白洋淀湿地芦苇生物量及氮磷储量动态特征

第32卷第6期2012年6月环　境　科　学　学　报　ActaScientiaeCircumstantiaeVol.32,No.6Jun.,2012基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(No.2009ZX07209-008-05)SupportedbytheMajorScienceandTechnologyProjectonWaterPollutionControlandRemediation,P.R.China(No.2009ZX07209-008-05)作者简介:刘存歧(1967—),男,教授(博士),E-mail:[e-mail];∗通讯作者(责任作者)Biography:LIUCunqi(1967—),male,professor(Ph.D.),E-mail:[e-mail];∗Correspondingauthor刘存歧,李昂,李博,等.2012.白洋淀湿地芦苇生物量及氮、磷储量动态特征[J].环境科学学报,32(6):1503-1511LiuCQ,LiA,LiB,etal.2012.Dynamicsofbiomass,nitrogenandphosphorusstorageofPhragmitesaustralisinBaiyangdianLake[J].ActaScientiaeCircumstantiae,32(6):1503-1511白洋淀湿地芦苇生物量及氮、磷储量动态特征刘存歧1,∗,李昂1,李博2,王军霞1,张亚娟1,刘莎11.河北大学生命科学学院,保定0710022.中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室,北京100085收稿日期:2011-08-19　　　修回日期:2011-09-19　　　录用日期:2011-09-28摘要:作为由水陆相互作用形成的独特生境,湿地生态系统在氮、磷等营养元素的生物地球化学循环中发挥着重要的作用.本文在实地调查和实验室测定的基础上,研究了白洋淀湿地芦苇(Phragmitesaustralis(Cav.)Trin.ExSteudel)各构件的生物量和氮、磷含量,在此基础上估算了氮、磷储量并系统分析了各指标在生长季节的动态变化.结果表明,各构件生物量随时间的推移而逐渐增加,叶片生物量的最大值出现在6月,根状茎生物量的最大值则出现在8月,叶鞘、地上茎和地上部分生物量的最大值出现在10月;地上各部分氮、磷含量的最大值均出现在4月的生长初期,其后随时间的推移而逐渐降低,最小值出现的时间各不相同,根状茎氮、磷含量的最大值分别出现在8月和4月;各部分氮、磷储量与生物量间存在显著的相关性,地上部分氮、磷储量的最大值均出现在6月,分别为(18.91±2.12)g·m-2和(1.17±0.13)g·m-2.关键词:白洋淀;芦苇;生物量;氮、磷含量;氮、磷储量文章编号:0253-2468(2012)06-1503-09　　　中图分类号:X171　　　文献标识码:ADynamicsofbiomass,nitrogenandphosphorusstorageofPhragmitesaustralisinBaiyangdianLakeLIUCunqi1,∗,LIAng1,LIBo2,WANGJunxia1,ZHANGYajuan1,LIUSha11.CollegeofLifeSciences,HebeiUniversity,Baoding0710022.StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085Received19August2011;　　　receivedinrevisedform19September2011;　　　accepted28September2011Abstract:Asthespecialhabitatformedbytheinteractionbetweenterraandwaterarea,wetlandsplayimportantrolesinbiogeochemicalcyclingprocessofnitrogenandphosphorus.TounderstandthegrowthdynamicsandcharacteristicsofPhragmitesaustralis(Cav.)Trin.ExSteudelinBaiyangdianLake,atypicalwetlandecosystem,fieldinvestigationandlaboratorymeasurementswereconductedtoidentifyitsbiomass,nitrogenandphosphoruscontentandstorage.ResultsshowedthatwiththegrowthofP.australis,biomassofleafandrootincreasedfirstlyandreachedthemaximumvalueinJuneandAugustrespectively,thendecreased.Incomparison,biomassofstem,sheathandshootincreasedduringthewholegrowthseason,andreachedthemaximumvalueinOctober.ItalsoshowedthatnitrogenandphosphoruscontentofeachabovegroundcomponentwasthehighestatApril,duringtheearlyperiodofgrowth.NitrogenandphosphoruscontentofrootreachedthemaximumvalueinAugustandAprilrespectively,andthetimethatnitrogenandphosphoruscontentofeachcomponentreachedtheminimumvaluewasdifferent.Thereweresignificantrelationshipsbetweennitrogenandphosphorusstorage,andbiomasswiththemaximumnitrogenandphosphorusstorageofshootwere(18.91±2.12)g·m-2and(1.17±0.13)g·m-2,respectively,occurringbothinJune.Keywords:BaiyangdianLake;Phragmitesaustralis;biomass;nitrogenandphosphoruscontent;nitrogenandphosphorusstorage1　引言(Introduction)湿地是由水陆相互作用而形成的独特生境,与森林、海洋同为世界三大生态系统之一,占地球表面积的6.4%,为地球上超过20%的已知物种提供了生境,具有不可替代的生态功能(杨永兴,2002).湿地生态系统普遍具有较高的初级生产力(Falkowskietal.,2000),在氮、磷等营养元素的生物地球化学循环中发挥着重要的作用(白军红等,2002).环　　境　　科　　学　　学　　报32卷湿地植被是湿地生态系统结构和功能的基础,对全球生态平衡具有非常显著的调控作用(Bayleyetal.,2004;白军红等,2010).氮和磷是构建植物群落重要的营养盐,也是湿地生态系统重要的限制因子和水体富营养化的主要原因(王佳宁等,2006).湿地生态系统中氮、磷含量的改变会导致物种间竞争格局和适应环境胁迫能力的变化,从而引发植物群落的演替,最终导致湿地生态系统结构和功能的变化(Oldeetal.,2002;Gusewelletal.,2002).富营养化是当前人类面临的重要环境问题之一,国内外已开展了大量相关研究(Kathleen,1977;黄清辉等,2006;胡绵好等,2011).过去的20~30年间,围绕富营养化水体的治理,各级政府投入了大量的人力、物力和财力,但由于水域生态系统自身和富营养化形成原因及影响因素的复杂性,仍有许多问题亟待解决(金相灿,2008).近年来,人们开始认识到水生植物在富营养化水体治理中的重要作用,一方面,水生高等植物可以通过吸收水体和沉积物中的营养盐,降低环境中的营养元素含量与内源负荷,遏制水华等现象的发生(吴春笃等,2006);另一方面,可以为相关微生物提供适宜的生境转化污染物质,降低污染物浓度(Kaseva,2004).在人工湿地中,通过植物的直接吸收可以有效去除水体中的氮和磷,是一种行之有效的生物治污措施(陈进军等,2008).芦苇(Phragmitesaustralis(Cav.)Trin.ExSteudel)属禾本科多年生草本植物,耐盐碱、水湿,广泛分布于各种类型的生境中.氮、磷是芦苇生长发育不可缺少的重要营养元素,研究芦苇群落氮、磷循环,可以增进对于湿地生态系统的结构与功能及其对气候变化的响应等方面的理解.目前,关于湿地芦苇群落氮、磷循环的研究主要集中在芦苇对氮、磷的富集等方面(Joseetal.,1999;王为东等,2001;吴春笃等,2006;欧维新等,2006),对其氮、磷含量与储量的研究较少(吴淑杭等,2006;Tylovaetal.,2008;曾从盛等,2009;吴统贵等,2010);同时,由于自然条件的差异,不同区域芦苇生物量、氮、磷含量及储量具有较大差异(鲍志娟等,2002;闫芊等,2007;贾庆宇等,2008;冯大兰等,2009),基础数据的不足制约着对芦苇湿地生态系统氮、磷循环及其功能变化的理解.白洋淀湿地是华北地区最大的淡水湖泊,对于保证全流域和北京、天津等重要城市的环境安全具有重要作用(王强等,2008).芦苇在白洋淀分布广泛,是白洋淀分布面积最大、最典型的水生植被,在湿地功能的发挥过程中起着不可替代的作用.现有针对白洋淀湿地芦苇的研究尚不全面(徐卫华等,2005;杨卓等,2008;李博等,2009;王为东等,2010).因此,本文以白洋淀湿地芦苇群落为研究对象,揭示芦苇不同构件氮、磷分布特征及其氮、磷储量的动态变化,为探讨芦苇在湿地氮、磷循环过程中的作用提供参考.2　材料与方法(Materialsandmethods)2.1　研究区域概况白洋淀湿地(38°43′~39°02′N,115°38′~116°07′E)位于华北平原中部(图1),海拔5~10m,地势较平坦,自西向东微倾,坡降在1/6000左右.该区域由于河流泥沙冲淤和人为因素的共同影响,微地貌结构十分复杂,淀区被39个村落、3700条沟壕分割成大小不等、形状各异的143个淀泊.地貌景观以水体为主,上游由孝义河、潴龙河、唐河、府河、萍河、漕河、瀑河和白沟引河等河流注入,下游经东部赵北口东流与海河相通,适宜水位为7~9m,年均地表径流量为4.52×109m3.该区属于温带大陆性季风气候,冬季寒冷干燥,夏季炎热多雨,多年平均气温7.3~12.7℃,平均年积温2992~4409℃.全流域多年平均降雨量为563.7mm,年内分配不均,7—9月降水量占全年降水量的80%(赵翔等,2005).自20世纪60年代以来白洋淀上游修建水库150多座,总库容达3.64×109m3;白洋淀周边建有防洪堤坝,最高水位12.8m.白洋淀水位在20世纪50年代最高,20世纪80年代和21世纪初的水位明显低于其它年份;各年内的水位变化趋势明显,最低值和最高值一般分别出现在6月和9月.1920—2003年白洋淀共有7次干淀记录,其中,20世纪80年代干淀次数最多、历时最长,1984—1988年共有5年时间连续干淀.近年来,由于淀内降水不多、上游来水很少,白洋淀淀区面积