垦殖对沼泽湿地土壤呼吸速率的影响

三江平原是我国最大的沼泽化低平原,同时也是受人类活动影响最剧烈的区域之一。选取三江平原两类典型湿地-常年积水的毛果苔草(Carex lasiocapa)沼泽和季节性积水的小叶章(Deyeuxia angustifolia)草甸及由其垦殖的水田和旱田为研究对象,利用静态暗箱-气相色谱法对土壤呼吸速率进行了观测。研究结果表明,小叶章草甸与毛果苔草沼泽土壤呼吸速率的季节变化形式相同,为单峰型,在夏季出现排放峰值,而冬季呼吸速率最低。沼泽湿地垦殖为旱田后,土壤呼吸速率的季节变化形式未发生变化,但垦殖为水田后,土壤呼吸速率排放峰值的时间延后在秋季出现。毛果苔草沼泽、小叶章草甸、旱田及水田通过土壤呼吸释放的碳量分别为(3.1±0.4)、(4.8±0.7)、(2.8±0.4)、(2.2±0.3)tC.hm-2.a-1。毛果苔草沼泽土壤呼吸速率低于小叶章草甸是由沼泽湿地的积水环境差异造成的,而沼泽湿地垦殖为农田后土壤呼吸作用减弱,主要是由于垦殖后土壤有机碳含量大幅降低所致。相关分析表明,温度和土壤湿度(或积水深度)是影响土壤呼吸速率的重要因素,温度与小叶章草甸、毛果苔草沼泽以及旱田土壤呼吸速率呈显著指数关系,Q10值分别为2.1、2.5和1.8,沼泽湿地垦殖为旱田后温度敏感性指数降低,主要是由于土壤微生物营养源减少从而对微生物营养供应受限造成的。小叶章草甸、毛果苔草沼泽、旱田以及水田土壤呼吸速率与土壤湿度/积水深度之间的关系可用线性或二次曲线方程来描述。     

植物对沼泽湿地生态系统CO2和CH4排放的影响

利用静态暗箱/气相色谱法于2003~2005年在生长季对三江平原小叶章(Calamagrostis angustifolia)沼泽化草甸和毛果苔草(Carexlasiocarpa)沼泽地区CO2和CH4的排放通量进行野外对比观测实验。结果表明:2003~2005年生长季小叶章草甸土壤-植物系统CO2排放通量分别是土壤CO2排放通量的1.65、2.06和2.01倍,毛果苔草沼泽土壤-植物系统CO2排放通量分别是土壤CO2排放通量的2.58、2.27和4.21倍,表明沼泽湿地土壤-植物系统CO2排放通量的主要贡献者是植物地上部分的呼吸作用,且3个生长季小叶章草甸CO2排放通量均显著大于毛果苔草沼泽,主要是由于植物生物量的差异以及土壤微生物活性的不同。2003~2005年植物生长季,小叶章草甸土壤-植物系统CH4排放通量分别是土壤的4.84、3.55和6.45倍,毛果苔草沼泽土壤-植物系统CH4排放通量分别是土壤的2.60、1.25和3.22倍,且3个生长季小叶章草甸和毛果苔草沼泽CH4排放通量均具有显著差异,这主要是由于水位的差异以及植物对CH4排放能力的不同造成的。     

三江平原土地利用方式改变对湿地汞含量的影响

通过测定三江平原小叶章湿地、水稻田、玉米地土壤以及小叶章、乌拉苔草、毛果苔草、杨树叶及苔藓中的汞含量,探讨了湿地土壤和植物汞来源及分布特征,研究了土地利用方式变化对土壤汞含量的影响.结果表明,三江平原土壤汞含量0.006～0.208mg·kg-1,平均为0.053 mg·kg-1,高于黑龙江省土壤汞背景值含量.由表层至底层,小叶章湿地土壤中汞含量变化不大,水稻田及玉米地中汞含量变化较大.植物中汞含量表现为苔藓＞乌拉苔草＞小叶章＞毛果苔草>杨＞树叶,其中苔藓中汞含量高达0.132 mg·kg-1.相关分析表明,土壤中汞含量与可溶性有机碳含量呈显著正相关(r=0.269,P＜0.05).干湿沉降及植物对大气中汞的吸收可能是本地区土壤中汞的主要来源.湿地开垦为农田后,土壤中汞含量降低了45.6%,而旱田改为水田后,土壤中汞含量则增加了18.3%.     

