人工濕地中生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能關系研究.pdf

1、生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能關系是當前生態(tài)學領域所研究的熱點問題之一。以往大多數(shù)生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能關系研究是在氮限制草地生態(tài)系統(tǒng)中開展的，然而在植物生長所需資源不受氮限制時，生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能的關系變化將會如何，至今仍研究不足。作為廢水處理生態(tài)技術之一，復合垂直流人工濕地具有基質組成均一，廢水灌溉量、污染物載荷量及水滯留時間均勻可控等優(yōu)點，而且其下行池可提供高氮的中生環(huán)境，因而為開展人工濕地中植物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能關系的研究提

2、供了實驗平臺。
　　 本研究在中國浙江省舟山市郊一個3000 m2的復合垂直流人工濕地中開展。選擇了16種亞熱帶中生植物，并基于完全隨機區(qū)組設計確立了物種豐富度(1、2、4、8和16種)和功能群豐富度（1、2、3和4群）梯度，以研究高氮供應下植物多樣性對生產力、基質無機氮與營養(yǎng)季節(jié)動態(tài)的影響。主要研究結果如下：
　　 (1)在2007年，群落生產力與物種豐富度（即物種多樣性）呈顯著正相關關系，而在2008年呈單峰曲線關系

3、，峰值在豐富度為4個種處理；2007年群落的生產力隨功能群豐富度（即功能群多樣性）增加而顯著增加，而在2008年不響應。因而，高氮供應下，物種豐富度與功能群豐富度對群落生產力有顯著效應，但群落生產力與它們的關系在2年中表現(xiàn)不一致。
　　 (2)2007年和2008年中物種組成對群落生產力都有顯著影響；就功能群組成而言，2年中只有C3禾草對生產力有顯著正效應，其他功能群(C4禾草、豆科和闊葉草本植物)的存在對生產力沒有顯著影響。同

4、時，在2007年與2008年中生產力在各個實驗區(qū)塊間的變化幅度都較大，說明不同的物種組合對生產力水平有顯著影響，因而，高氮供應下，物種的功能特性及不同物種間的相互作用對植物多樣性與生產力關系有顯著正效應。
　　 (3)在2007年與2008年中大多數(shù)實驗區(qū)塊沒有超產效應，即混種區(qū)塊的生產力常低于對應的單種區(qū)塊中最高值，這說明選擇效應對生產力的影響占主導，即選擇效應的強度要大于互補效應，但不能排除互補效應的存在。同時，在2007年

5、功能群組成對超產效應有顯著影響，而在2008年沒有顯著影響。因而，高氮供應下，選擇效應對生產力的貢獻大于互補效應，說明單種時生產力高的物種在混種群落中生產力占優(yōu)勢，但是部分區(qū)塊存在的超產效應主要是由于資源合理分配與物種間正相互作用。
　　 (4)2007年與2008年中物種豐富度與基質硝態(tài)氮都呈顯著正相關，這與大多數(shù)氮限制草地的多樣性實驗結果不同；基質氨態(tài)氮在各物種豐富度水平之間在2007年無顯著差異，而在2008年負響應，即基

6、質氨態(tài)氮隨物種豐富度增加而減少。植物物種豐富度與基質氮礦化速率、硝化速率和相對硝化率都呈顯著正相關，而功能群豐富度則不顯著相關。因而，高氮供應下，物種豐富度對人工濕地中基質無機氮的固持與氮礦化過程有顯著正效應。
　　 (5)物種組成對基質無機氮在2007年與2008年中均有顯著影響，而功能群組成對基質無機氮均沒有顯著影響。同時，2年中各多樣性水平內基質無機氮變化幅度都較大，而且不同物種組成對基質氮礦化速率、硝化速率和相對硝化率這

7、3個氮轉化過程有顯著影響，功能群組成對它們沒有影響。因而，高氮供應下，不同的物種組成對人工濕地中基質無機氮的固持與氮礦化過程有顯著正效應。
　　 (6)基質營養(yǎng)季節(jié)動態(tài)的實驗表明，在四季（即春季(2008年4月)、夏季(2008年7月)、秋季(2008年10月)與冬季(2009年1月)）中，除了冬季（1月）中物種豐富度與基質氨態(tài)氮、可溶性磷、有機質顯著相關，以及秋季（10月）中物種豐富度與基質可溶性磷顯著相關外，其他季節(jié)物種豐富

8、度與基質無機氮、可溶性磷、有機質都沒有顯著的相關性；各季節(jié)中功能群豐富度對營養(yǎng)也沒有顯著影響，但是各季節(jié)中物種組成對基質無機氮、可溶性磷、有機質都有極顯著影響。因而，高氮供應下，在衡量植物多樣性對基質營養(yǎng)季節(jié)動態(tài)的影響時，植物組成和物種豐富度要比功能群豐富度更有說服力。
　　 (7)本文中基質無機氮夏季(2008年7月)的值最高，冬季(2009年1月)或春季(2008年4月)的無機氮都較低，因為夏季植物對無機氮的固持能力較強，而

9、在冬季或是春季固持能力較弱。秋季(2008年10月)的基質可溶性磷值最低，因為10月份的基質樣品時正好是植物剛收割（9月底）以后采集的，且植物生長在9月底達到高峰，此時植物生長對磷的需求最大，且植物開花結果也需要大量的磷。夏季(2008年7月)的有機質值最低，這主要是由于在高溫下有機質分解較快，且夏季植物對有機質的吸收能力最強。因而，高氮供應下，基質營養(yǎng)（無機氮、可溶性磷、有機質）的季節(jié)動態(tài)變化趨勢與植物的生長周期及其對營養(yǎng)需求規(guī)律相吻