(1)植物的光合作用是非常复杂的内部生理过程,净光合速率的大小通常作为反映了植物固碳释氧能力的强弱[19],评价内因与外因对光合作用影响程度的指标[20],而净光合速率受外界环境因子影响较大。在净光合速率与外界多变的环境因素与植物生理因素相关性分析中,测试的15种植物中,苎麻、白芒、大狼把草及鬼针草的净光合速率则与气温、叶片温度,叶室湿度以及水分利用呈负相关,其中白芒及大狼把草净光合速率则与气温、叶片温度呈显著(p<0.05)或(p<0.01)极显著的负相关,这与邵永昌[21]、王海湘[22]等的研究结果不同,究其原因,可能因为测定时间段内温度过高减弱了植物光合碳同化过程。试验所测的大多数植物的净光合速率与光合有效辐射、蒸腾速率及气孔导度等呈显著(p<0.05)或(p<0.01)极显著的正相关,仅少数种类植物的净光合速率与气孔导度无关,可能由于测定时间段内温度过高,植物处于高温胁迫状态,使得其非气孔限制因子对光合作用的影响占主导地位[23]; 而测试植物的日平均光合速率与胞间CO2浓度呈显著(p<0.05)或(p<0.01)极显著的负相关,这与邵永昌[21]、吴芹[24]的研究结果一致。说明一定程度内,光合有效辐射、气孔导度、蒸腾速率的变化及胞间CO2浓度是影响植物叶片光合速率大小的主要因素,从而影响其固碳能力。故而在开展植物生态修复工程中,应保持适当种植距离,以增强植被采光及通风效果,从而提高植物的固碳能力。
图1 15种植物日光合净同化量、单位叶面积固碳量和单位土地面积固碳量
(2)消落带湿地系统作为物质转换的重要动态中心,其他元素的输入和转化对碳循环动态也产生着重要影响[4],尤其以氮磷对植物光合固碳能力及碳分配有着显著的影响。试验测得的不同生活型的植被的全氮含量平均值分别为:18.6 mg/g,24.59 mg/g,22.05 mg/g,高于三峡库首地区的氮含量(18.3 mg/g),与同尺度区域的植物叶片氮素含量相当[25-27]; 不同生活型的植被的全磷含量平均值分别为3.55 mg/g,3.15 mg/g,4.02 mg/g,而磷含量要高于其他同尺度区域[26,28],这表明,重庆三峡库区消落带植物体内氮磷含量较为富足。同时,试验测得的不同生活型的植被的日平均光合速率均高于其他地区[29]。此结果可以通过以下假说来解释:在淹水生境下维持相对高的光合速率以及叶片营养元素对于植物存活是非常关键的[30]。通过对不同生活型植物的日平均光合速率与叶片全氮、全磷之间相关性分析结果显示两者显著性并不明显,而在与叶片氮磷比相关性方面,灌木的日平均光合速率与叶片氮磷比呈显著负相关,可能因为在库区消落带氮磷供给充足的前提下,叶片磷供给量过多时,使得地上部分生物量积累受到限制[31]; 同时,也可能与土壤环境有关,土壤对植物的叶片氮磷含量变化有显著影响,本研究未就土壤因子对植物叶片氮磷含量的影响进行研究,或许会忽略土壤环境对植物固碳功能的限制影响[32],需继续深入开展研究。
(3)固碳能力是反映植物光合作用的重要指标。净固碳量高说明植物与外界交换的CO2和O2较多,可以把更多的太阳能转化成有机质储存于植物体内[33],日光合净同化量、单位叶面积固碳量及单位土地面积固碳量均不相同。测试的15种植物中,乔木中的竹柳,灌木中牡荆、地桃花,具有较高的日光合净同化量、单位叶面积固碳量及单位土地面积固碳量,由于净光合速率和叶面积指数是决定单位土地面积植物固碳量的重要因素[34],草本中的鬼针草、合萌虽然具有较高的日光合净同化量、单位叶面积固碳量,因为其叶面积指数远远低于其他植物,草本中芦苇和辣蓼等单位土地面积的固碳能力较其他植物要高。因此,本研究建议在三峡库区消落带植物修复进行植被选择过程中,在充分考虑植物的固碳的生态效益时,应选择诸如竹柳,牡荆,地桃花,芦苇,辣蓼,鬼针草,合萌等高效碳汇植物,在三峡库区消落带生态修复工程进行植被选择配植过程中,合理搭配,构建多层复合配置的林灌草的模式[35],不仅提高整个植被系统的固碳能力,从而提高库区消落带湿地生态系统的碳汇功能。
三峡库区消落带湿地生态系统受水文机制调控,海拔变化引起的淹水持续时间、频率和水深对其原有生态系统平衡造成严重破坏,植物群落的组成与空间分布格局遭受显著影响[36-39]。库区消落带的植被修复措施用来改善消落带生态系统逐渐成为人们关注的焦点[40]。光合固碳作用是植物的重要生态功能之一,对于维持消落带湿地生态系统平衡具有重要的价值。而植物的光合固碳过程是一个复杂的生理过程,受到外界多变的环境因素的影响。在今后的研究中,应结合多种分析方法将这些相互联系、相互制约的影响因素综合起来,筛选具有较强固碳能力及碳储量潜能的植物类型,并考虑植物的生长适应性来优化植物配置模式。
