（环境工程专业论文）天津滨海湿地土壤种子库特征及其与植被关系研究.pdf

l i i ii ii ii iu liii ! i iiil y 1813 8 9 7 南开大学学位论文使用授权书 根据南开大学关于研究生学位论文收藏和利用管理办法，我校的博士、硕士学位 获得者均须向南开大学提交本人的学位论文纸质本及相应电子版。 本人完全了解南开大学有关研究生学位论文收藏和利用的管理规定。南开大学拥有在 著作权法规定范围内的学位论文使用权，即：( 1 ) 学位获得者必须按规定提交学位论文 ( 包括纸质印刷本及电子版) ，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生学位论 文，并编入南开大学博硕士学位论文全文数据库；( 2 ) 为教学和科研目的，学校可以将 公开的学位论文作为资料在图书馆等场所提供校内师生阅读，在校园网上提供论文目录检 索、文摘以及论文全文浏览、下载等免费信息服务；( 3 ) 根据教育部有关规定，南开大学向 教育部指定单位提交公开的学位论文；( 4 ) 学位论文作者授权学校向中国科技信息研究所和 中国学术期刊( 光盘) 电子出版社提交规定范围的学位论文及其电子版并收入相应学位论文 数据库，通过其相关网站对外进行信息服务。同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 非公开学位论文，保密期限内不向外提交和提供服务，解密后提交和服务同公开论文。 论文电子版提交至校图书馆网站：h t t p ：2 0 2 1 1 3 2 0 1 6 1 ：8 0 0 1 i n d e x h t m 。 本人承诺：本人的学位论文是在南开大学学习期间创作完成的作品，并已通过论文答 辩；提交的学位论文电子版与纸质本论文的内容一致，如因不同造成不良后果由本人自负。 本人同意遵守上述规定。本授权书签署一式两份，由研究生院和图书馆留存。 作者暨授权人签字： 墓训强 2 0 1 0 年0 6 月0 1日 南开大学研究生学位论文作者信息 论文题目 天津滨海湿地土壤种子库特征及其与植被关系研究 姓名 莫训强学号 2 1 2 0 0 7 0 4 4 3 答辩日期2 0 1 0 年0 5 月1 8 日 论文类别博士口学历硕+ 硕士专业学位口高校教师口同等学力硕士口 院系所环境科学与工程学院专业环境工程 联系电话 13 8 2 0 3 7 4 12 0 e m a i l m o x u n q i a n g m a i l n a n k a i e d u c i i 通信地址( 邮编) ：天津市南开大学蒙民伟楼1 l l 室邮编：3 0 0 0 7 1 备注：无 是否批准为非公开论文 否 注：本授权书适用我校授予的所有博士、硕士的学位论文。由作者填写( 一式两份) 签字后交校图书 馆，非公开学位论文须附南开大学研究生申请非公开学位论文审批表。 。擎科皂革碘爵毒拦妤非娶审鬲革擅毒￥釜单驯谚茸拱翦毒妊移非髟 毕固辫蕈詈毒瑟( 掰盟箪一) 皇静晕私甲。革砚珥毒驹千逊、千斟革蚓明士群辫箍出雾皋辞群章：娶 唑 茸砚拦影非k 歌瓣曼吾至：嚣号 l o o o e ：嘴丑单军【i i 瓣封智餮素￥妊单坐棼￥：( 睇g 单) 弭研身藓 u o n p o ：i m m i ! 讯逗筘u _ b i b n x o m u e o g i 护o 乙8 e i 婴审当箍 乱工缉虹环每 捌素醇工与杀性辫监臻隧豫 口千逾华杀会刨口虫6 瑶罂掣口珂嘉不牟干照四千、亟甾亲口千斟暗椠茸识 目8 i 皆s o 匆0 【0 z酶目姑嚣 e p 节o 0 0 z i 乙 鲁嘉鞋舱蕈矽骈 延地显￥碑毋与嚣谣码斟革士牲辩干1 耳i 千礤猷磐葵￥ 目耐茸现 冒哥晕勘茸拱珥毒鬲车投毒￥甚革 目lz 日7 南口，o 乙 云r 仁虿驴。古焉y 砰群磊县勘 (1j - 。型曷勘锋固瞠嘲雨延抱甲粉丝摹一苦蓊锋砰群章。覃群蔡丁牟蕃晕幽y 章 。兽目y 章甲凿詈膂业翠蒜回业圈瞬琏一荤掣明茸砚卓舀狮与裂士审茸观珥杀朝革管：糕 嚣茸砚器甍目萁智勘明翠毕勤晦回瞻区杀杀￥甚掣翠哥茸拱再嘉朝y 章：纂凄y 章 。u i 珥。x o p t n o o g ：1 9 i o 乙。e i i + 趵驯：d 孤；舆幽髟锋固珥委蕈鬻到壬早茸识 。茸观妊影刨暂殂唑革群詈晕西苗硼治篱瞠蕞群惭掣业e i d 刮隆罩哿茸识珥杀拦移非 。陛砰明茸缨擎髯蝌聱耐嚣翠目哿y 章翱刨。