辽河口不同类型湿地土壤碳氮磷生态化学计量学特征

为阐明不同类型湿地土壤碳氮磷生态化学计量特征,以辽河口湿地为研究对象,对自然芦苇湿地、油田区芦苇湿地、退化芦苇湿地、碱蓬湿地、滩涂和稻田等六类湿地的土壤有机碳(TOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量及其生态化学计量学特征进行测定和分析。结果表明,辽河口湿地土壤TOC、TN、TP含量分别为1.612～167.832、0.159～4.452和0.021～0.093 g·kg-1,其含量因湿地类型和土壤深度而异。自然芦苇湿地和油田区芦苇湿地土壤TOC含量较高,自然芦苇湿地和稻田土壤TN含量较高,而碱蓬湿地、滩涂TOC和TN含量较低;不同类型湿地表层土壤(0～10 cm) TOC和TN含量显著高于下层土壤(10～40 cm)。TP含量在不同类型湿地和不同深度土壤间均无明显差异(P0.05)。C/N、C/P、N/P值分别为28、364和13,在不同类型湿地中差异显著(P0.05)。相关分析表明,TOC、TN与C/P、N/P呈正相关,电导率(EC)与土壤TOC、TN、TP、C/N、C/P和N/P呈弱的负相关。研究表明,盐度增加可能会削弱土壤中氮磷等营养元素对碳累积过程的控制,引起湿地土壤的碳损失。     

不同水盐生境下芦苇湿地植被及土壤碳氮磷生态化学计量特征

在黄河三角洲选取3种典型的芦苇湿地群落为对象,即:故道区(1996年改道的黄河故道河岸带芦苇群落)、新生区(现行黄河河岸带新生芦苇群落)和潮水区(远离新旧河道但受潮汐影响的潮滩芦苇群落),研究黄河改道对3种生境芦苇各器官(茎、叶、根状茎、须根)和土壤剖面碳(C)、氮(N)、磷(P)含量变化及化学计量特征的影响.结果 表...     

植被盖度对土壤碳、氮、磷生态化学计量比的影响——以敦煌阳关湿地为例

土壤碳、氮、磷生态化学计量比可以广泛地指示群落的生态学动态过程,其研究可以为湿地生态系统的恢复与保护提供依据。以敦煌阳关湿地为研究对象,选取53个样地,分层(0—20、20—40 cm和40—60 cm)采集土壤样品,对3种植被盖度类型(高盖度、中盖度和低盖度)的土壤碳、氮、磷生态化学计量比特征及其影响因素进行了研究。结果表明:(1) 0—20、20—40 cm和40—60 cm土层C/N变化趋势均为:高盖度中盖度低盖度,C/P、N/P变化趋势均为:低盖度中盖度高盖度。(2)高盖度土壤C/N、C/P和N/P均随土层深度的增加而增大;中盖度土壤C/N随土层深度的增加而增大,C/P、N/P随土层深度的增加先减小后增大;低盖度C/N、C/P和N/P均随土层深度的增加先减小后增大。(3) 0—60 cm土层土壤水分与C/N显著负相关(P0.01),而与C/P、N/P显著正相关(P0.01),土壤盐分与C/P、N/P均显著负相关(P0.01),pH与C/P、N/P均显著正相关(P0.05),TP与C/N呈显著负相关(P 0.05),TN与C/P、OC与N/P均呈极显著正相关(P0.01)。由多元线性回归分析可知,土壤水分是土壤C/N、C/P和N/P的关键影响因子。     

河口湿地植物活体-枯落物-土壤的碳氮磷生态化学计量特征

碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量比是生态系统过程及其功能的重要特征.以闽江河口的芦苇(Phragmites australis)和短叶茳芏(Cyperus malaccensis var.brevifolius)湿地为对象,开展植物活体-枯落物-土壤系统的C、N、P季节动态研究.结果表明:芦苇和短叶茳芏植物活体、枯落物和土壤年均C、N、P含量为C＞N＞P,两种湿地系统C、N含量均为植物活体和枯落物高于土壤,但与土壤P含量大小关系因植物构件差异而不同;芦苇和短叶茳芏植物活体、枯落物和土壤的C、N、P生态化学计量比表现为C∶P＞C∶N＞N∶P;芦苇湿地C∶N为枯落物＞植物活体＞土壤,短叶茳芏为植物活体＞枯落物＞土壤,而C∶P和N∶P均为枯落物＞植物活体＞土壤;C、N、P化学计量比可以反映湿地C、N、P交换过程和植物群落的生态功能.     

