中国特有植物南荻的地理分布及生态效应评价

来源 :湖南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mustang2001
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南荻(Miscanthus lutarioriparius Liu ex S.L.Chen&Renvoize)是我国特有的芒属植物,也是极具开发潜能的生态修复植物和生物质原料,其具有生物质产量高、光合效率强、纤维素含量高和耐贫瘠等诸多优点。近年来对环境保护越来越重视,南荻这一生态友好型植物也越来越受到研究者的青睐,但迄今为止南荻在我国详细的地理分布及其规模化种植可能产生的生态效益和生态风险还不清楚。为探究“南荻分布在哪里”及“南荻规模化种植产生的生态效应如何”这两个科学问题,本文对南荻的地理分布特征、生境限制因子、潜在分布区范围、规模化种植的生态效益和生态风险等方面进行了系统研究,主要研究结果如下:1.南荻的地理分布通过实地调查发现,南荻主要分布在我国湖南、湖北、浙江、安徽、江苏、江西、河南和上海的8个省份和直辖市的252个县(市),其水平分布范围为东经111.17°~121.74°,北纬26.47°~33.97°,垂直分布范围为-1~299 m。从植物区系上看,南荻分布在华东植物区系中的黄淮平原亚地区(ⅢD9a)、江汉平原亚地区(ⅢD9b)、浙南山地亚地区(ⅢD9c)和赣南-湘东丘陵亚地区(ⅢD9d)以及华中植物区系中的秦岭巴山亚地区(ⅢD10a)和川、鄂、湘亚地区(ⅢD10c)。从南荻的地理分布特征来看,洞庭湖、鄱阳湖和太湖是南荻分布的中心区域。2.南荻的生境特征南荻的生境类型较丰富,“喜水”是其主要的生境特点,其中81.83%的南荻生长在水边,18.17%的南荻生长在离水源较远的生境中;芦苇(Phragmites communis)、鸡矢藤(Paederia scandens)、构树(Broussonetia papyrifera)和狗尾草(Setaria viridis)是南荻主要的伴生植物,此外南荻生长的土壤类型多为pH接近中性的贫瘠土。南荻分布区的年均气温为14.13~18.15°C,均值为16.33°C,年降雨量为763.00~1817.00 mm,均值为1162.97 mm;但在不同南荻分布的植物区系内,水分因子的差异性较大,其次是热量因子,而光照因子的差异性较小,根据水分因子的不同可将南荻分布的植物区系划分为3种类型(高湿润性、中湿润性和低湿润型)。南荻野生居群的表型性状变异幅度大,遗传多样性丰富,其变异系数范围为17.05%~78.98%,遗传多样性指数(H’)变异范围为1.61~1.78。最冷季节平均温度(Bio11)、温度季节性变化方差(Bio4)和最干季度平均温度(Bio9)是南荻分布的主要生境限制因子,其次是最暖季节降雨量(Bio18)和最湿季度降雨量(Bio16);而影响南荻株高和产量的主要土壤因子是土壤速效钾含量和有机质含量。3.南荻潜在的分布区用Maxent模型预测南荻潜在分布时,最佳样本量是120,预测结果较精准。南荻潜在适生范围狭小,其中高适生区主要集中在江汉平原亚地区、黄淮平原亚地区和川鄂湘亚地区;此外南荻的适生总面积为6.658×105 km2,占国土总面积的6.96%。4.南荻规模化种植的生态效益南荻具有较强的固碳能力,其净初级生产力为1.34~15.55 kg·m-2·a-1,固碳能力为0.59~6.79 kg·m-2·a-1;在南荻分布的核心区域中,洞庭湖区域的南荻固碳能力较强(0.89~6.79 kg·m-2·a-1),年固碳量较多(7.12×106~5.43×107 t),而太湖区域南荻的固碳潜能则有较大的提升空间。规模化种植南荻可较显著地提升土壤的养分含量,对土壤全氮含量的提升率最大为12.74%,其次是全磷(11.91%)和有机质含量(6.63%),而对土壤全钾含量的影响较小;种植南荻对酸性土壤的改良效果要好于碱性土壤,对0~20 cm土层的改良效果要好于20~40 cm的土层。5.南荻规模化种植的生态风险通过文献法与专家咨询法确立分布特征、扩散特征、繁殖特征、遗传特征、适应特征、危害特征和被控制特征7个方面共计33个与能源草生态风险评价相关的指标。然后通过yaahp10.1软件利用层次分析法对各指标进行权重赋值,进而构建相应的生态风险评价体系。最后选取10种已知生态风险等级的高大禾草对该体系进行检验,并依据检验结果对评价体系的生态风险等级层次进行划分。结果表明所构建的体系可以有效地辨别出不同物种的生态风险等级,并将风险等级层次划分为高危生态风险(系统评分>74.5),一定生态风险(系统评分在54.5~74.5),基本无生态风险(系统评分<54.5)。基于能源草生态风险评价体系,对芒、五节芒、荻、南荻和奇岗的生态风险进行了定性和定量分析,结果表明芒、五节芒、荻、南荻、奇岗的生态风险值(R)依次是71、60、66、53和52分,即规模化种植的生态风险趋势为芒>荻>五节芒>南荻>奇岗;依据能源草生态风险评价体系划定的评判标准,奇岗和南荻为无生态风险的芒草种类,而五节芒、荻和芒为具有中低生态风险的芒草种类。
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