暂殂冒兽身檠惭牲辆豳* 群嚣馨娶窜馨磉 茸观再杀珂胖y 劲冀猁士卑首理茸拱珥杀朝圈壁罩群覃群群到南士卑( 砰椠) 吐酶半杀国申 哇蜉延擅冒骂辑性国审唧醉秦砰群罢勤茸现爵素( 哥) 2 茸祺再亲朝拦影莓瞽弭贲晕鬃蜾旦碡 刨杀￥拦阜晕群￥阜衅旦醵群醉( ) 5 暂哿冒粤罐丐岛禧土、骠孵茸弓茸观谣诵麟茸、莘 砚善目茸砚静篱丁豳圉珥翠罄剧甭蛳e j d 辫汾篱鳕辫翕髟锆囤翠僻璎椠勤茸拱珥素朝拦移 琳相卫群杀明目抱性唑嘉醵椠( z ) o 富群磉茸弓茸观珂亲千通斟杀￥拦掣y 嘴冀茸 拱珥杀甭酝抱型哿疆圭滞善融鹭骥 i | 翳、 i j 缮目滥相血珥杀( 列士早疆章踏由雪狮群母) 茸识弭杀再瞥犁群箨彰币岩勘逛爵案( i ) ：d 舀辞目珊茸观百杀朝e l d 圈蹩犁群累砰勘是 翠单衅素￥拄单。犁群酲易朝目瞠咄骥劲茸现四杀雨延抱￥单嘉￥妊单螂上弓举y 章 。列士角珂群谣章剪辑茸砚珥杀明y 卓覃群杀￥拦掣刨澎锛霉台 臻 珥杀干、照、千斟驹罂錾欷峰甚暑罾哇哇登劲茸锲珥杀再延地士* 杀￥妊堕 群群 锋砰群茸哥萃孤珥毒考￥岳掣 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所 取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包 含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 墓划强2 0 1 0 年0 6 月 0 1 日 非公开学位论文标注说明 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申 请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本 说明为空白。 论文题目天津滨海湿地土壤种子库特征及其与植被关系研究 申请密级 口限制( 2 年)口秘密( 1 0 年)口机密( 2 0 年) 保密期限2 0 年月 日至2 0年月日 审批表编号 批准日期 2 0 年月 日 限制2 年( 最长2 年，可少于2 年) 秘密1 0 年( 最长5 年，可少于5 年) 机密2 0 年( 最长1 0 年，可少于1 0 年) 摘要 摘要 由于其在生物圈中不可替代的地位，湿地生态系统一直是备受关注的生态 系统之一。天津滨海湿地作为典型的盐碱型湿地，由于最近几十年来滨海新区 的开发开放以及由此带来的一系列生态环境问题，已越来越多的受到各方面的 关注。因此，作为湿地研究和生态保护中一个很重要的方面，湿地土壤种子库 成为本研究关注的焦点。 本研究对天津滨海新区典型盐碱湿地土壤种子库进行了研究。通过选取五 个标准样地进行野外调查，取得样地的植被和土壤等基本资料；采用小样地的 多样点取样方法进行种子库取样；采用种子萌发实验法确定土壤种子库的活性、 种类、数量和萌发时间。在详尽记录实验数据的基础上，用e x c e l 2 0 0 3 和s p s s l l 0 对数据进行处理和分析，计算物种的多度、生态优势度、物种多样性指数、相 似性指数等。主要研究结果如下： ( 1 ) 、天津滨海地区湿地野生种子植物共计有4 6 科，1 3 5 属，2 3 2 种，其 中绝大多数为草本植物；研究区域内植物含十种以上的依次为菊科 ( c o m p o s i t a e ) ，禾本科( g r a m i n e a e ) ，豆科( l e g u m i n o s a e ) ，藜科 ( c h e n o p o d i a c e a e ) ，蓼科( p o l y g o n a c e a e ) ，占科总数的1 0 9 ，共含“属1 3 0 种，分别占属总数的4 7 4 和种总数的5 6 。0 。 ( 2 ) 、滨海新区盐碱型湿地土壤种子库共有2 9 种植物，分属于1 3 科2 3 属，其中菊科和藜科所占比例最大；种子库植物以一、二年生草本和多年生草 本植物为主，木本植物只有西伯利亚白刺( n i t r a r i as i b i r i c a ) 和旱柳( 勋触 m a t s u d a n a ) 两种。种子库的密度在6 8 0 9 - 2 9 8 7 4 粒m 2 之间。 ( 3 ) 、滨海新区湿地土壤种子库的生态优势度在o 5 l o 8 l 之间，其排序 为七里海湿地 蓟运河故道 独流减河滩涂 大港湿地公园 北大港水库；多样性 指数相对较低，其中：七里海湿地和蓟运河故道的s h a n n o n w i e n e r 指数和p i e l o w 均匀度指数均处于相同水平，最高为七里海湿地的1 7 8 ；独流减河滩涂的 s h a n n o n w i e n e r 指数和p i e l o w 均匀度指数均次之；大港湿地公园和北大港水库 的s h a n n o n - w i e n e r 指数都小于1 ；五个样地的m a r g a l e t 丰富度指数排序为七里 海湿地 蓟运河故道 独流减河滩涂 大港湿地公园 北大港湿地。 ( 4 ) 、滨海新区湿地土壤种子库的垂直分布特征较为明显，其中o 5 e m 层 摘要 种子数量最多，种子数量层间差异显著或极显著。 ( 5 ) 、根据实验得到的滨海新区湿地土壤种子库萌发随时间变化的规律， 得出其萌发数量随时间变化的曲线，曲线的变化趋势较为明显。 关键词：土壤种子库；地面植被；湿地；天津滨海新区 付忡z ，：一，。、， 翱f _ 。 砖。，：鹩，。 谭蔼w 舾一t 叶一。 a b s t r a c t b e i d a g a n gr e s e r v o i r , l o w e rt h a n1 t 1 1 eo r d e ri nm a r g a l e ti n d e xi na l lt h ef i v ea r e a s w e r eq i l i h a iw e t l a n d j i y u nr i v e ro l dc o u r s e d u l i u j i a nr i v e r d g a n gw e t l a n d g a r d e n ( 4 ) v e r t i c a ld i s t r i b u t i o nd e m o n s t r a t e ds i g n i f i c a n t l yo b v i o u sc o n d i t i o nw i t h 0 - 5 c mh a v i n gt h em o s ts p e c i e s ，s h o w i n gs i g n i f i c a n to rv e r ys i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s a m o n gv a r i o u sl a y e r s ( 5 ) f u r t h e r m o r e ，i ts t i l le x p l a i n e dt h eg e r m i n a t i n gn u m b e rc h a n g i n go v e rt i m e ， 、析t hw h i c ht h eo b v i o u sv a r i a t i o nc u r v ew a sa t t a i n e d k e yw o r d s ：s o i ls e e db a n k ；s t a n d i n gv e g e t a t i o n ；w e t l a n d ；t i a n j i nb i n h a in e w a r e a i v 目录 目录 第一章绪论1 第一节研究背景。l 第二节研究目的和意义一2 1 2 1 土壤种子库研究的目的和意义2 1 2 2 滨海新区湿地土壤种子库研究的目的和意义3 第三节研究区域概况3 1 3 1 地理位置3 1 3 2 气候特征3 1 3 3 湿地特征4 1 3 4 地形地貌7 1 3 5 土壤特征7 第四节研究的主要内容和技术路线。8 1 4 1 研究的主要内容8 1 4 2 研究的主要技术路线。l o 第二章国内外土壤种子库的研究进展1 1 第一节土壤种子库概念1 1 第二节国内外研究进展n 2 2 1 国外研究进展1 4 2 2 2 国内研究进展2 3 第三章研究方法_ 。k 。2 7 第一节采样区植被特征2 7 第二节采样地选择3 0 第三节研究方法3 3 3 3 1 样地的土壤调查。3 3 3 3 2 样地的植被调查和植物区系确定3 3 3 3 3 土壤种子库取样方法3 4 3 3 4 土壤种子库萌发实验方法3 4 v 目录 3 3 5 数据分析方法3 5 第四章研究结果与分析3 6 第一节地面植被物种组成及区系3 6 4 1 1 地面植被的物种组成3 6 4 1 2 地面植被的植物区系3 6 4 1 3 本节小结4 0 第二节土壤种子库的数量和密度4 1 4 2 1 土壤种子库的物种组成4 l 4 2 2 土壤种子库的数量和密度。4 6 4 2 3 本节小结4 7 第三节土壤种子库的物种多样性4 7 4 3 1 种子库的物种多样性。4 7 4 3 2 本节小结4 8 第四节土壤种子库的相似性4 9 4 4 1 各样地土壤种子库的相似性。4 9 4 4 2 土壤种子库与地面植被的相似性。5 0 4 4 3 本节小结。5 l 第五节土壤种子库的差异性51 4 5 1 各样地土壤种子库的差异性。5 l 4 5 2 本节小结。5 3 第六节土壤种子库的垂直分布5 3 4 6 1 种子库的垂直分布。5 3 4 6 2 本节小结5 5 第七节土壤种子库萌发数量和时间的关系5 6 4 7 1 土壤种子库的萌发时间曲线5 6 4 7 2 本节小结。