CN111122374B - 消落带植物分解速率的测试装置及其测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水生态系统物质循环领域，涉及一种消落带植物分解速率的测试装置及其测试方法，其中测试装置包括漂浮于水面的浮盘和均匀可拆卸固定安装在浮盘底部的若干取样盆，取样盆内放置有连根带土植物，土壤表面覆盖有尼龙网，取样盆外可拆卸套设有尼龙网袋，该测试装置的测试方法中消落带植物处于活体状态，能够真实的计算活体植物水生分解过程中的分解速率，对评价植物分解对水环境污染负荷的贡献具有现实指导意义，同时也为消落带生态系统中植物碳氮磷等营养元素在水体、土壤中的迁移转化提供较好的研究方法。

Description

消落带植物分解速率的测试装置及其测试方法
技术领域
本发明属于水生态系统物质循环领域，涉及一种消落带植物分解速率的测试装置及其测试方法。
背景技术
消落带又称消落区或涨落带，是指由于水库调度或自然界水位涨落引起水位周期性变动从而形成的周期性出露于水面的一段特殊区域，通常指最低水位线至最高水位线之间的地貌单元，是水陆生态系统的交错地带。消落带植被具有过滤泥沙和营养物质、保持水土、稳定河岸系统等多种重要的生态功能，并具有一定的景观美学功能和社会经济效益。但由于长期受到水位的干扰，在水位上升阶段大量草本植物的地上部分淹没分解，释放大量营养元素，从而对水环境造成较大的影响。因此准确研究植物在水生分解过程中的分解速率，物质释放特征，对于评价植物分解对水环境污染负荷的贡献具有重要的意义。
传统的陆地和湿地生态系统凋落物(枯落物)的研究方法：利用耐分解的尼龙网(具有大小不同的网眼)作为凋落物袋。采集野外已凋落的植物叶，茎，根据凋落物材料的大小缝制成一定大小的矩形凋落物袋，将已知干重的适量凋落物装入袋中并模拟自然状态随机放在水中、土壤表面或空中。在不同的分解阶段定期收回凋落物袋，迅速测定剩余的枯落物量，计算干重损失率，分解速率，测定各种营养元素的含量等。消落带植被在淹没前与陆地和湿地生态系统凋落物(枯落物)状态完全不同，表现在：1)淹没前植物仍然处于活体状态，并非死亡凋落；2)受到水位的长期干扰，消落带大部分植物已表现出独特的耐淹特性，即在淹水阶段，植物表现出一定抗逆性，不会立即死亡。上述特点决定了消落带植物在淹没阶段的分解过程为：从活体到死亡再到分解，有别于陆地和湿地生态系统凋落物(枯落物)分解过程：从死亡到分解。因此如果直接从活体植物剪取地上部分茎叶作为待分解的“凋落物”，并用传统的凋落带方法直接浸泡在水中研究植物的水生分解过程，将分解过程直接缩短为：从死亡到分解，显然与原位状态有很大的差别，不能真实反映分解状态。因为在淹水前消落带植物并未凋落死亡，大部分植物仍然处于存活状态且在水中可存活一段时间，采用传统凋落袋方法加速了植物的分解过程，与实际分解状态有一定差别。
鉴于上述技术缺陷，本发明针对消落带活体植物的淹没分解，创造性提出一种应用浮盘研究活体植物水生分解的方法。该方法充分考虑植物淹没前的存活状态，更接近最初分解状态，同时浮盘可根据水位变化而变化。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种消落带植物分解速率的测试装置及其测试方法，该测试方法中消落带植物处于活体状态，能够更加真实的反应活体植物的水生分解状态。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
消落带植物分解速率的测试装置，包括漂浮于水面的浮盘和均匀可拆卸固定安装在浮盘底部的若干取样盆，取样盆内放置有连根带土植物，土壤表面覆盖有尼龙网，取样盆外可拆卸套设有尼龙网袋。
进一步，取样盆内土壤厚度为10～20cm。
进一步，浮盘底部均匀开设有插孔，取样盆外的尼龙网袋固定在插孔内。
消落带植物分解速率的测试方法，包括以下步骤：
