【摘要】：集合生態(tài)系統(tǒng)(mate-ecosystem)是不同但又相互聯(lián)系的生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)物質(zhì)遷移、能量轉(zhuǎn)換和生物遷移等空間流(spatial flow)構(gòu)成的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng),研究生物元素在集合生態(tài)系統(tǒng)的遷移過(guò)程,對(duì)于理解不同生態(tài)系統(tǒng)之間的生物元素生物地球化學(xué)聯(lián)系具有十分重要的科學(xué)價(jià)值。地處長(zhǎng)江上游地區(qū)和青藏高原東緣的亞高山針葉林是我國(guó)第三大林區(qū),在水源的涵養(yǎng)、保持水土、吸存大氣中的CO2、生物多樣性的保育等方面具有十分重要和不可替代的生態(tài)戰(zhàn)略地位,是長(zhǎng)江上游生態(tài)安全的屏障。因此,基于集合生態(tài)系統(tǒng)理論,研究亞高山針葉林—溪流—河流集合生態(tài)系統(tǒng)的氮、磷和硫遷移過(guò)程,對(duì)于深入了解亞高山針葉林與對(duì)接水體的生物地球化學(xué)聯(lián)系具有重要的理論價(jià)值,可為長(zhǎng)江上游生態(tài)安全屏障建設(shè)提供非常重要的科學(xué)依據(jù)。但迄今為止,國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究報(bào)道甚少。為此,本研究以四川理縣畢棚溝亞高山針葉林、溪流、河岸和河流為研究對(duì)象,以森林溪流為紐帶,構(gòu)建亞高山森林—溪流—河流集合生態(tài)系統(tǒng),采取動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法,研究了 2015年9月至2016年8月期間,氮、磷和硫三種生物元素在亞高山針葉林—溪流—河流集合生態(tài)系統(tǒng)的遷移特征,特別關(guān)注了不同關(guān)鍵時(shí)期的遷移特征,以期為深入理解亞高山針葉林與對(duì)接水體的生物地球化學(xué)循環(huán)聯(lián)系提供科學(xué)依據(jù)。研究區(qū)域內(nèi),溪流水體總體積為73.74 m3。研究表明,溪流長(zhǎng)度、水面寬、水位深、流速和流量平均值范圍分別為10-255 m、0.34-1.28m、3.70-11.72cm、0.05-0.27 m/s和0.01-0.15 m3/s。進(jìn)一步相關(guān)分析可得,流速與長(zhǎng)度和水位深呈顯著正相關(guān)關(guān)系,流量與水位深和流速呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。觀測(cè)期內(nèi),共計(jì)收集樣品13次,溪流區(qū)域凋落物輸入的總量為318.16kg/y;由于河流兩岸林木密度小,且水流相對(duì)湍急,未收集到凋落物。凋落物進(jìn)入集合生態(tài)系統(tǒng)后,進(jìn)入亞高山針葉林生態(tài)系統(tǒng)的部分包括兩種去向,一是通過(guò)分解直接參與生物地球化學(xué)循環(huán),二是經(jīng)過(guò)雨水的沖刷隨地表徑流和地下滲濾進(jìn)入到溪流和河流水體中;進(jìn)入溪流的凋落物,亦包括兩種去向,一是隨溪流水體直接進(jìn)入河流,然后通過(guò)河流輸出集合生態(tài)系統(tǒng),二是經(jīng)過(guò)溪流兩岸的截留,沉積到溪流底部,進(jìn)而通過(guò)沉積物與水體的界面濃度差釋放營(yíng)養(yǎng)元素,最后進(jìn)入河流輸出亞高山針葉林—溪流—河流集合生態(tài)系統(tǒng)。觀測(cè)期內(nèi),凋落物總輸出總量為4.53 kg/y,而溪流水體流量高達(dá)83808.00 m3/d,這說(shuō)明溪流水體是集合生態(tài)系統(tǒng)最主要的輸出方式。是森林集合生態(tài)系統(tǒng)元素遷移和輸出的關(guān)鍵途徑。