5 8 6 ( ) 论6 0 论6 l 要创新点6 4 v i 目录 第四节尚待进一步研究和解决的问题6 5 第五节土壤种子库的研究展望6 5 参考文献6 7 致谢7 3 作者简介7 5 v i i 第一章绪论 第一章绪论 第一节研究背景 最早关于湿地的定义是在1 9 5 6 年由美国渔业和野生动物局( f i s ha n d w i l d l i f es e r v i c e ) 为保护候鸟及鱼类资源而提出的：“湿地指的是被浅水、暂时 或间歇水体所覆盖的低地e ee 它包括以出露植被为明显特征的浅湖和池塘； 但是不包括永久性河流、水库和深湖泊的水面，以及那些对湿地植被生长没有 什么效果的暂时性水面”。这一定义列出了湿地的两个基本特征，即湿地水文和 湿地植物。最权威、最具代表性的就是湿地公约中对湿地的定义：“天然或 者人工、长久或者暂时性的沼泽地，泥炭地或水域地带，静止或流动的淡水、 半咸水、咸水水体，包括低潮时水深不超过6 m 的水域；同时，还包括临近湿地 的河湖沿岸、沿海区域以及位于湿地范围内的岛屿或低潮时水深不超过6 m 的海 水水体。，【l j 我国湿地主管部门国家林业局将湿地定义为：“湿地系指天然或人 工、长久或暂时性沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带；带有静止或流动淡水、 半咸水、咸水水体者，包括低潮时水深不超过6 m 的海域。刀1 2 j 由于其巨大的生态功能和社会经济效益，湿地被誉为“地球之肾、“物 种基因库”和“人类摇篮。在世界自然资源保护联盟( i u c n ) 、联合国环境规 划署( u n e p ) 和世界自然基金会( w w f ) 编制的世界自然保护大纲中，湿地 与森林和海洋一起并列为地球三大生态系统。 我国湿地面积大，类型繁多，几乎涵盖了湿地公约所列的所有类型， 在世界湿地保护与利用格局中占有重要地位。然而，随着人口的急剧增加，为 解决工农业用地扩张和经济发展问题，对湿地的不合理开发利用，导致了中国 湿地面积日益减小；捕捞、砍伐、采挖等过量获取湿地生物资源，造成了湿地 生物多样性逐渐丧失等，使得中国湿地资源遭受了严重破坏，其生态功能也严 重受损。 近年来，作为世界上物种多样性最为丰富的生态景观之一，湿地生态系统 越来越受到重视，与湿地相关的研究也越来越多。目前对湿地的研究涉及湿地 的环境以及物种多样性、湿地生态系统服务功能( 调节气候、涵养水源、保持 水土、净化环境、保持生物多样性) 、湿地的经济效益和价值评价和评估等方面， 第一章绪论 遍布宏观、微观的各个研究角落，但是，将湿地土壤种子库与湿地植被多样性、 湿地生态系统恢复联系起来研究的并不多。 随着开放、开发的推进，天津滨海湿地的战略地位将显得越来越突出，在 开发利用过程中也必然引发和国内其他湿地开发利用过程中遇到的相同问题。 由于其所处位置和拥有资源的特殊性，也引来了广大专家学者的关注，近年来 对该地区的研究不断增加。开发过程中不可避免的要对湿地生态环境造成一定 的干扰和破坏；开发后一些湿地景观将不复存在，面临生态恢复和植被重建的 重要使命。因此，对天津滨海湿地土壤种子库开展研究，有助于掌握滨海湿地 土壤种子库物种多样性的第一手资料，有助于研究滨海湿地土壤种子库和地面 植被之间的关系，有助于研究土壤种子库和湿地生态恢复的机制和途径，为滨 海地区的生态恢复和植被重建提供建议和模板。 在政治经济方面，环渤海区域作为经济增长第三极的态势越来越明显。天 津滨海新区成为我国继上海浦东新区后，我国第二个综合配套改革试点区，并 有了明确的发展方向和定位，要努力建设成为我国北方对外开放的门户、高水 平的现代制造业和研发转化基地、北方国际航运中心和国际物流中心，逐步成 为经济繁荣、社会和谐、环境优美的宜居生态型新城区；在生态环境方面，滨 海湿地作为华北地区典型的盐碱湿地，是海洋生态系统与陆地生态系统相互交 汇的复合地带：有近海及海岸湿地、湖泊湿地、河流湿地、河口湿地、沼泽与 沼泽草甸湿地以及各种人工湿地；是天津市湿地类型、生态系统与生物资源多 样的区域，同时也是生态环境较为敏感与脆弱地带，具有重要的生态地位和作 用。在人口和经济的压力下，加上连续数年气候干旱，天津湿地景观变化的一 个显著特征是湿地的人工化、破碎化、盐碱化。 义 部分，在植被自然恢复过程 源，是植被恢复的模板，很 地土壤种子库进行了大量的 子库与地面植被的关系、湿 第一章绪论 土壤种子库动态的研究对于种群生态对策、物种进化等方面问题的解决具 有重要的学术价值，在高等植物占主导地位的大多数生境中以休眠繁殖体形式 存在的个体远远超过地上植株的数量，对土壤种子库的组成、数量及分布的研 究，具有重要的理论和实践意义。 1 2 2 滨海新区湿地土壤种子库研究的目的和意义 近年来，在国家“十一五 规划指导下，天津市大力开发建设。