A、选取漂浮材质制作浮盘，浮盘下部用于悬挂若干取样盆，其中取样盆中放入从野外选取的连根带土植物，取样盆中原位土壤厚度为10～20cm，土壤表面覆盖一层密实的尼龙网；
B、待植物成活后，将取样盆外套设尼龙网袋，将取样盆固定在浮盘下面，将浮盘浸入水中，观察植物分解过程；
C、选取与移入取样盆长势相当的植物株数，去掉地下根系，称取新鲜活体的植物地上部分烘干至恒重进行称重，记录分解前的重量为W0，然后在取样盆植物分解末期，将取样盆取出，取下外部尼龙网袋收集的植物残体和覆盖在土壤尼龙网上凋落的植物残体，烘干至恒重进行称重，记录为W1，然后再剪掉取样盆中植物地上部分称取重量，烘干至恒重进行称重，记录为W2，W1+W2为植物在t时刻水下分解后的重量；
D、采用Olson指数衰减模型计算分解速率常数，W0初始植物干重，W1+W2为t时取样时植物干重，k为分解速率，计算公式为：(W1+W2)/W0＝e-kt。
进一步，步骤A中浮盘采用竹条编织而成。
进一步，步骤A取样盆采用绳索或者插孔的方式固定在浮盘下部。
进一步，步骤A尼龙网平铺于土壤表面，起到避免水下土壤的流失，同时收集凋亡枯落物的作用，尼龙网中间留取植物生长部位。
进一步，步骤C中烘干称重工艺为将植物置于45～65℃烘箱中烘干至恒重进行称重。
本发明的有益效果在于：
本发明所公开的消落带植物分解速率的测试方法，选取两盆长势相当的新鲜活体植物，其中一盆植物地上部分直接烘干称重，另一盆置于浮盘下进行分解，分解末期的植物残体和植物地上部分活体混合烘干称重，通过两盆植物烘干重量的对比进行计算植物分解速率，该测试方法中消落带植物处于活体状态，能够真实的计算活体植物水生分解过程中的分解速率，对评价植物分解对水环境污染负荷的贡献具有现实指导意义，同时也为消落带生态系统中植物碳氮磷等营养元素在水体、土壤中的迁移转化提供较好的研究方法。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明消落带植物分解速率测试装置的结构示意图；
图2为本发明消落带植物分解速率测试装置中取样盆的结构示意图。
附图标记：浮盘1、取样盆2、尼龙网袋3、植物4、尼龙网5、土壤6。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明以三峡库区消落带为研究背景。三峡大坝建成并正常运行(2010年蓄水至175m)后，实行“蓄清排浑”的运行方式，即夏季低水位运行(145m)，冬季高水位运行(175m)，在海拔高程145～175m的库区两岸，形成与天然河流涨落季节明显相反、涨落幅度高达30m，面积348.9km2的新生生境—消落带。本发明以三峡库区消落带典型优势草本植物狗牙根，苍耳，牛鞭草为研究对象。
实施例
如图1～2所示消落带植物分解速率的测试装置，包括漂浮于水面的正方体浮盘1，浮盘1的长宽均为1.5m，浮盘底部均匀可拆卸悬挂9个取样盆2，取样盆2大小为：直径×高＝10cm×11cm，取样盆2呈三行三列，取样盆2内放置有连根带土植物4，土壤6表面覆盖有尼龙网5，取样盆外可拆卸套设有尼龙网袋3。
消落带植物分解速率的测试方法，包括以下步骤：
A、采用编织的竹条制作浮盘，将浮盘下部均匀悬挂9个取样盆，其中取样盆中放入从野外选取的连根带土植物，分别为带根的4株狗牙根，1株苍耳，4株牛鞭草各3盆，相当于每个物种分别设置3个重复，共设置9个取样盆，取样盆中原位土壤厚度约为10cm，土壤表面覆盖一层密实的尼龙网，中间留取植物生长的部位，取样盆外通过网眼大小为2mm的尼龙网袋包裹并扎紧。
B、从野外分别将植物移栽到5个花盆中，定期给植物浇水，直到待测植物成活后，选取长势相当，株数相同的植物2盆，其中一盆用作取样盆，将取样盆外套设尼龙网袋，并将取样盆固定在浮盘下面，将浮盘浸入水中，观察植物分解过程。
C、另一盆带回实验室，去掉地下根系，新鲜活体的植物地上部分置于45℃烘箱中烘干至恒重进行称重，分别测定植物初始干重W0，本实验狗牙根，苍耳，牛鞭草烘干后重量分别为：14.17g，110g，15.16g。