三江平原典型湿地枯落物早期分解过程及影响因素

枯落物分解是湿地物质循环和能量流动的关键环节,是维持湿地功能的重要过程之一。采用分解袋法对三江平原3种典型湿地植物枯落物分解过程及影响因素进行了研究。研究表明,在164d实验过程中乌拉苔草分解速率始终最快;在分解前103d中毛果苔草分解速率大于小叶章,但在103~164d间小叶章分解速率大于毛果苔草;分解164d,小叶章、乌拉苔草和毛果苔草枯落物的失重率分别为初始重的31.98%、32.99%和28.91%。分解过程中小叶章和毛果苔草枯落物中有机碳浓度波动较大,而乌拉苔草枯落物中持续下降;3种枯落物有机碳绝对含量都表现为净释放。小叶章枯落物中N浓度波动较大,绝对含量发生净释放;毛果苔草枯落物N浓度持续增加,绝对含量净增加;乌拉苔草枯落物N浓度先增加后减少,绝对含量发生净释放。3种枯落物中P浓度都先迅速下降后缓慢上升,绝对含量都表现为净释放。3种枯落物中C/N和C/P也相应的发生变化。小叶章和乌拉苔草枯落物分解速率与枯落物C/P显著相关,而毛果苔草枯落物与枯落物N浓度显著相关;对应3种枯落物分解速率的主要环境因子分别为土壤含水量、土壤容重和土壤温度。3种枯落物分解速率和营养物质含量动态受到枯落物自身质量和温湿条件、周围环境营养状况等自然环境条件的共同影响,相比而言,受枯落物质量的影响更大。     

三江平原小叶樟、毛果苔草枯落物中氮素变化分析

以三江平原沼泽湿地主要优势植物小叶樟(Deyeuxiaangustifolia)和毛果苔草(Carexlasiocarpa)枯落物为例,探讨了N素在枯落物中的季节变化、含量特征以及对维持生态系统物质平衡的作用．结果表明,枯落物N含量随气温升高和地上生物量增大而减少;枯落物失重率随时间延长而增大;小叶樟年累积失重率为32．2％,毛果苔草为27．7％;小叶樟群落N素年累积输入量为1478mg     

红壤茶树根层土壤基础呼吸作用和酶活性

对不同树龄茶树根层土壤的呼吸作用(包括代谢熵qCO2)和土壤酶(脲酶、转化酶和酸性磷酸单酯酶)活性进行了研究、不同树龄茶树根层土壤日基础呼吸作用强度(36．23—58．52mg·kg^-1·d^-1)和日代谢墒(0．30一0．68)都以40和90年茶树较为接近,分别显著大于和小于10年树龄茶树根层土壤;服酶活性(41．48—47、72mg·kg^-1·d^-1)则三者间差异不大,虽然随树龄增长而下降;转化酶活性(189．29—363．40mg·kg^-1·d^-1)也随树龄增长而下降,并且10年茶树根层土壤显著大于40和90年树龄茶树;而酸性磷酸单酯酶活性(444．22—828．32mg·kg^-1·d^-1)相反,随树龄增长而增强．结果表明,土壤基础呼吸作用、代谢熵和3种土壤酶活性都与茶树树龄、土壤pH、土壤有机碳、土壤全氮、土壤可活性酚总量、及土壤微生物生物量密切相关．     

三江平原毛果苔草湿地光辐射能的利用与分配

毛果苔草湿地的物理过程观测设在中国科学院三江平原沼泽湿地生态实验站内,用美国CID公司出品的光合仪对典型湿地中几种优势植物的光合能力进行测定;在80℃干燥的植物样品(含各种不同的构件),粉碎后,分别称量约1g左右,用美国公司Parr型氧弹式热量计测定;研究发现毛果苔草湿地建群种中毛果苔草的净光合速率最大,为47．41μmol／m／s。以太阳总辐射能和生长季内光合有效辐射为基础计算出各器官的能量利用效率计,极大值是细根,分别为1．3945％和3．1879％,极小值是穗,分别为0．0020％和0．0046％,毛果苔草种群的能量利用率为2．54％。湿地不同植物群落地下部分的能量含量分布中毛果苔草群落的地下部分能量含量的平均值最大。这说明毛果苔草种群具有较高的能量转化效率,并将大部分能量储存在地下部分。在不同层次的能量含量分配中,随着土壤深度的增加,地下部分的能量含量趋于递减。     

三江平原湿地典型植物群落物种多样性研究

以三江平原分布最广的毛果苔草(Carex lasiocarpa)群落和小叶章(Calamagrostis angustifolia)群落为研究对象,研究2个群落的植物物种及其组成特征。结果表明,毛果苔草群落以毛果苔草为优势种,以漂筏苔草(C.pseudocuraica)为亚优势种,二者的重要值之和为56.4%;小叶章群落以小叶章为优势种,其重要值为50.8%。物种多样性分析表明,毛果苔草群落和小叶章群落的Simpson指数(D)、Shannon-Wiener指数(H)和Pielou均匀度指数(J)均有较大波动,且H与J呈显著正相关,与D呈显著负相关,与S无显著相关关系;毛果苔草群落的H、D、J和S均高于小叶章群落,但差异不显著;2群落的相似性指数为46.5%,表明二者间存在一定的联系。     