九段沙芦苇湿地生态系统N、P、K的循环特征

对九段沙(上沙、中沙、下沙)芦苇湿地土壤、植物中N、P、K含量进行了测定,研究其分布规律.结果表明:水平分布上,湿地土壤全量养分与速效性养分含量均是中沙最低,并以中沙为中心向两端递增,速效性养分的这种变化尤为显著.垂直分布上,土壤全N和全K含量的分布规律一致,为上层＞下层＞中层;全P含量分布为中层＞上层＞下层.速效N含量分布为上层＞中层＞下层;速效P含量上层土壤最高,中、下层土壤含量因湿地类型而异;速效K含量多以中层土壤最低,上、下层土壤含量变化不稳定,以不同湿地而异.不同芦苇湿地的土壤速效性养分含量差异显著大于全量养分的差异,0～60 cm深度土壤的全量养分和速效性养分含量排序均为K＞N＞P.中沙湿地植物中养分含量最低,与土壤中营养元素总体水平分布一致;多数芦苇湿地植物中营养元素含量排序为N＞K＞P,与土壤养分含量排序不一致.不同芦苇湿地的吸收系数排序均为N＞P＞K;芦苇湿地利用系数排序为P＞K＞N;循环系数排序为N＞K＞P.     

崇明东滩湿地芦苇和互花米草N、P利用策略的生态化学计量学分析

测定了崇明东滩湿地典型植物群落内芦苇和互花米草各器官及土壤中的N、P含量和N∶P,揭示了它们的季节性动态,并对其N、P利用对策进行了生态化学计量学分析.结果表明:两种植物的N、P含量差异显著且芦苇＞互花米草;不同植物以及同一植物不同器官的N、P含量随生长节律发生明显变化;N、P含量的器官分配模式对于芦苇和互花米草均是叶＞茎＞根;两种植物地上部分和地下部分N、P含量5月＞9月＞7月;芦苇N、P积累量＞互花米草;2种植物地上部分N、P含量差异显著;互花米草生境土壤各月份N含量均高于芦苇生境土壤;P含量仅在5月份高于芦苇生境土壤,其它月份均低于芦苇生境土壤.芦苇叶片N含量与生境土壤N含量相关不显著,叶片P含量与土壤P含量显著正相关;互花米草叶片N含量与土壤N含量极显著正相关,叶片P含量与土壤P含量相关不显著.芦苇和互花米草叶片N∶P与土壤N、P含量及N∶P间相关均不显著.芦苇在生长初期和生长末期的N∶P＜14,表明其生长受到N限制;处于生长旺季时,14＜N∶P＜16,表明其受到N、P共同限制.互花米草在各月份的N∶P＜14,说明其主要受到N限制.总体而言,N素是芦苇和互花米草净初级生产力的主要而经常性的限制因子.     

大兴安岭不同火烧年限森林凋落物和土壤C、N、P化学计量特征

测定大兴安岭林区不同火烧年限(火后4、14、40、70和120年内未火烧)、不同坡度(坡地、平地)凋落物和土壤C、N、P含量及其化学计量比,分析火烧对凋落物和土壤养分的长期影响及两者之间的关系.结果表明: 不同火烧年限凋落物和土壤C、N、P化学计量特征差异显著,凋落物C含量变化不大.凋落物N、P含量随火烧年限的增加而增加,在火后4和14年较低,在火后40年恢复到对照(未火烧)水平.凋落物C∶N和C∶P值随火烧年限增加而下降,N∶P值则呈上升趋势.土壤C、N、P含量及其比值随土层深度增加而降低.坡地土壤C含量随火烧年限增加而增加,在火后70年显著高于对照,在平地差异不显著.火烧年限和坡度的交互作用影响土壤P含量和C∶P值.坡地土壤P含量在火后4年高于对照,而平地在火后40年高于对照;坡地C∶P值在火后14年达到对照水平,而平地与对照差异不显著.冗余分析表明,有机质层土壤的坡度效应大于年限效应,矿质层土壤主要受年限效应影响.火后4和14年凋落物及土壤养分含量低于对照,随着火烧年限的增加,植被生长迅速同时凋落物分解加快,凋落物质量及土壤养分质量不断提高,在火后40年恢复到未火烧水平,趋于稳定状态.     

