黄河口新生湿地碱蓬生物量及氮累积与分配对外源氮输入的响应

2014年4—11月,选择黄河入海口北部滨岸高潮滩的碱蓬湿地为研究对象,基于野外原位氮输入模拟试验,研究了不同氮输入梯度下(N0,无氮输入;N1,低氮输入;N2,中氮输入;N3,高氮输入)碱蓬不同器官生物量以及氮累积与分配特征的差异。结果表明,尽管不同氮输入处理并未改变碱蓬地上生物量的季节变化模式,但在不同程度上均促进了地上生物量的增长(平均增幅为19.71%—62.29%)且整体表现为N3N2N1N0;不同氮输入处理亦延长了碱蓬的生长高峰期,N1、N2和N3处理下地上生物量达到最大值的时间相对于N0处理推迟20 d左右。与地上生物量不同,不同氮输入处理改变了地下生物量的季节变化模式,特别是N2和N3处理均对生长初期的地下生物量产生了明显促进作用,且其初期地下生物量达到较高值的时间相对于N1和N0处理提前20—50d。不同氮输入处理下的枯落物量在产生初期和中期均增幅不大,末期则骤然增加且整体表现为N3N2N1N0。不同氮输入处理下碱蓬各器官的全氮(TN)含量总体上均表现为叶茎根,叶是氮的主要累积器官。尽管不同氮输入处理并未改变碱蓬不同器官的氮累积与分配格局以及地上与地下之间的养分供给关系,但其为适应不同养分条件而调整自身养分供给与分配的特性在N2处理下表现的尤为明显。研究发现,N2处理下碱蓬种子的发育时间相对于N0、N1和N3处理可能会提前约1个月,原因可能与N2氮输入水平可显著影响碱蓬体内的碳分配比以及碱蓬对适量氮养分输入环境的特殊适应对策有关。随着黄河口新生湿地氮养分供给的不断增加,当未来碱蓬湿地氮养分状况达到较高水平(特别是中等水平)时,其生物量、生长节律(特别是种子发育时间)以及不同器官氮累积与分配状况可能将发生明显改变。     

黄河口碱蓬湿地土壤氮矿化特征对温度及氮输入的响应

氮矿化是湿地生态系统养分循环的重要组成部分,氮输入及温度变化对土壤氮矿化的影响具有复杂性。为了探究湿地土壤氮矿化特征对温度及氮输入的响应,选择黄河入海口北部滨岸高潮滩的碱蓬湿地为研究对象,基于野外原位氮负荷增强模拟试验(N0:0 g N m^-2 a^-1;N1:9.0 g N m^-2 a^-1;N2:12.0 g N m^-2 a^-1;N3:18.0 g N m^-2 a^-1),于生长季末获取不同氮处理下的土壤(S-N0、S-N1、S-N2和S-N3)开展室内培养实验。结果表明,不同氮处理土壤的氮累积矿化量均呈现出培养初期(0—14 d)增加迅速,培养中期(14—42 d)骤然降低,而培养后期(42—84 d)趋于稳定的变化特征,其值整体表现为S-N3>S-N0>S-N2>S-N1(P>0.05)。培养后期,不同氮处理土壤的累积矿化量在20℃和25℃下的差异均达到极显著或显著水平(P<0.0...     

黄河口碱蓬湿地土壤硫矿化特征对外源氮输入的响应

基于开放培养系统,在25℃的淹水和非淹水条件下研究了黄河口碱蓬湿地野外原位氮输入试验（N0：对照处理;N1：低氮处理;N2：中氮处理;N3：高氮处理）末期获取的相应氮梯度下表层土壤（记为NS0、NS1、NS2和NS3）的硫矿化特征。结果表明,不同氮处理土壤的硫矿化量在非淹水条件下整体表现为NS3 > NS1 > NS2 > NS0,在淹水条件下其硫矿化量较为接近,且均在培养的第3天取得最大值。不同水分条件下,不同氮处理土壤的硫矿化特征可能与培养过程中pH和EC的变化有关。连续培养119 d后,NS0、NS1、NS2和NS3的硫累积矿化量在非淹水条件下分别为233.03、419.99、401.16 mg/kg和526.51 mg/kg,在非淹水条件下分别为263.52、313.58、251.53 mg/kg和322.05 mg/kg。不同氮处理土壤硫累积矿化量主要来自0-14 d的矿化贡献,其值在非淹水条件和淹水条件下分别为41.01%-54.53%和79.49%-86.82%。除NS0外,其他3种土壤硫累积矿化量均表现为非淹水条件大于淹水条件,说明外源氮输入影响下非淹水土壤具有更大的供硫潜势。不同氮处理土壤硫累积矿化量及矿化势（S₀）在非淹水条件下表现为NS3>NS1≈NS2>NS0,在淹水条件下则表现为NS3≈NS1 > NS0 > NS2,说明高氮处理下湿地土壤具有最高的供硫潜势。研究发现,未来黄河口氮负荷增强条件下,土壤氮基质状况的改变将会促进土壤硫的矿化,而这可在一定程度上提高土壤的潜在供硫能力;但当受到强降水、大潮或风暴潮影响使得土壤处于短期滞水状态时,湿地土壤的潜在供硫能力将明显降低,特别是中氮输入条件下土壤供硫潜势的降幅最为明显。     

