题名城市湿地岸边带微地形的生态环境效应研究
作者刘雅莉
答辩日期2019-06
文献子类博士
授予单位中国科学院生态环境研究中心
授予地点北京
导师胡聃
关键词微地形 ,生态 水文过程 资源 异质性 生物多样性 生态 系统结构 和功 能 microtopography, Ecohydrology, Resource Heterogeneity, Biodiversity, Ecosystem Structure And Function
学位名称理学博士
其他题名Ecological and environmental effects of riparian microtopography at an urban wetland
学位专业生态学
英文摘要

       微地形广泛 存在 于 自然环境 和人造 景观 中,不同 微地形 条件 下 水文过程 以及地表对 太阳辐射的吸收和反射过程 不同, 产生 了 不同 的 微 气候和 微 生境 进而 影响到 生态系统结构和功能 。 关于微地形 的已有 研究主要 集中 在 特定 的 生态过程如 其对 水土流失 、氮循环 等 过程 的影响 ,多数 以生态恢复 为目标, 研究对象主要是湿地生态系统。 而 微地形对生态系统结构和功能的影响机制尚不明确。因此,本文 选择 了 一处 拥有 洼地 、缓坡、陡坡和冲沟四种微地形 的湿地 岸边带 样地 对样地 的土壤环境及 与其 相邻的水体环境开展了为期一年的 监测 ,揭示了 微尺度下微地形对土壤和水体环境的影响机制,并通过 对植物和 微生物群落组成的研究,探讨了 微地形 对 生态系统结构和功能的 影响机制 。
       微地形对土壤环境的影响主要 体现 在 表层 0 10cm )。不同 微地形条件下 地表的 产流和下渗过程不同,对降雨的截流 和 存蓄能力 也有差异 形成了特定 的土壤水分空间分布格局 ,进而 通过对淋溶和 矿化作用的 影响, 驱动了 表层土壤资源的空间异质性。 该影响 在没有植被覆盖的非生长季较为明显 主要是由于植物对水分的截流作用弱化了 生长季中不同 微地形 条件下 土壤水分的 空间 异质性 同时植物生长 能够 利用 相对 丰富的土壤养分,削弱了土壤 养分 的空间异质性 。 对 植物氮 N 磷 P 以及群落组成 的研究结果 表明 陡坡上 的优势植物能够有效利用土壤中 相对丰富的硝氮 PP<0.05 而陡坡上相对丰富的速效磷 促进 了豆科植物白车轴草 Trifolium repens L. 的生长 白车轴草可以通过共生 根瘤菌 的 固氮作用 促进土壤 中的氮累积, 缓解陡坡 上 植物受到 的氮限制, 形成了土壤 养分累积植物生长的正反馈效应 。 空间分布格局 受微地形影响显著的土壤氮磷养分 是本研究中 影响土壤微生物 地理分布格局 的主要环境因 素。同时 地表 水文过程 驱动的微生物的扩散作用 也影响 了微生物的群落组成, 易于水力 扩散的 拟杆菌门Bacteroides 在 坡下位置的相对丰度显著高于坡上位置 PP<0.05 。受水文过程支配的土壤氮磷养分的空间异质性以及 伴随水文过程 的微生物扩散 过程 共同 塑造 了微尺度下土壤微生物的 地理 分布格局。 因此 微尺度下微地形 对 陆生生态系统 结构和功能的影响主要是通过水文途径 实现 的 。由于微地形 对 地表 水文过程的影响 受当地 降雨模式 支配, 因此在降雨模式 不确定性 增加的气候变化 背景 下,微地形 对陆生 生态系统的影响 也会随之 发生变化。 
      通过构建能够综合反映土壤资源丰富度 和 均匀度 的土壤资源多样性指标,本研究量化了微地形对土壤资源 的总体影响 ,证明了 在土壤资源相对贫瘠的条件下,土壤资源多样性同生物多样性正相关。
      此外,岸边带微地形被证实同 相邻水域水体环境 存在关联。冲沟 表面无植被覆盖, 在 雨季和生长季 土壤 养分易 淋溶 故冲沟 处水体 中 的氮 含量 偏高 由于缓坡和陡坡 在 生长季中植被覆盖良好, 土壤养分 的淋溶作用不强烈 ,而在 非生长季中 降雨 不足以产生 地表径流 ,故坡度对 下游 水体环境未产生显著影响。
      选择跌水景观和岩石分流 研究 水域 范围 内 微地形 对水体环境的影响 。分流的流速和水体 中 溶解氧含量 DO 均 显著高于干 流 PP<0.05 在较短 的水力停留时间内,仍对水体 中 氮磷 浓度产生了 影响 。 跌水 可以 快速补充水 体中的 溶解氧PP<0.01 提高湿地 水 体的 自净 能力,在 夏季降雨时期能够 有效复氧并降低水体富营养化风险。
      综上所述,通过对水文过程的调控, 微地形 能够显著影响 土壤 和水体环境,进而 影响生态系统结构和功能。 即使 在微尺度下,生物 的 分布特征也不是随机的,而是受控于微地形塑造的 微生境。不同物种 对于微生境的选择是微尺度下生物多样性 的 一种 维持机制 。 虽然 微地形在自然界中是广泛存在的, 但是由于其零散的分布, 微地形 对生态系统的影响 很可能 被低估 了 。

语种中文
页码146
内容类型学位论文
源URL[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/42256]  
专题生态环境研究中心_城市与区域生态国家重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
刘雅莉. 城市湿地岸边带微地形的生态环境效应研究[D]. 北京. 中国科学院生态环境研究中心. 2019.
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