蒙古高原草地不同深度土壤碳氮磷化学计量特征对气候因子的响应

研究不同深度土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比对气候因子(年降水量(MAP)和年平均气温(MAT))的响应差异, 对于理解气候变化如何影响生态系统功能具有重要意义。通过对蒙古高原干旱半干旱草地44个样点的野外调查, 探讨了不同深度(0-20、20-40、40-60、60-80 cm)土壤C、N、P含量及其化学计量比与MAP和MAT的关系。主要结果: (1)随土壤深度的增加, 土壤C和N含量逐渐减少, 土壤P含量不变; 土壤C:P和N:P逐渐降低, 土壤C:N相对稳定。(2)土壤C、N、P含量以及土壤C:P、N:P与MAP显著正相关, 与MAT显著负相关, 土壤C:N与MAP显著负相关, 与MAT无相关性; 随着土壤深度的增加, 土壤C、N、P含量及其化学计量比与气候因子的相关性均逐渐减弱。(3) MAP和MAT对不同深度土壤C、N、P含量和化学计量比的影响存在显著差异; 随着土壤深度的增加, MAP和MAT对土壤C、N、P含量及其化学计量特征变化的总解释度逐渐减少。该研究表明气候因子对土壤元素化学计量特征具有自上而下的调控作用, 蒙古高原草地土壤表层C、N、P含量及其化学计量比与MAP和MAT的关系更为密切。     

水分对敦煌阳关湿地芦苇叶片与土壤C、N、P生态化学计量特征的影响

土壤水分是影响干旱区植物养分吸收和利用策略的关键因子之一。研究不同水分梯度叶片与土壤生态化学计量特征,有助于揭示植物对环境变化的响应特征及生态适应性。通过野外调查与实验分析,对敦煌阳关不同水分梯度芦苇叶片与土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量特征及其关系进行了研究。结果表明:(1)随土壤含水率升高,叶片C、N、P含量降低,叶片C/N、C/P、N/P升高。(2)随土壤含水率升高,土壤有机碳(OC)、总氮(TN)、总磷(TP)含量及土壤N/P升高,土壤C/N降低,土壤C/P先升后降。(3)低水分梯度叶片N、C/N与土壤N、C/N显著负相关(P0.05),叶片C、P、C/P、N/P与土壤C、P、C/P、N/P无显著相关性(P0.05);高、中水分梯度叶片C、N、P与土壤C、N、P化学计量特征相关性均不显著(P0.05)。低水分梯度叶片受干旱胁迫和土壤养分制约,且能够保持较高的叶养分含量,体现了干旱区湿地植物异质生境下独特的养分调节机制。     

芦苇湿地土壤有机碳和全氮含量的垂直分布特征

利用元素分析仪,测定了芦苇湿地不同层次土壤有机碳和全N的变化.结果表明,土壤有机碳、全N及C/N随土壤深度的增加呈下降趋势.对不同月份(7、8、9和10月)而言,有机碳、全N及C/N比累积峰位于不同的土层中.土壤温度、水分及芦苇生长状况是引起分异的重要因子.7、8和10月份芦苇湿地不同层次土壤有机碳与全N呈显著相关(R²=0.73、0.73、0.71),而9月份芦苇湿地不同层次土壤有机碳与全N之间的相关性相对较差(R²=0.41).土壤C/N与土壤有机碳、全N均呈负相关,但C/N与全N的相关性强于土壤有机碳,说明C/N的大小主要决定于全N含量.     