其中大量 投资在滨海新区的建设上，自2 0 0 6 年开始，滨海新区由于基础设施建设、城市 面积扩展、人口增加、工厂企业增加，使得滨海新区的生态环境遭到了破坏。 由于开发建设导致的滨海新区湿地破碎化更是以无法想象的速度递进，因此， 在这样的大背景下对滨海新区湿地进行保护以及恢复是十分紧迫和必要的。 湿地的恢复又分为好多种方法，如水文恢复、生境恢复等等。但是最基础 的也是最适合滨海新区湿地的恢复模式就是植被恢复。要对植被进行恢复，研 究湿地土壤种子库的意义就很大了。同时土壤种子库又是植被生长的基础，研 究土壤种子库不仅可以恢复当前存在的植被，也可以恢复现在已经不在地面生 长的植被。 第三节研究区域概况 1 3 1 地理位置 滨海新区位于华北平原北部、海河流域下游，天津市中心城区的东侧，濒 临渤海，北与河北省丰南县为邻，南与河北省黄骅市相接。地理座标位于北纬 3 8 。4 0 至3 9 。0 07 ，东经1 1 7 。2 07 至1 1 8 。0 0 。滨海新区包括塘沽区、汉 沽区、大港区三个行政区和天津经济技术开发区、天津港保税区、天津港区以 k m 2 ，海域面积3 0 0 0 k m 2 ，海岸线 风气候。由于濒临渤海，受季风 东南风，春秋季多西南风。冬季 水多，秋季冷暖适宜，冬季寒冷 第一章绪论 少雪，四季变化明显。 图1 1 滨海新区位置图 滨海新区年平均气温1 2 6 c ，年均温差3 0 7 ，无霜期2 0 6 天：年平均降 水量为6 0 4 3 m m ，主要集中在夏季，约占全年降水量的7 6 ；年蒸发量为 1 7 5 0 , - , 1 8 4 0 m m ，是年降水量的3 倍；年日照时数为2 8 9 8 8 小时，平均日照百分 率为6 4 7 ，年太阳能辐射量5 3 9 k j e m 2 ，是全市太阳能辐射量最丰富的地区。 本区各月平均风速为4 m s ，极端最大风速为3 3 m s ( 汉沽盐场1 9 6 1 年4 月 5 日) ，是天津市风能资源最丰富的地带，风能密度平均可达1 5 5 1 7 0 w m ，大于 3 r n s 风速的年积累时数，可在6 0 0 0 小时左右，是全市开发风力资源最有前景的 地区。 1 3 3 湿地特征 研究区湿地分布于北纬3 8 0 2 0 3 8 0 3 0 的渤海湾海岸地区，南至岐口，北至 涧河i z i ，跨越大港、塘沽、汉沽三个行政区，全长1 5 3 k m ，湿地面积2 2 7 0 k m 2 。 天然湿地主要有滨海湿地、河流湿地和湖泊湿地三类。其中，滨海湿地现已大 部分被开发为鱼塘、虾池等人工养殖地，裸滩上生长的植被较少；河流湿地包 括蓟运河、独流减河等；湖泊湿地主要是指水库和一些永久性淡水湖，包括北 大港、北塘、营城、黄港、钱圈等水库、七里海、东丽湖等淡水湖泊。 ( 1 ) 潮下带近海湿地 平均宽约1 4 0 0 m ，该湿地的 、海湾三角洲平原、潮脊、 第一章绪论 滨海新区的潮间带湿地：位于高低潮线之间，上界为人工堤岸，下界为o m 等深线，宽度3 0 0 0 - - - 7 3 0 0 m 。高潮时可被水淹没，低潮时露出水面，形成滩地， 为典型的粉沙淤泥质浅滩。 ( 3 ) 潮上带湿地 根据湿地植被、水文、底质特征和受人类活动影响的程度，潮上带湿地分 为河口裸滩湿地、潮上带裸滩湿地、河漫滩盐地碱蓬( s u a e d as a l s a ) 湿地、河 漫滩碱菀( t r i p o l i u mv u l g a r e ) 芦苇( p h r a g m i t e sa u s t r a l i s ) 湿地、河漫滩芦苇湿 地、河漫滩盐地碱蓬+ 碱蓬( s u a e d ag l a u c a ) 湿地、滨湖湿地、人工湿地。潮上 带湿地是一些水禽的栖息地和筑巢繁衍场所，具有丰富的鸟类多样性。各湿地 体的分布与特征如下。 河口裸滩湿地：主要分布于各条河流的河口地区，由于水文条件和土壤条 件等因素，没有湿地植物的发育。 潮上带裸滩湿地：平行海岸呈带状分布于海拔小于5 m 的区域，与潮间带湿 地相邻，底质多为砂质海渍河流沉积物，土壤含盐量高，o , - , 2 0 c m 土层含盐量大 都在4 以上。受潮水浸润的频率较低，没有以盐生植物为建群种的湿地植物， 但实地考察发现有湿地动物存活。 河漫滩盐地碱蓬湿地：该类型湿地主要分布在河漫滩离岸近，湿度较大， 常有水浸润，地势低平地带，据调查，滨海新区主要河流的水质都很差，盐度 高，因此广泛分布盐生植被群落。本群落类型和滨海湿地中潮上带的盐地碱蓬 相同，为单优种植物群落，外貌一片紫红，盐分愈高地带愈加红艳，像红色地 毯平铺在河岸边。除盐地碱蓬外，偶有盐角草( s a l i c o r n i ae u r o p a e a ) 和柽柳 ( l i m o n i u mb i c o l o r ) 生长。