贵州草海流域森林群落优势植物固碳释氧功能研究

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摘要 选择贵州草海流域森林植物群落23种优势植物为研究对象，采用Li-6400便携式光合仪对其进行光合日变化特征测定，分析优势植物固碳释氧功能特征及功能型划分。结果表明：草海流域森林植物群落中，灌木植物日平均同化速率、固碳释氧速率高于乔木植物。可将草海流域森林群落23种优势植物划分为高固碳释氧功能型（PFT -PⅠ）、中固碳释氧功能型（PFT -PⅡ）和低固碳释氧功能型（PFT -PⅢ），草海流域森林植物群落主要以中低固碳释氧功能型组成。

关键词 贵州草海；森林群落；优势植物；固碳释氧；特征；功能

中图分类号 S718.5；Q948 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2014）19-0185-02

草海湿地位于贵州省威宁县城西南侧，地处云贵高原中部乌蒙山脉之腹地，是贵州省最大的淡水天然湿地湖泊，也是一个典型的高原喀斯特湿地生态系统。草海湿地因水层深度较浅、水质良好、透明度大，且湖底又多为淤泥层，因而水生高等植物种类繁多，各类植物几乎布满湖区，故有草海之称[1-2]。草海是我国一级保护鸟类黑颈鹤的主要越冬栖息地。1992年，草海自然保护区被批准为国家级自然保护区，保护区由湿地生态系统、农田生态系统、森林生态系统和村镇聚落环境组成，以高原喀斯特湿地生态系统及珍稀鸟类为主要保护对象[3]。目前对草海湿地生态系统开展了水体及土壤的重金属污染[4-6]、水体富营养化[7-8]、浮游植物及水生生物时空特征[9-10]、地球化学循环及湿地水文特征[11]以及保护区生态环恢复[12]等领域的研究，而对草海湿地流域森林生态系统的固碳释氧功能研究鲜有报道。因此，本研究以草海湿地流域森林群落优势植物为研究对象，揭示草海湿地流域森林群落优势植物固碳释氧特征，为草海流域森林群落固碳释氧功能恢复提供依据并奠定基础。

1 区域概况与研究方法

1.1 研究区域概况

本研究选择典型喀斯特高原湿地草海湿地流域森林植被群落为研究对象。草海湿地位于贵州省西北部，地处北纬26°47′32″～26°52′52″，东经104°10′16″～104°20′40″。该区域属于乌蒙山脉山丛中心，具有云贵高原腹地中少有的天然湿地生态系统特征[13]。该区域属于东南季风与西南季风的过度带，草海湿地属长江水系，是金沙江支流横江上洛泽河的上游湖泊，汇集着周围的雨水及几条发源于泉水的短河，具有冬干夏湿的特点[12]。草海湿地年均温10.5 ℃，年均降水量950.9 mm，无霜期208.6 d。湿地底部海拔2 170 m，1981年恢复水面面积19.8 km2，集水区域面积120 km2，年汇水量约800万～900万m3。目前，平均水深1.35 m，最深2.8 m，浅水湖沼湿地特征明显[5，14]。

1.2 研究方法

1.2.1 优势植物光合特征测定。草海流域森林群落主要优势植物固碳释氧能力采用光合法进行研究，即于2013年7月在贵州省威宁县香炉山试验点，选择晴朗无风的天气，用Li-6400便携式光合仪（Li-cor，USA）对草海流域23种主要优势植物（表1）的光合特征指标日变化进行测定。6：00开始，每隔2 h测定1次，至18：00，完成1个日变化测定周期。

1.2.2 固碳释氧速率测定。植物净同化量的计算是利用植物净光合速率曲线与时间轴合围而成图形的面积（图1），以此为基础进行计算，计算公式如下[15]：

式中：P为植物日净同化率，mmol/（m2・d）；Pi为初测时间点瞬时光合速率，μmol/（m2・s）；Pi+1为下一测点的瞬时光合作用速率，μmol/（m2・s）；ti为初测点的瞬时时间，h；ti+1为下一测点的时间，h； j为测定次数。