黄河口新生湿地土壤磷赋存形态及其动态变化对外源氮输入的响应

选择黄河口新生湿地为研究对象,基于野外原位氮输入模拟试验,探讨了不同氮输入梯度下(NN:对照处理;LN:低氮处理;MN:中氮处理;HN:高氮处理)湿地土壤磷赋存形态的动态变化特征。结果表明,不同氮处理下土壤中闭蓄态磷(HCl-P_i和Residual-P)均是TP的主体(87.75%—90.04%),而活性磷(Resin-P、NaHCO₃-P_i和NaHCO₃-P_o)和中等活性磷(NaOH-P_i、NaOH-P_o、Sonic-P_i和Sonic-P_o)占TP的比例均较低,分别为4.81%—5.58%和5.14%—6.57%。相对于NN处理,MN和HN处理下的活性磷含量分别增加了9.16%和12.44%,而LN、MN和HN处理下的中等活性磷含量分别增加了2.25%,6.92%和24.24%,说明外源氮输入整体增加了土壤中的活性磷含量。与之相比,闭蓄态磷含量在LN、MN和HN处理下均呈降低趋势,其值相对...     

黄河口潮间带碱蓬湿地植物-土壤系统V和Co生物累积的季节变化

2008年5—11月,对黄河口滨岸潮滩不同表现型碱蓬(Suaeda salsa)(中潮滩碱蓬,MMS,S.salsa in middle marsh;低潮滩碱蓬,LMS,S.salsa in low marsh)湿地植物-土壤系统V和Co含量的季节动态及其生物累积特征进行了研究。结果表明:MMS和LMS湿地表层土壤中V或Co含量的季节变化差异明显,但同一种湿地土壤中V和Co含量的变化模式相似。MMS(或LMS)湿地土壤的V含量均明显高于Co含量,二者在生长季的变异系数分别为12.01%、12.35%(MMS)和4.08%、4.94%(LMS)。MMS和LMS湿地表层土壤V的地累积指数(I_(geo))大多介于1—2,处于轻度污染状况;Co的I_(geo)大多介于0—1之间,处于无污染到轻度污染状态。V和Co含量在MMS不同部分中整体表现为枯落物根叶茎(P0.05),而在LMS中表现为枯落物叶茎根(P0.001)。MMS和LMS不同器官的V或Co转移能力存在较大差异,前者V和Co的R/S(根茎比)、R/L(根叶比)和S/L(茎叶比)大多大于1,后者中两种元素的相应比值则大多小于1。MMS和LMS不同部分的V和Co累积系数(AF)整体均表现为AFVAFCo,前者分别为后者的0.31—1.32、0.12—5.56、0.08—1.23、0.38—0.65倍(MMS)和0.14—0.84、0.23—0.68、0.34—0.77、0.43—0.56倍(LMS)。研究发现,MMS和LMS湿地土壤中有机质和铁锰氧化物含量的差异是导致二者V和Co含量存在差异的关键因素,而两种碱蓬生理生态学特性、所处生境水盐条件以及V和Co在不同器官扮演生态功能的差异是导致二者植物体内V和Co转移、分配与生物累积差异的重要原因。随着该区潮间带石油开采强度及石油燃料使用的增加,湿地表层土壤的V和Co(特别是V)污染问题将会逐渐凸显,而LMS可用于未来受V污染湿地修复的备选物种。     