有时碱蓬在局部稍高处也能发育成单优种群落。 河漫滩碱菀芦苇湿地：本湿地类型分布在盐分较低处，随着地势抬高，土 壤逐渐脱盐，土壤全盐量下降至o 3 以下，有机质进一步积累，则形成以碱菀、 芦苇为优势种的植物群落。除优势种外还有苣荬菜( s o n c h u sb r a c h y o t u s ) 、蒙古 鸦葱( s c o r z o n e r am o n g o l i c a ) 、稗( e c h i n o c h l o ac r u s g a l l i ) 、鹅绒藤( c y n a n c h u m 滨海新区湿地中广泛分布的群 地中都能见到。群落所在环境 除少数污水区外，一般水体清 第一章绪论 澈，水深0 1 1 1 米左右，透明度常为1 0 0 ，通常鱼、虾、鸟等能正常生活和 栖息在群落中。水底淤泥深厚，富含有机质，常带黑褐色，具腥味及硫化氢腐 蛋味，沼泽土特性较强。群落外貌一片葱绿，以芦苇为上层优势种，常见狭叶 香蒲( t y p h aa n g u s t i f o l i a ) 伴生。群落结构简单，种类成分单纯，一般群落高度 平均约为1 5 米，有的能达到2 5 米，覆盖度高达9 0 9 5 ，个体数量极多，据 采样分析，一般鲜重平均为1 5 k g m 2 ，干重为0 5 5 k g m 2 。群落中的其他伴生种 随着水分的不同有差别，在多水的环境中，芦苇为挺水植物生活型，其中伴生 狭叶香蒲、水葱( s c z r f u st a b e r n a e m o n t a n i ) 、扁杆蔗草( s e i r p u s p l a n i c u l m i s ) 等， 并在水中偶见角果藻( z a n n i c h e l l i ap a l u s t r i s ) 、茨藻( n a j a sg r a c i l l i m a ) 及狐尾 藻( m y r i o p h y l l u ms p i c a t u m ) 等沉水植物。但在浅水或湿土淤泥上，该群落的种 类成分常常比较复杂，多出现在群落的边缘，常见的种类大多为杂草，如野西 瓜苗( h i b i s c u st r i o n u m ) 、野大豆( g l y c i n es o j a ) 、刺儿菜( c i r s i u ms e t o s u m ) 、 鹅绒藤、蒿属( a r t e m i s i as p p ) 等。 河漫滩盐地碱蓬+ 碱蓬湿地：本类型湿地中的盐地碱蓬+ 碱蓬群落分布在比 盐地碱蓬群落地势稍高处，随地势升高，盐分含量降低，为碱蓬与盐地碱蓬共 优种群落，外貌绿色中伴有紫红色。群落覆盖度高达9 5 以上。碱蓬处于上层， 盐地碱蓬出于群落的下层。伴生种有碱菀、苣荬菜、猪毛菜( s a l s o l ac o l l i n a ) 植 守。 滨湖湿地分为滨湖盐地碱蓬湿地、滨湖碱蓬湿地、滨湖盐地碱蓬+ 碱菀湿地、 滨湖盐地碱蓬芦苇湿地、滨湖盐地碱蓬+ 獐毛( a e l u r o p u ss i n e n s i s ) 湿地、滨湖 盐地芦苇湿地、滨湖芦苇+ 碱菀湿地、滨湖盐地碱蓬+ 碱蓬湿地8 类。在滨海新 区湿地中，河漫滩湿地与滨湖湿地的主要区别在于分布的地点不同。由于在滨 海新区范围内，河漫滩湿地与滨湖湿地水文、土壤条件形似，故群落发育也基 本相同。鉴于本分类系统中的湿地体的划分是按照湿地地貌部分和群落类型进 行划分的，因此，滨湖湿地的各湿地特征在此不再赘述。 人工湿地主要包括水库、养殖池塘、灌溉用沟渠、盐田和景观水面等类型。 在不同年 育有明显的动态变化，干旱 降水较多的年份，农田排水 蒲群落。 第一章绪论 1 3 4 地形地貌 滨海新区地貌属于滨海冲积平原，西北高，东南低，海拔高度l 3 米，地 面坡度小于1 1 0 0 0 0 ；主要地貌类型有滨海平原、泻湖和滩涂。海河、蓟运河、 永定新河、潮白河、独流减河等主要河流均从滨海新区入海，区内还有北大港、 北塘、营城、黄港、钱圈等古泻湖、水库以及大面积的盐田和众多的坑塘，因 此水域面积大和地势低平成为本区主要地貌特征。滨海新区跨越了沧州隆起、 黄骅坳陷两个地质构造单元，区内包括：沧东断裂、海河断裂等壳断裂、汉沽 断裂等盖层断裂以及其他一般性断裂。 滨海新区地质构造属于新华夏构造体系的黄骅凹陷带，而且孕育着以海河 断裂带为代表的构造带，断裂两侧地质有明显的落差，对两侧建设造成一定影 响。地表主要是第四纪河相河海相沉积物，故形成承载力仅6 s t m 2 的松软地质 基础。 研究区成土母质对土壤的形成发育及理化性状有直接影响。