喀斯特植物水分利用对生境异质性的响应和适应机制研究

Temporary drought occurs frequently which caused by the particular complex topography and physiognomy in karst area. Moisture is one of the limiting environmental factors for growth of plants in this area. Taking the foliar δ13C values as the indicator of plant water-use efficiency (WUE), and combining stable hydrogen and oxygen isotope ratios of xylem water in plants, we determined the foliar δ13C, δD and δ18O values of several local plant species in a typical kasrt catchments at Central Guizhou, in order to discuss the impact of karst desertification on plant water use in micro-habitat, population, community levels, get insight into the impact of use of different waters on the long term patterns of plant water use, provide new information on plant water competition and water use strategy in karst peculiar habitat, and improve our understanding to water balance in karst ecosystem.

喀斯特地貌具有高度异质性，其独特的二元结构水文系统导致该区临时性干旱频繁，植物普遍遭受水分胁迫。而喀斯特生境的高度异质性和复杂性可能导致植物水分利用格局的多样化。本研究拟以黔中喀斯特典型小流域为试验区，选取该区常见植物种作为研究对象，以常见植物叶片δ13C值为植物水分利用效率的指示值，结合利用氢氧同位素对植物的水分来源进行确认。研究不同植被退化类型、不同喀斯特石漠化梯度、不同土壤类型、不同破位、坡向及不同小生境植物的水分利用，物种选择上考虑不同生活型，从植物种、功能群、植物群落三个层次探讨喀斯特植物对水分的竞争和利用策略，加深喀斯特植物水分利用对生境异质性的响应和适应机制的认识，以全面了解喀斯特生态系统水分平衡，为喀斯特地区生态治理和植被恢复的物种筛选与管理提供基础理论依据。

本研究以黔中喀斯特地区的陈旗小流域和王家寨小流域为研究对象，以研究区常见植物种叶片δ13C值为植物水分利用效率的指示值，结合利用氢氧同位素对植物的水分来源进行确认，研究喀斯特植物水分对异质性生境的适应与响应。结果显示：1）整个生长季，陈旗小流域植物叶片δ13C值的范围为-25.25‰～-31.51‰，王家寨小流域植物叶片δ13C值的范围为-24.69‰～-31.09‰。植物叶片δ13C值在两个研究区无显著性差异。研究区各植物种叶片δ13C值从生长初期到生长末期有逐渐降低的趋势。方差分析结果显示叶片δ13C值在不同生长时期存在显著差异（P<0.05）。其中，4月份各植物种叶片δ13C值与7月、11月初及12月底差异显著（p<0.05），而7月、11月初及12月各植物种叶片δ13C值间无显著差异（p>0.05）。2）在植物生长季，研究区不同植物的水分利用效率总体差异显著(p<0.05)。不同植被退化阶段植物δ13C均值大小顺序为：稀灌草丛＞藤刺灌丛＞灌木林＞乔灌林＞次生乔木林，方差分析结果表明陈旗小流域各植被类型δ13C均值呈显著性差异(p<0.05)。植物生长季，王家寨小流域植物叶片δ13C值基本呈现无、轻度石漠化小于中度石漠化的格局。3）研究区不同土壤类型植物叶片的δ13C值总体差异不显著(P > 0.05)，黄壤区植物叶片δ13C值分布区间较黑色石灰土区窄，变异系数较小，整体较黑色石灰土区偏负。方差分析结果显示黄壤区各石漠化植物群落δ13C值间不存在显著差异（P>0.05），黑色石灰土区各石漠化植物群落δ13C值间均存在显著（P<0.05）或极显著差异（P<0.01）。4）研究区不同小生境内各植物种同时利用土壤水和表层岩溶带水，对土壤水的利用比例大于表层岩溶带水。各植物种对表层岩溶带水的利用比例随着石漠化的进行而减小。常绿灌木火棘、鼠李和烟管荚蒾在轻度、无石漠化样地同时利用土壤水和表层岩溶带水，但在中、强度石漠化则多利用土壤水，落叶小乔木圆果化香和云贵鹅耳枥在无石漠化同时利用土壤水和表层岩溶带水，而在轻度石漠化样地仅利用土壤水，这跟不同样地植被类型、干扰方式以及土壤情况等不同有关。