黄河三角洲人工恢复芦苇湿地生态系统健康评价

研究目的是对黄河三角洲人工恢复芦苇湿地生态系统的健康状况进行评价。按照层次分析法的思想,从环境、植物群落和植物生理生化特征等3个方面构建评价指标体系。在专家意见的基础上,确定各个指标的权重,计算生态系统健康指数。通过与自然芦苇湿地对比,对人工恢复芦苇湿地的健康状况进行评价。结果显示:人工恢复芦苇湿地的土壤有机质、全氮和全盐含量、群落盖度、密度和地上生物量等指标显著低于自然芦苇湿地,地表水电导率、叶片的APX、DHAR、MDHAR等酶的活性显著高于自然芦苇湿地,其生态系统健康指数低于自然芦苇湿地。这说明在短时间内,人工恢复芦苇湿地的健康状况和自然芦苇湿地还存在一定差距。恢复时间对生态系统健康评价有重要影响,长时间尺度上监测数据的积累是全面、深入了解生态系统、评价生态系统健康状况所必需的。     

In situ soil net nitrogen mineralization in coastal salt marshes (Suaeda salsa) with different flooding periods in a Chinese estuary

Flooding periods can be one of the most important factors influencing nitrogen (N) biogeochemical processes in wetlands ecosystem. We conducted a field study using in situ incubation method to investigate the seasonal dynamics of soil net N mineralization in three coastal salt marshes (Suaeda salsa) with different flooding periods (i.e., short-term (STF), seasonal (SF), and tidal (TF) flooding wetland) in the Yellow River Delta. Selected soil inorganic N pools (ammonium, nitrate and inorganic N) and N transformation (mineralization, nitrification and ammonification) rates in the top 0–10 cm soils were repeatedly quantified from April to October. Clear seasonal patterns in inorganic N pools and transformation rates were observed in accord with the seasonal variations of temperature and moisture. Generally, higher levels of soil inorganic nitrogen, ammonium nitrogen (NH₄⁺-N) and nitrate nitrogen (NO₃^－-N) occurred in the early-growing season (April), and NH₄⁺-N contents got a small accumulative peak in midsummer (September). The lower rates (negative) of net mineralization (R_min), nitrification (R_nit) and ammonification (R_amm) were observed in the early-growing season (April–June) and fall (September–October), whereas higher values (positive) in midsummer (August–September). Flooding had a significant influence on inorganic N pools (except for NH₄⁺-N) and transformation rates (p < 0.05). R_min values in SF wetland were significantly higher in the August-September period than those in other incubation periods. R_nit values in TF wetland exhibited a small variation and the highest value occured in the June–August period. The results of principal component analysis showed that soil samples were clearly divided into two groups before and after flow-sediment regulation. After flooding events, the R_min and R_amm values generally increased in the three wetlands, whereas a significant decrease in R_nit values was observed in SF wetland (p < 0.05), thus the differences in NO₃^－-N among these wetlands were eliminated. These results suggested that seasonal variations in temperature and moisture are important factors influencing inorganic N pools and transformation rates.     

黄河三角洲芦苇湿地的恢复

近年来由于人类活动及自然灾害等多种因素的影响,黄河三角洲芦苇湿地生态系统的健康受到威胁,出现不同程度的退化。为进一步研究2002年开始实施的湿地恢复工程,选择未恢复区、恢复区比较其水、植被、土壤等生态特征,结合野外调查及实验分析数据,结果显示至2005年7月恢复区湿地水域面积比例增加,水质得到明显改善,植被群落呈正向演替,土壤达到中、轻度盐化土水平,水禽种类增加,生物多样性更加丰富。研究结果表明,以恢复湿地水文条件为核心措施的湿地恢复方案具有可行性。研究对于黄河三角洲其他类型湿地的恢复及改善其生态功能具有指导作用。     