觀測(cè)期內(nèi),不同觀測(cè)時(shí)間通過(guò)凋落物的形式輸入溪流區(qū)域的氮、磷和硫元素輸入量范圍分別為0-12.24kg/hm2、0.05-50.70kg/hm2和 0.09-2.35kg/hm2。其中,氮元素和磷元素不同長(zhǎng)度的溪流表現(xiàn)出相對(duì)一致的變化趨勢(shì),氮元素輸入量有兩次峰值,第一次峰值—也是最大值出現(xiàn)在2015年凋落物高峰期,第二次峰值—凋落物小高峰期輸入量?jī)H次于高峰期,而在2015年冬季,氮元素輸入量最小;與氮元素輸入特征不同的是,磷元素輸入量在凋落物小高峰期達(dá)到最大值,凋落物高峰期次之,冬季最小;硫元素輸入量不同長(zhǎng)度溪流表現(xiàn)出不一致的變化趨勢(shì),對(duì)于長(zhǎng)度較短(10-20rm)的溪流(圖9a)而言,凋落物高峰期硫元素輸入量最大(0.38 kg/hm2),僅次于凋落物高峰期的是凋落物小高峰期(0.17 kg/hm2);對(duì)于研究區(qū)域內(nèi)長(zhǎng)度在20-70 m之間的溪流而言,最大值出現(xiàn)在凋落物小高峰期為1.67 kg/hm2,凋落物高峰期次之為0.47 kg/hm2;對(duì)于研究區(qū)域內(nèi)長(zhǎng)度在90-260m之間的溪流而言,最大值出現(xiàn)在凋落物高峰期為0.96 kg/hm2,冬季次之為0.30 kg/hm2。觀測(cè)期研究區(qū)域內(nèi)溪流水體全氮儲(chǔ)量范圍為0.69-12.23 kg/hm2,且溪流特征顯著影響水體全氮儲(chǔ)量,溪流水體全氮儲(chǔ)量與溪流的長(zhǎng)度、水位深、水面寬度、流速和流量均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)在0.740-0.997之間。在同一條溪流中,表現(xiàn)出相對(duì)一致的變化規(guī)律,溪流水體全氮儲(chǔ)量在凋落物高峰期(2015年9月15日)最高,冬季(2016年4月13日)最低;溪流水體全磷儲(chǔ)量范圍為0.03-7.72 kg/hm2,在2015年9月和2016年5-7月,溪流水體全磷儲(chǔ)量和溪流本身的長(zhǎng)度呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系,其他時(shí)間均呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系,溪流水體全磷儲(chǔ)量與溪流其他特征均為良好的正相關(guān)關(guān)系,但不顯著。溪流水體全硫儲(chǔ)量范圍分別為4.02-9.29 g/hm2,2015年8月和2015年10月至2016年5月,全硫儲(chǔ)量和溪流長(zhǎng)度均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系,2016年7月下旬,全硫儲(chǔ)量與溪流流速極顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.750,試驗(yàn)期間剩余時(shí)間全硫儲(chǔ)量與溪流長(zhǎng)度呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系。這些結(jié)果表明,降水量和溪流長(zhǎng)度對(duì)溪流水體中全氮、全磷和全硫儲(chǔ)量的影響最為突出。綜上所述,氮、磷和硫元素通過(guò)凋落物的形式輸入亞高山針葉林-溪流-河流集合生態(tài)系統(tǒng),經(jīng)過(guò)凋落物的遷移,將氮、磷和硫元素重新分配到集合生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)不同生態(tài)系統(tǒng)中。在組成集合生態(tài)系統(tǒng)的各組分中,氮、磷和硫元素通以凋落物和水分為載體,從亞高山針葉林生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)入森林溪流生態(tài)系統(tǒng),此后,一部分通過(guò)溪流水體直接輸送到河流生態(tài)系統(tǒng)中,另一部分經(jīng)過(guò)溪流兩岸的沖刷等外力作用與生物遺體一同沉積儲(chǔ)存在溪流沉積物中,這一部分隨著時(shí)間的變化,氮、磷和硫元素含量增加,顯著高于溪流水體,形成濃度差后再將元素釋放回水體中,隨著溪流水體的流動(dòng),輸出溪流生態(tài)系統(tǒng),之后進(jìn)入河流生態(tài)系統(tǒng);最后由河流生態(tài)系統(tǒng)輸出亞高山針葉林—溪流—河流集合生態(tài)系統(tǒng)。