固碳速率计算公式如下：

释氧速率计算公式如下：

式中：P为日同化速率，mmol/（m2・d）；44为二氧化碳的摩尔质量；32为氧气的摩尔质量；W 为植物固碳速率，g/（m2・d）；W 为植物释氧速率，g/（m2・d）。

2 结果与分析

2.1 植物固碳释氧特征分析

对草海流域森林主要优势植物固碳释氧速率的分析如表2所示。乔木植物日同化速率在68.83～266.92 mol/（m2・d）、固碳速率在2.12～8.22 g/（m2・d）、释氧速率在1.54～5.98 g/（m2・d）。乔木植物中云贵鹅耳枥同化速率、固碳速率、释氧速率均最高，分别为266.92、8.22、5.98 g/（m2・d），而木姜子同化速率、固碳速率、释氧速率均最低，分别为38.63、2.12、1.54 g/（m2・d）。灌木植物日同化速率在70.28～218.47 mol/（m2・d），固碳速率在2.16～6.73 g/（m2・d）、释氧速率在1.57～4.89 g/（m2・d）。灌木植物中火棘同化速率、固碳速率、释氧速率均最高，分别为218.47、6.73、4.89 g/（m2・d），而柃木同化速率、固碳速率、释氧速率均最低，分别为70.28、2.16、1.57 g/（m2・d）。

草海流域森林植物群落主要优势植物中，灌木植物种类平均同化速率、固碳速率、释氧速率高于乔木植物种类，灌木植物平均同化速率为154.46 mol/（m2・d），而乔木植物平均同化速率仅为138.78 mol/（m2・d）；灌木植物平均固碳释氧速率分别4.76 g/（m2・d）和3.46 g/（m2・d），乔木植物平均固碳释氧速率则为4.27 g/（m2・d）和3.11 g/（m2・d）。

2.2 植物功能群固碳释氧功能分析

以草海流域森林植物群落23种主要优势植物的日同化量速率、日固碳速率、日释氧速率作为固碳释氧功能的评价指标，对其进行层次聚类分析如图 2所示。草海流域23种主要优势植物可分为3个固碳释氧植物功能类群。3个固碳释氧植物功能类型分别如下。

第1类PFT-P I：高固碳释氧功能型，只包含1种植物，云贵鹅耳枥。该功能型为乔木植物种类，其日同化量速率为266.92 mol/（m2・d）、日固碳速率为8.22 g/（m2・d）、日释氧速率5.98 g/（m2・d）。

第2类 PFT-PⅡ：中固碳释氧功能型，包括火棘、盐肤木、小果珍珠花、金丝桃、滇杨、云南杨梅、高山栎、扁刺蔷薇，该功能型主要以阔叶乔木小灌木为主，其日同化量速率为163.17～218.47 mol/（m2・d）、日固碳速率为5.03～6.73 g/（m2・d）、日释氧速率为3.65～4.89 g/（m2・d）。

第3类PFT-PⅢ：低固碳释氧功能型，包括白栎、川榛、桤木、云南杜鹃、华山松、胡颓子、马缨杜鹃、珍珠荚、云南松、杉木、荀子、香椿、柃木、木姜子。该功能型以针叶植物和小乔木或灌木植物为主，其日同化量速率为68.83～155.09 mol/（m2・d）、日固碳速率为2.12～4.78 g/（m2・d）、日释氧速率为1.54～3.47 g/（m2・d）。

3 结论

草海流域森林植物群落中，灌木植物日平均同化速率、固碳释氧速率高于乔木植物，灌木植物日平均同化速率、固碳速率、释氧速率分别为154.46、4.76、3.46 g/（m2・d），乔木植物日平均同化速率、固碳速率、释氧速率为138.78、4.27、3.11 g/（m2・d）。

以草海流域森林植物群落23种主要优势植物的日同化量速率、日固碳速率、日释氧速率作为固碳释氧功能的评价指标可将其划分为3个固碳释氧植物功能型。分别为高固碳释氧功能型（PFT-PⅠ）、中固碳释氧功能型（PFT-PⅡ）和低固碳释氧功能型（PFT-PⅢ），这一结果表明草海流域森林植物群落主要以中低固碳释氧功能型组成。

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