黄河三角洲贝壳堤土壤微生物生物量对不同生境因子的响应

从土壤微生物生物量角度分析黄河三角洲贝壳堤不同生境的土壤肥力状况,基于黄河三角洲贝壳堤植被类型,以4种不同生境的土壤为研究对象,测定了微生物生物量碳、氮、磷和相关的土壤理化性质。结果表明,不同生境中土壤微生物生物量碳(MBC)、土壤微生物生物量(MBN)、土壤微生物生物量(MBP)均值均为滩脊背海侧高潮线向海侧,且表现出明显的垂直分布特征:0—5 cm5—10 cm10—20 cm20—40 cm40—60 cm。土壤MBC、MBN、MBP占土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)百分比变化范围分别为1.09%—3.48%、2.62%—7.27%、0.78%—2.86%,滩脊、背海侧和高潮线处MBC/SOC无显著差异(P0.05),但显著高于向海侧MBC/SOC(P0.05)。土壤MBN/TN、MBP/TP的变化趋势为滩脊和背海侧向海侧和高潮线。滩脊和背海侧土壤微生物碳、氮、磷的非生物限制性因子为土壤含水量、p H值、含盐量;向海侧和高潮线区域土壤微生物碳、氮、磷的非生物限制性因子为含水量和pH值。滩脊、背海侧和高潮线土壤微生物生物量碳、氮、磷及土壤养分间的相关关系显著或极显著,且协同性和稳定性高,表明土壤微生物生物量碳、氮、磷可以作为判断黄河三角洲贝壳堤土壤肥力状况的生物学指标,这为黄河三角洲贝壳堤的土壤肥力管理和植被恢复提供一定的理论依据。     

再生水浇灌方式对芦苇地土壤水文生态特性的影响

为提高再生水资源在芦苇群落生态恢复中的高效利用,采用温室内模拟实验的方法,以未灌溉(CK)为对照,对再生水(FS)、再生水清水轮灌(QF)及清水灌溉(QS)等3种浇灌方式下的芦苇地盐碱含量及水文物理参数进行测定分析,以其阐明不同浇灌方式下芦苇地的土壤水文生态效应。结果表明:清水灌溉、清废轮灌降盐压碱效果显著(P0.001),而再生水灌溉后土壤含盐量增加12.8%。与未灌溉相比,3种浇灌方式均使土壤容重减小,孔隙度增大,改善土壤水文物理效果表现为清废轮灌清水灌溉再生水灌溉。Horton模型比较适合描述灌溉后芦苇地土壤水分入渗过程,清水灌溉、清废轮灌改善了土壤水分的渗透性能,初渗率和稳渗率均比未灌溉增加,而再生水灌溉后初渗率下降15.0%。3种浇灌方式均能增强芦苇地贮蓄和保持土壤水分的能力,清废轮灌、清水灌溉、再生水灌溉的饱和蓄水量分别比未灌溉增加11.5%、4.3%、2.4%,涵蓄降水和供植物生长有效水分贮存能力表现为清废轮灌最好,其次为清水灌溉,而再生水灌溉则较差。     

High Temperature and Salinity Enhance Soil Nitrogen Mineralization in a Tidal Freshwater Marsh

Soil nitrogen (N) mineralization in wetlands is sensitive to various environmental factors. To compare the effects of salinity and temperature on N mineralization, wetland soils from a tidal freshwater marsh locating in the Yellow River Delta was incubated over a 48-d anaerobic incubation period under four salinity concentrations (0, 10, 20 and 35‰) and four temperature levels (10, 20, 30 and 40°C). The results suggested that accumulated ammonium nitrogen (NH₄ ⁺-N) increased with increasing incubation time under all salinity concentrations. Higher temperatures and salinities significantly enhanced soil N mineralization except for a short-term (≈10 days) inhibiting effect found under 35‰ salinity. The incubation time, temperature, salinity and their interactions exhibited significant effects on N mineralization (P<0.001) except the interactive effect of salinity and temperature (P>0.05), while temperature exhibited the greatest effect (P<0.001). Meanwhile, N mineralization processes were simulated using both an effective accumulated temperature model and a one-pool model. Both models fit well with the simulation of soil N mineralization process in the coastal freshwater wetlands under a range of 30 to 40°C (R² = 0.88–0.99, P<0.01). Our results indicated that an enhanced NH₄ ⁺-N release with increasing temperature and salinity deriving from the projected global warming could have profound effects on nutrient cycling in coastal wetland ecosystems.     