水沙条件及氮输入对黄河口滨岸潮滩湿地碱蓬和土壤15N吸收特征的影响

受自然及人为活动的影响,黄河三角洲水沙条件存在较大变化,由此带来的外源营养物质增加对潮滩湿地植被生长及元素吸收利用具有重要的影响。为此采用3因素4水平的正交试验,以黄河口滨岸潮滩湿地先锋物种碱蓬（Suaeda salsa）为研究对象,利用¹⁵N示踪技术,研究了水沙条件及氮输入对碱蓬和土壤¹⁵N吸收特征的影响。结果表明：淹水深度、泥沙沉积及氮输入对土壤全氮含量的影响不显著,但外源氮输入对土壤¹⁵N固持量（N_dff）和比例（N_dff%）的影响达到显著水平,且最大值（10.44 mg/kg和3.83%）均出现在W₄S₂N₃（30 cm淹水+3 cm泥沙沉积+6 g/m²氮输入）处理;碱蓬叶和茎中全氮含量、¹⁵N吸收量（N_dff）及比例（N_dff%）在深淹水和泥沙沉积处理时较大,而根中全氮含量、N_dff及N_dff%在高氮输入较大。且根N_dff和N_dff%最大值（1.10 mg/kg和18.21%）在W₁S₄N₄（2 cm淹水+12 cm泥沙沉积+9 g/m²氮输入）处理时取得,此时碱蓬的生长情况最好,表明适当的淹水和泥沙埋深以及高氮输入（9 g/m²）有利于根系对外源氮的吸收,从而促进植株的生长。由此可见,在黄河三角洲水沙变化大的背景下,淹水、泥沙沉积和外源氮输入的适当把控,可促进碱蓬对外源氮的吸收利用而有助于其生长,从而对维护黄河三角洲潮滩湿地的健康具有重要作用。     

外源氮持续输入对相应氮梯度下碱蓬残体分解及硫养分释放的影响

以黄河口北部滨岸高潮滩的碱蓬残体为研究对象,将第一年度野外原位氮输入试验(N0:无额外氮处理;N1:低氮处理;N2:中氮处理;N3:高氮处理)获得的不同基质质量残体(NL0,NL1,NL2和NL3),原位投放至来源样区,并通过第二年度的持续输氮,探讨外源氮持续输入条件下残体基质质量改变对其分解速率和硫养分释放的影响。结果表明,随着氮输入量的增加,不同基质质量残体的分解速率整体表现为NL1NL3NL2NL0,说明外源氮持续输入条件下基质质量改变促进了残体的分解,且该促进作用在低氮处理下表现的最为明显,原因主要与其在残体分解过程中C/N比的改变程度最为明显有关。不同基质质量残体中的TS含量均呈不同程度波动变化特征,且其与相应的C/S比均呈相反规律变化,说明C/S比是调控不同氮持续输入条件下残体分解过程中硫含量变化的主控因素。不同基质质量残体的硫养分在分解期间均发生不同程度的净释放,且释放强度整体表现为NL3NL1NL2NL0,说明外源氮持续输入条件下残体基质质量改变促进了其硫养分释放,且该促进作用在高氮处理下表现的最为明显。研究发现,未来黄河口氮养分负荷增加的情况下,碱蓬残体的基质质量(C/N和C/S)将发生改变,而持续增强的氮负荷又会促进不同基质质量残体的硫养分归还,从而加速硫的生物循环速率。     