D、将9个取样盆分别放置于浮盘下面，将浮盘放入水中。淹没130天后，取下取样盆，取下外部尼龙网袋收集的植物残体和覆盖在土壤尼龙网上凋落的植物残体，迅速带回实验室置于45℃烘箱中烘干至恒重进行称重，记录为W1。同时将花盆中植物取出，截取地上部分置于45℃烘箱中烘干至恒重进行称重，记录为W2。W1+2为分解后剩余干重。本实验狗牙根，苍耳，牛鞭草烘干后重量分别为：6.12g，91.58g，9.62g。
E、采用Olson指数衰减模型计算分解速率常数，W0初始植物干重，W1+W2为t时取样时植物干重，k为分解速率，计算公式为(W1+W2)/W0＝e-kt。本实验狗牙根，苍耳，牛鞭草的分解速率为：0.00646，0.00141，0.00350。
对比例
传统消落带植物分解速率的测试方法，包括以下步骤：
A、在植物生长的原位，选择与实施例中植物长势相当，株数相同的植物，剪取狗牙根，苍耳，牛鞭草地上部分，带回实验室，烘干至恒重W0，初始重量分别为14.17g，110g，15.16g。
B、选择与实施例中植物长势相当，株数相同的植物，将植物地上部分用剪刀剪成3～4cm的小段，将剪取的植物放入尼龙网袋中(网眼大小2mm)，然后放入水中分解。淹没130天后，取出凋落物袋，将凋落物取出烘干至恒重，记录为W1，狗牙根，苍耳，牛鞭草分解后干重分别4.38g，65.91g，6.90g。
C、分解速率的计算：
分解速率：W1/W0＝e–kt。
本实验狗牙根，苍耳，牛鞭草的分解速率分别为：0.00903，0.00394，0.00605。
表一为实施例与对比例狗牙根，苍耳，牛鞭草分解速率对比表。
表一：
物种 实施例分解速率(10<sup>-3</sup>/d) 对比例分解速率(10<sup>-3</sup>/d)
狗牙根 6.46 9.03
苍耳 1.41 3.94
牛鞭草 3.50 6.05
由上表可见，采用本发明消落带植物分解速率的测试方法，获得的植物分解速率与对比例测试方法获得的植物分解速率相差较大，可见传统的测试方法获得的消落带植物分解速率不能客观反应真实消落带植物分解速率。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.消落带植物分解速率的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、选取漂浮材质制作浮盘，浮盘下部用于悬挂若干取样盆，其中取样盆中放入从野外选取的连根带土植物，取样盆中原位土壤厚度为10～20cm，土壤表面覆盖一层密实的尼龙网，尼龙网平铺于土壤表面，起到收集凋亡枯落物的作用，尼龙网中间留取植物生长部位；
B、待植物成活后，将取样盆外套设尼龙网袋，将取样盆固定在浮盘下面，将浮盘浸入水中，观察植物分解过程；
C、选取与移入取样盆长势相当的植物株数，去掉地下根系，称取新鲜活体的植物地上部分烘干至恒重进行称重，记录分解前的重量为W0，然后在取样盆植物分解末期，将取样盆取出，取下外部尼龙网袋收集的植物残体和覆盖在土壤尼龙网上凋落的植物残体，烘干至恒重进行称重，记录为W1，然后再剪掉取样盆中植物地上部分称取重量，烘干至恒重进行称重，记录为W2，W1+W2为植物在t时刻水下分解后的重量；
D、采用Olson指数衰减模型计算分解速率常数，W0初始植物干重，W1+W2为t时取样时植物干重，k为分解速率，计算公式为：(W1+W2)/W0＝e-kt。
2.如权利要求1所述消落带植物分解速率的测试方法，其特征在于，步骤A中浮盘采用竹条编织而成。
3.如权利要求1所述消落带植物分解速率的测试方法，其特征在于，步骤A取样盆采用绳索或者插孔的方式固定在浮盘下部。
4.如权利要求1所述消落带植物分解速率的测试方法，其特征在于，步骤C中烘干称重工艺为将植物置于45～65℃烘箱中烘干至恒重进行称重。
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