氮沉降对黄河三角洲芦苇湿地土壤呼吸的影响

2012年6月至2012年10月, 对黄河三角洲芦苇(Phragmites australis)湿地进行了模拟氮沉降试验, 氮沉降水平分别为对照(CK, 0 kg N·hm^-2·a^-1)、低氮(LN, 50 kg N·hm^-2·a^-1)和高氮(HN, 100 kg N·hm^-2·a^-1)。利用LI-8100土壤碳通量测量系统测定土壤呼吸速率。结果表明, 氮沉降促进了芦苇湿地土壤呼吸作用, LN和HN处理使芦苇生长季(6-10月)平均土壤呼吸速率比CK分别提高19%和58%。积水改变了芦苇湿地土壤呼吸日动态。地面无积水时, 各处理土壤呼吸日动态均呈单峰型曲线; 地面有积水时, 土壤呼吸日动态峰值推后或无单峰型波动规律。积水影响土壤呼吸作用对温度的响应。地面无积水时, 各处理土壤呼吸速率均与气温呈极显著的正指数相关关系, 气温分别解释了CK、LN和HN处理下土壤呼吸季节变化的69.9%、64.5%和59.9%; 地面有积水时, 各处理土壤呼吸与气温相关性不显著。CK、LN和HN处理下土壤呼吸温度敏感性系数Q₁₀值分别为1.68、1.75和1.68, 表明LN处理增强了土壤呼吸温度敏感性, HN处理对其影响不显著。     

土壤改良剂对黄河三角洲滨海盐碱土生化特性的影响

以黄河三角洲滨海盐碱土为研究对象,采用4因素4水平正交设计试验,将牛粪(A)、石膏(B)、秸秆(C)、保水剂(D)4种改良剂设置成不同比例,对黄河三角洲滨海盐碱土生化特性进行改良试验,以期筛选出适宜的改良方案。结果表明:牛粪(A)、石膏(B)、秸秆(C)3种改良剂对土壤呼吸强度、土壤磷酸酶、土壤脲酶、土壤脱氢酶和土壤微生物碳氮改良效果明显,保水剂(D)对土壤微生物碳氮改良效果明显,各处理间差异显著。各改良剂对盐碱土各生化指标的贡献值存在差异,综合考虑土壤呼吸强度、土壤酶、土壤微生物碳氮适宜配方为A_4B_3C_2D_2,土壤呼吸强度、土壤磷酸酶、土壤脲酶、土壤脱氢酶和土壤微生物碳氮分别比对照增高109.64%,89.54%,62.20%,81.75%,60.50%,118.00%,相关分析表明,除微生物氮和脲酶相关不显著外,上述各土壤生化指标间均显著相关,研究结果可为黄河三角洲盐碱土的改良利用提供一定的理论依据。     

Influence of hydrology process on wetland landscape pattern: A case study in the Yellow River Delta

A comprehensive study using ecological engineering analysis was conducted on the influence of the hydrology process in the Yellow River Delta. It was found that water and sediment played an important role in the formation and maintenance of the estuarine wetland. Based on hydrological data (1950–2005), meteorological data (1954–2005) and landscape data produced from integrated Landsat TM images of the Yellow River Delta, the relationship among all the above factors has been analyzed. The results indicated that runoff, sediment discharge and the area of the reed marsh wetland, meadow wetland and tidal wetland had evidently decreased from 1986 to 2001. The runoff and sediment discharge into the Yellow River Delta at a rate of 200–300 × 10⁸ m³ and at 5–8 × 10⁸ t, respectively, were probably the most optimal range for maintaining the stable wetland landscape pattern. Regression analysis and principal component analysis showed that there was a strong positive correlation between the area of wetland landscape and runoff, sediment discharge, whereas there was a negative correlation between the area and the temperature, and there was no significant trend with precipitation levels. The water and sediment discharge are the dominant variable factors of the wetland. Human activities also have an important influence on transformation of wetland types as well as wetland degradation. Therefore, with economic development, climate change and sustainable utilization of resources, great attention should be paid to the changes of natural landscape and their causes.