黄河口不同氮基质碱蓬种子萌发及幼苗生长对盐分及氮输入的响应

2014年4-11月,选择黄河入海口北部滨岸高潮滩的碱蓬湿地为研究对象,基于野外原位氮负荷增强模拟试验(N0,无额外氮输入;N1,低氮输入;N2,中氮输入;N3,高氮输入),获取相应的不同氮基质种子(S0,S1,S2和S3),以研究其发芽率以及幼苗生长状况对不同盐分胁迫和氮浓度交互作用的响应。结果表明,不同氮负荷影响下碱蓬成熟种子中的氮含量整体表现为S2S0S1S3,中氮输入更利于种子中氮养分的累积。盐分和氮交互作用下4种氮基质种子的发芽率总体表现为S2S1S0S3(P0.05),S2在不同盐分胁迫下的发芽率最高,幼苗的生长状况也最好。随着盐分的增加,4种氮基质种子的发芽率及幼苗生长状况均受到一定程度的抑制,但较低的盐分有助于其幼苗长度的增长,且随着氮输入量的增加这种抑制作用可得到一定程度缓解。盐分胁迫、氮浓度和种子类型作为单独因素出现时对碱蓬的发芽率、幼苗长度、鲜重和干重均产生显著影响,除幼苗长度受氮浓度和盐分胁迫交互作用的影响达到显著水平外(P0.05),其他因子交互作用对诸生态指标的影响并不明显。研究发现,不同氮输入处理不仅改变了原生环境碱蓬种子的氮含量,而且也使这些具备不同氮基质的种子对不同盐分胁迫与氮浓度环境具有不同的生态适应对策,中氮输入下的碱蓬种子(S2)无论在萌发率还是在幼苗生长状况上均优于其他氮基质的种子。未来,随着黄河口新生湿地氮养分供给的不断增加,当湿地氮养分达到中氮水平时,将更有利于碱蓬种子的萌发以及幼苗的生长,当氮养分达到更高水平时,碱蓬种子的萌发以及幼苗生长可能会受到一定程度的抑制。     

外源氮输入对闽江河口芦苇湿地土壤磷形态赋存特征的影响

河口湿地是响应全球气候变化和人类活动最为敏感的生态系统之一，是外源氮的一个重要"汇"，其对于生源元素循环过程可产生深刻的影响。在当前闽江河口区氮负荷增强背景下，探讨外源氮输入对湿地土壤磷形态赋存及其关键转化过程具有重要意义。为此，选择闽江河口鳝鱼滩的芦苇湿地为研究对象，基于野外原位氮输入模拟试验，研究了不同氮输入水平（N_Nt，对照处理；N_Lt，低氮处理；N_Mt，中氮处理；N_Ht，高氮处理）对湿地土壤磷形态赋存特征的影响。结果表明，外源氮输入不但增加了湿地土壤的TP含量，而且改变了其土层分布特征。除N_Mt与N_Nt处理下的TP含量相当外，N_Lt和N_Ht处理下的全磷（TP）含量相比N_Nt处理分别增加了3.5%和4.4%。氮输入整体上增加了湿地土壤的活性磷和闭蓄态磷含量，但降低了中等活性磷含量。相比N_Nt处理，N_Mt和N_Ht处理下的活性磷含量分别增加了6.5%和12.6%，而N_Lt、N_Mt和N_Ht处理下的闭蓄态磷含量分别增加了3.3%、3.9%和7.0%。中等活性磷在N_Mt处理下的降幅尤为明显，其值相比N_Nt处理降低了6.7%。不同氮处理下湿地土壤以闭蓄态磷占比最高（51.8%-54.1%），中等活性磷次之（38.1%-41.2%），活性磷最低（7.0%-7.9%）。不同氮处理下的各形态磷占比以HCl-P_i、Residual-P、NaOH-P_o和NaOH-P_i较高，Sonic-P_o和NaHCO₃-P_i次之，而NaHCO₃-P_o、Resin-P和Sonic-P_i较低。研究发现，氮输入主要通过改变土壤养分及酸碱状况来进一步影响土壤中各形态磷的赋存。其中，N_Mt和N_Ht处理下活性磷含量的增加主要与Resin-P和NaHCO₃-P_o有关，N_Lt、N_Mt和N_Ht处理下闭蓄态磷含量的增加主要与Residual-P有关，而N_Mt处理下中等活性磷的显著降低主要与NaOH-P_i和Sonic-P_o有关。     