這些結(jié)果對(duì)深入認(rèn)識(shí)水生—陸地連續(xù)生態(tài)系統(tǒng)之間的氮、磷和硫元素的空間聯(lián)系提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù),也為川西亞高山針葉林生態(tài)系統(tǒng)的管理提供了科學(xué)依據(jù)為之后的研究提供了新思路。
【學(xué)位授予單位】：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S718.5
【圖文】：

圖１研究區(qū)及懫樣溪流的地理位置（Ａ－０為溪流編號(hào)）逡逑Ｆｉｇ．ｌ邋Ｌｏｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｔｕｄｙ邋ａｒｅａ邋ａｎｄ邋ｓａｍｐｌｉｎｇ邋ｓｔｒｅａｍｓ邋（Ａ－０邋ａｒｅ邋ｔｈｅ邋ｎｕｍｂｅｉ邋ｏｆ邋ｓｔｒｅａｍｓ）逡逑２．３．２技術(shù)路線逡逑亞高山針葉林一溪流一河流集合生態(tài)系統(tǒng)氮、磷和硫元素的遷移過(guò)程逡逑邐Ｖ邐逡逑不同關(guān)鍵時(shí)期亞高山針葉林一溪流一河流集合生態(tài)系統(tǒng)逡逑氮、磷和硫元素遷移過(guò)程是否相同？溪流特征對(duì)溪流生態(tài)逡逑系統(tǒng)中氮、磷和硫元素遷移過(guò)程是否有影響？逡逑邐＾邐邋Ｉ邐一 ］邐逡逑亞向山針葉林－－溪流－－河流邐亞高山針葉林－－溪流－－河流邐亞ｐｊ山針葉林－－溪流－？河流逡逑集合生態(tài)系統(tǒng)氮的輸入／輸邐集合生態(tài)系統(tǒng)淲的輸入／輸邐集合生態(tài)系統(tǒng)硫的輸入／輸逡逑出動(dòng)態(tài)及其影響因素邐出動(dòng)態(tài)及其影響因素邐出動(dòng)態(tài)及其影響因素逡逑—邐Ｍ／逡逑于亞高山針葉林、溪流和河流３種生態(tài)系統(tǒng)分R%在不同關(guān)逡逑鍵時(shí)期采集樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室定量分析逡逑，邐±邐，逡逑￣

圖４溪流和河流水體全氮儲(chǔ)量特征注：大寫字母Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、逡逑Ｎ和Ｏ代表溪流編號(hào)逡逑Ｆｉｇ．邋４邋Ｔｈｅ邋ｓｔｏｒａｇｅ邋ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ邋ｏｆ邋ｔｏｔａｌ邋ｎｉｔｒｏｇｅｎ邋ｉｎ邋ｓｔｒｅａｍｓ邋ａｎｄ邋ｒｉｖｅｒｓ邋ＰＳ：邋Ｃａｐｉｔａｌ邋ｌｅｔｔｅｒｓ邋Ａ，邋Ｂ，邋Ｃ，邋Ｄ，逡逑Ｅ，邋Ｆ，邋Ｇ，邋Ｈ，邋Ｉ，邋Ｊ，邋Ｋ，邋Ｌ，邋Ｍ，邋Ｎ邋ａｎｄ邋Ｏ邋ｗｈｅｒｅ邋ｉｓ邋ｔｈｅ邋ｎｕｍｂｅｒ邋ｏｆ邋ｓｔｒｅａｍｓ逡逑由圖２可知，在試驗(yàn)期間（２０１５年９月－２０１６年８月），研究區(qū)域內(nèi)溪流水體全逡逑氮總儲(chǔ)量范圍為０．６９－１２．２３邋ｋｇ／ｈｍ２，其中，２０１５年凋落物高峰期（９月）最高，２０１５逡逑年冬季至次年雪被融化前最低。不同長(zhǎng)度溪流變化趨勢(shì)基本一致，均隨時(shí)間變化表現(xiàn)逡逑為急劇升高一急劇下降一緩慢升高一緩慢下降的趨勢(shì)。其中，溪流水體氮儲(chǔ)量第一個(gè)逡逑峰值出現(xiàn)在生長(zhǎng)季節(jié)中的雨季（２０１５年９月），第二個(gè)峰值出現(xiàn)在生長(zhǎng)季節(jié)的凋落物逡逑小高峰期（２０１６年５月）。河流水體中全氮儲(chǔ)量（ｄ）變化不大，范圍為３．２５－１４．４９逡逑ｋｇ／ｈｍ２。逡逑表３觀測(cè)期溪流水體全氮儲(chǔ)量與溪流特征相關(guān)性分析逡逑

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本文編號(hào)：2713018