与-10 cm 是白茅生长的最适水位，而-10 cm是薹草生长的最适水位；两种植物在适宜的水位梯度下，通过高株高、高叶片数目、高叶面积等形态学特征以及高光合速率等光合生理特征，促进生物量的积累。