天津滨海新区 为沉积母质所组成，湖泊、洼淀为静水沉积成土母质组成，其特点是质地分选 好，冲积层次明显。由于河流多次交错沉积，各沉积层质地各异，从而构成了 土体构型的多样化。不同质地土壤有明显的区域性分布，在河流两侧、古河道、 决口大堤处分布着沙土，洼淀、湖沼为粘滞土；在湖泊、洼淀周围经常出现埋 藏有机质层。滨海湿地土壤为海相沉积物质组成，距离海越近其出现的部位越 浅，直至海边均系海相沉积物母质。此区由于地下水受海水影响，加之海潮侵 袭作用，盐分在土壤中大量聚集，其盐分组成又以氯化物占绝对优势。 1 3 5 土壤特征 滨海新区成陆时间较短，主要为第四纪以来的河积海积物，这些沉积物因 受到综合自然条件的影响，在距离渤海较远区域已经发育成为我国地带性土壤 褐土。大多为滨海盐土，分布于塘沽、汉沽、大港等区，面积约8 1 3 5 6 k i n 2 ，占 全市土壤面积的6 9 7 。由于海水影响，地下咸水的浸渍，具明显的潜育层。 土壤大多质地粘重，土壤质地类型可分为粘土、粘壤土、粉壤土和壤土四大类。 土壤的透气、透水性差，但是土壤养分较充足。p h 值多在7 5 以上，有机质在 o 3 9 1 8 4 之间，全氮含量在0 0 3 o 1 之间。土壤含水量在0 1 4 0 o , 4 ) 4 0 ，土 一般在0 6 以上，可高达3 以上；盐分组成中，以氯化物为主，其 的h c 0 3 和s 0 4 2 。地下埋藏深度多在5 0 - - - 7 0 厘米，浅层氯离子含量为 7 第一章绪论 9 4 9 0 2 8 6 3 4 m g l ，地下水矿化度高达3 0 m g l ，成为土壤盐分的重要来源。轻度 盐化的剖面中盐分分布多为表层大，表层以下上下差不多；中度盐化的剖面盐 分上下大，中间4 0 c m 左右较小。剖面有锈文锈斑，底部1 s r r l 以下有蓝灰色潜 育层。有的地方剖面中有黑色夹层出现，有机质含量及石灰反应均无明显异常。 质地多为通体粘质，上部3 0 4 0 c m 以上多为轻粘质，下部则为中粘或重粘质。 剖面通体盐分含量0 1 0 3 。 由于本区地势低下水位高，故使土壤发生草甸化过程，因此本区的土壤为 草甸盐土和盐化草甸土。从分布区看，在低洼地区，由于地下水直接参与土壤 形成过程，发育成浅色草甸土，为本区以小麦( t r i t i c u ma e s t i v u m ) 为主的栽培 植被区。但其洼地边缘尚有盐渍化现象，成为盐渍化草甸土，对农作物生长不 利。在滨海平原，由于地下水含盐量高，再加上海潮的影响，增加了土壤含盐 量，形成滨海盐土或滨海盐化浅色草甸土，农作物难以生长，仅发育成滨海藜 科植物为优势的盐生植被或盐沼植被。 第四节研究的主要内容和技术路线 1 4 1 研究的主要内容 目前，对于湿地的研究很 多。然而这些研究或者集中在 宏观的战略规划和环境影响 评价，或者集中于中观的物种 多样性调查和保护，或者集中 于微观的湿地生物、环境的生 化、理化作用机制；对种子库 的大部分研究都是对草原、草 地、荒地、沙地、森林等地貌 和植被类型的，对湿地 漫地的研究领城 种于库研究领域 研究很少。因而本文将土壤种子库作为湿地生态恢复和植被重建 探讨其实现的可能途径和方法；提出湿地土壤种子库是一种重要 尝试对其利用和保护进行论述。 对土壤种子库的研究多集中于森林、草地，对湿地土壤种子库的 8 第一章绪论 研究偏少【3 】。王相磊【4 】、刘贵华【5 1 和李伟成f 6 】等分别对洪湖退耕湿地、长江中下 游湿地和杭州西溪湿地的土壤种子库特征进行过相关研究，但是对盐碱湿地土 壤种子库的研究尚属空白【6 】。近年来，由于经济的发展和人类的不合理开发，作 为环渤海经济开发区的重要组成部分，天津滨海新区湿地显著地存在着湿地面 积缩减和破碎化等问题，湿地植被面临减少和消失等重大威胁，亟需进行系统 的研究。目前尚未有对于滨海新区湿地的系统研究，对其土壤种子库的研究更 是空白。本文以滨海新区不同类型的湿地作为研究对象，探讨其土壤种子库的 特征、多样性以及地上植被现有种的对应关系，旨在为该地区湿地生态系统多 样性和退化生态系统植被恢复提供理论依据。 本文主要研究内容： 1 、天津滨海新区湿地植物区系和主要植物群落特征。 2 、天津滨海新区湿地土壤种子库的基本特征，包括：种子库的种类、种子 库数量( 密度) 、种子库的生物多样性、种子库垂直分布、种子萌发特性等；种 子库和地面植被的关系等。 3 、土壤种子库在天津滨海湿地保护和恢复中的重要意义，提出保护建议。 