黄河口不同恢复阶段湿地土壤N2O产生过程对氮输入的响应

以黄河口生态恢复前后未恢复区(R₀)、2007年恢复区(R₂₀₀₇)和2002年恢复区(R₂₀₀₂)的芦苇湿地为研究对象,研究了不同形态氮输入对湿地土壤N₂O产生过程的影响与贡献.结果表明: 硝态氮(NO₃^--N)输入对恢复区湿地土壤N₂O总产生量的影响远远大于铵态氮(NH₄⁺-N),但两者均抑制了R₀土壤的N₂O总产生量.尽管NO₃^--N输入对R₂₀₀₂表层土壤N₂O总产生量的影响明显大于R₂₀₀₇,但二者的N₂O产生量均随氮输入量的增加而增加.恢复区湿地土壤的反硝化作用和硝化细菌反硝化作用受NO₃^--N输入的影响明显,而R₀土壤产生N₂O的生物过程受其影响并不显著.尽管NH₄⁺-N输入对湿地土壤N₂O的总产生量影响不大,但其输入整体促进了R₀ 土壤的硝化细菌反硝化作用、R₂₀₀₇土壤的硝化作用和R₂₀₀₂土壤的非生物作用.比较而言,NO₃^--N输入对R₀、R₂₀₀₇和R₂₀₀₂湿地土壤N₂O产生的非生物作用主要表现为抑制,NH₄⁺-N输入则整体提高了R₀和R₂₀₀₂湿地土壤非生物作用的N₂O产生量,这与不同形态氮输入对土壤pH的调节作用密切相关.研究发现,NO₃^--N输入大大增加了湿地土壤的N₂O总产生量,改变了原有湿地土壤生物作用和非生物作用的贡献模式,故生态恢复工程导致的营养盐输入(NO₃^--N)应受到特别关注.     

氮负荷增强对闽江口短叶茳芏湿地植物-土壤系统氮累积与分配的影响

选择闽江河口短叶茳芏(Cyperus malaccensis)湿地为研究对象,基于野外氮负荷增强模拟实验,探讨了不同氮负荷水平下(NNT对照处理,0 g N m^-2 a^-1;LNT低氮处理,12.5 g N m^-2 a^-1;MNT中氮处理,25.0 g N m^-2 a^-1;HNT高氮处理,75.0 g N m^-2 a^-1)湿地植物-土壤系统的氮累积与分配特征。结果表明,不同氮负荷处理下湿地土壤(TN)、NH⁺₄-N和NO^-₃-N含量均发生了明显改变。相较于NNT,LNT和MNT的TN、NH⁺₄-N和NO^-₃-N含量均明显增加,增幅分别为9.44%、3.57%、11.99%(LNT)和6.71%、9.37%、46.50%(MNT)。与之不同,HNT的TN含量相比NNT增幅不大,而其NH⁺₄-N、NO^-₃-N含量均显著降低,降幅分别为9.26%和40.77%。不同氮负荷处理下土壤氮含量的垂直分布特征亦发生了明显变化。除HNT外,LNT和MNT的TN、NH⁺₄-N和NO^-₃-N含量均以表层土壤最高。不同氮负荷处理下的TN和NH⁺₄-N含量分布主要受SOM的影响,而NO^-₃-N含量分布主要受植物吸收和垂直淋失的影响。氮负荷增强条件下植物不同器官的TN含量整体表现为叶 ＞ 茎 ＞ 根。不同氮负荷处理下植物-土壤系统的氮储量整体以LNT和MNT较高,而HNT最低。研究发现,短叶茳芏在中低氮负荷条件下可能将更多的氮优先分配给根系,进而以拓展地下空间和提高地下生物量的方式来适应环境;而在高氮负荷条件下,其可能通过增强"自疏效应",并通过拓展地上空间的方式来适应环境。     

黄河口滨岸潮滩不同生境下翅碱蓬硫元素的季节变化

2008年5-11月, 对黄河口滨岸潮滩不同生境下翅碱蓬(Suaeda salsa)硫(S)的季节变化特征进行了研究。研究表明: 中潮滩翅碱蓬(JP1)和低潮滩翅碱蓬(JP2)各器官生物量均具有明显的季节变化特征, 总体表现为JP1 > JP2; JP1和JP2地上与地下部分比值的变化较为一致, 整体表现为JP2 > JP1; 二者枯落物量呈递增变化; JP1和JP2叶、茎和枯落物中的全硫(TS)含量在生长季波动变化明显, 整体呈先增后减变化, 而根中的TS含量在生长季呈递减变化, 符合指数衰减模型; 二者不同器官及枯落物的TS累积量和S累积速率(V_S)季节变化明显, JP1地上部分的TS累积量和V_S明显高于JP2, 且二者地上部分的TS累积量和V_S均明显高于地下; JP1和JP2不同部分的S分配比差异明显, 其中叶的分配比最高, 分别为(38.34 ± 16.19)%和(66.27 ± 12.09)%, 说明叶是翅碱蓬重要的S累积器官。结果显示, 翅碱蓬的生态学特性和其所处生境的水盐状况对JP1和JP2生物量、TS含量、累积量、累积速率、分配比均具有重要影响。