9 第一章绪论 1 4 2 研究的主要技术路线 国内外湿地种子库研究成果分析滨海湿地基本情况的了解 滨海湿地土壤种子库研究课题的提出 湿地种子库实验方法卜一叫设计研究方案卜1种子库分析方法 滨海湿地各种 群落类型调查 野外踏勘、调查取样 滨海湿地土壤种子库发芽实验 滨海湿地土壤 理化指标检测 滨海湿地土壤种子 库基本特征分析 土壤种子库 动态情况 滨海湿地土壤种子库用于植被恢复 的可能途径和方法 1 0 滨海地区相关政 策、技术支持 第二章国内外土壤种子库的研究进展 第二章国内外土壤种子库的研究进展 第一节土壤种子库概念 广义的种子库是指土壤表面或基质中具有繁殖能力的种子、果实、以及无 性繁殖体和其它能再生的植物结构的总称，狭义的种子库是指土壤中的种子和 包含种子的果实。按照t h o m p s o n 的观点，土壤种子库( s o i ls e e db a n k ) 是指土 壤及土壤表面的落叶层中所有具有生命力的种子的总和【7 】。在大多数生境中，植 物以休眠繁殖体形式存在的个体远远超过地上植株的数量。由于种子比植物成 株有更强的耐受胁迫的能力，埋藏在土壤中的种子更能逃避干扰、疾病和动物 捕食的损害，因此h a r p e r 把土壤种子库时期称为“潜种群阶段。c o f f i n 等人研 究了土壤种子库之后提出，一个植物群落的种子库是对它过去状况的进化记忆， 也是反映群落现在和将来特点的一个重要因素f 8 】。 第二节国内外研究进展 目前对土壤种子库的研究主要涉及草原、沙地、荒地、森林等植被类型种 子库的研究，对湿地土壤种子库的研究相对较少( 图2 1 ，2 2 和2 3 ) 。若以1 9 世纪中期达尔文【9 】采集3 个池塘的淤泥样品进行萌发实验的工作作为湿地种子 库研究的开始，湿地种子库研究已有近1 5 0 年的历史。此后湿地种子库的研究 停顿了很长一段时间。分析土壤种子库相关文献可知，s c i 文章中各种研究对象 的文章比例从大到小依次为：林地 草地 湿地 荒漠 耕地 其他 城市用地和废 弃地，以湿地为研究对象者仅为1 8 ；对比之下中文文章的比例排序为：林地 耕地 荒漠 草地 湿地 综述 废弃地 城市用地等，湿地的仅为1 0 ，少于s c i 文章的比例。中文文章的一个显著特点就是综述性文章较多，这也从一个侧面 说明国内的相关研究比国外的稍落后，很大程度上是在国外研究的基础上开展 的。 第二章国内外土壤种子库的研究进展 3 0 0 0 2 5 0 0 基2 0 0 0 3 j 菰住0 0 钗1 0 0 o 五0 0 林地 2 7 废弃地 2 勇 2 3 城市用地 2 1 8 图2 1 关于土壤种子库的s c i 文章的主要研究对象 荒漠 1 5 湿地 1 0 图2 2 关于土壤种子库的中文文章的主要研究对象 草地 城市用地废弃地耕地荒漠林地其他混地综述 2 3 关于土壤种子库的s c i 文章和中文文章主要研究对象的比较 1 2 第二章国内外土壤种子库的研究进展 土壤种子库研究的热点问题有土壤种子库的类型、土壤种子库的研究方法、 土壤种子库动态变化、土壤种子库与植被恢复的关系等等( 见图2 4 ) 。国外学 者对土壤种子库的研究重点，可以从研究的关键词分析看出端倪。总体而言， 多年来s c i 文章中对于土壤种子库的研究中排名前7 位的关键词依次为： s o i l p l a n t v e g e t a t i o n d e n s i t y s e e d l i n g c o m p o s i t i o n g e r m i n a t i o n ，说明种子库研究 关注的重点问题在于植物种类和植被、密度、组成、萌发等。对比s c i 文章， 中文文章中排名靠前的7 个关键词分别为：土壤种子库 种子库 植被恢复 种子 雨 物种多样性 杂草 地上植被。 1。-。_。-。_。_-。_。_。_-。_一 f _ 文章数一文章比例i e - - ipchcc o o ch 口1 - 4a ) 苎copc o op 一op , - - - 4p 目 。四1 , , - i h h _ h h 吕h ha ) j h - - - 4o- - - 4pppc 一at - p a c 口一面e - j h t - , 1 = 4 po oc hh旨田目 。口 o 一 勺j暑 a 吕qoo 基 o o凹 净o a o 关键词 p a ) c_oh 工 t dt , - - , p o n 们c ) ppt - oc e - , 4 c 一oo oc 一g a 时一o a 西 cpohp 鲁 上二po $ - 4 勺jo )o 由hod 凹 - e - 4a o 1 - 4 吕dhc o口bop 昌 。一 口 图2 4 关于土壤种子库的s c i 文章的主要关键词 ! 塑堑三j 窭煎亟玉匦 图2 5 关于土壤种子库的中文文章的主要关键词 1 3 4 0 0 3 5 0 3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 0 5 0 0 4