三江平原典型沼泽湿地氧化亚氮通量

2002～2004年利用静态箱-气相色谱法对三江平原3种具有代表性的湿地类型(常年积水的毛果苔草沼泽、季节性积水的小叶章湿草甸和常年土壤过湿的灌丛湿地)进行了为期两年半的N₂O现场观测研究.结果表明,三江平原3种类型湿地N₂O通量均有明显的季节变化和年际变化,一般在非冰冻期表现为排放,冰雪覆盖期表现为微弱的吸收.生长季的N₂O通量以灌丛湿地N₂O排放通量最大,毛果苔草沼泽最小.全年平均N₂O交换通量: 毛果苔草沼泽为53.928 mg·m^-2·yr^-1,小叶章湿地为21.408 mg·m^-2·yr^-1,灌丛湿地为657.120 mg·m^-2·yr^-1,证明沼泽湿地是大气N₂O的源.3种类型湿地生长季N₂O通量无明显的日变化,与温度的相关性不大.     

三江平原典型沼泽湿地植物种群的生态位

采用Levins 公式,对三江平原典型沼泽湿地植物群落的优势种群生态位宽度和生态位重叠值进行了研究.结果表明：各湿地植物种的生态位宽度排序为漂筏苔草(0.907)>毛果苔草(0.864) >狭叶甜茅(0.855) >小叶章＝睡菜＝球尾花＝二歧银莲花(0.500).毛果苔草、漂筏苔草、睡菜与球尾花之间,以及狭叶甜茅、小叶章与二歧银莲花的生态位重叠值均较高,说明几种植物在同一资源位上出现的频率相近,利用资源的能力相似,在对资源利用上具有一定的竞争性.睡菜与小叶章和二歧银莲花,以及球尾花与小叶章和二歧银莲花的生态位重叠值均为0,表明几种植物适应环境的方式不同.水分是导致湿地植物生态适应性差异的主导因子,植物对环境生态位适应的程度是水分和营养状况等因素共同作用的结果.湿地植物的生态位特征能较好地表征各植物的生态适应性和分布幅度.     

水位梯度对三江平原典型湿地植物根茎萌发及生长的影响

通过水位控制模拟试验,研究了水位梯度对三江平原典型湿地植物——小叶章和毛苔草根茎萌发及生长的影响.结果表明:2种植物对水位的适应策略各异,小叶章种群密度、平均高度和最大高度都在0cm水位条件下出现极大值,而毛苔草种群平均高度和最大高度随水位上升而升高,种群密度则随水位上升而下降.在萌发初期,一定时间的无淹水环境促进2种湿地植物的根茎萌发,而淹水抑制其萌发;在生长期,过度的淹水限制了小叶章的生长,而毛苔草则水分越多生长越旺盛;干旱缺水限制植物生长,可能会引起植物生活史的改变.     

三江平原4种典型湿地土壤碳氮分布差异和微生物特征

选择三江平原洪河湿地保护区4种典型湿地类型：小叶章+沼柳湿地、小叶章湿地、毛苔草湿地和芦苇湿地作为研究对象,分析了不同湿地土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)含量和微生物活性指标(土壤蔗糖酶、纤维素酶、过氧化氢酶、微生物生物量碳MBC、微生物生物量氮MBN、微生物呼吸速率MBR、微生物商q_MB和代谢商q CO₂)的变化及其相互关系.结果表明： SOC和TN含量均随土层深度增加而减少,不同湿地类型之间具有极显著性差异(P<0.01).各湿地土壤酶活性(除过氧化氢酶)、MBC、MBN含量和MBR均以表层(0～10 cm)最高,并随着土层深度的增加而降低.在0～30 cm土层内,小叶章+沼柳湿地和小叶章湿地SOC、TN含量、土壤酶活性、MBC、MBN含量、MBR、q_MB和qCO₂均高于淹水区的毛苔草湿地和芦苇湿地.统计分析表明,SOC、TN与微生物活性指标(qCO₂除外)均存在极显著正相关关系(P<0.01).表明研究区土壤微生物特征对SOC、TN的变化具有重要的影响和指示作用.     

形态学图像处理方法在湿地破碎化格局中的应用

以三江平原沼泽湿地为研究单元,应用形态学图像处理技术在基于像元水平的二元沼泽湿地图上对沼泽湿地类型进行分类,并应用形态学模型和类型统计模型系统分析了三江平原1980-2000年间沼泽湿地景观破碎化的时空变化格局.结果表明,20年间,三江平原沼泽湿地面积由快速下降趋于缓慢下降.核心湿地面积急剧减小,由大面积分布逐步向三江平原东北部的别拉洪河和挠力河流域集中.孔隙湿地面积减小比例最大,目前处于消亡状态,由原来的沼泽湿地内部异质景观向同质景观过渡.核心和孔隙湿地大部分转化为斑块湿地,主要位于三江平原西北部、中部和南部,有逐步取代东北部核心湿地的趋势.边缘湿地面积比例年增长最快,且边缘像元宽度越来越宽,三江平原西部、南部和东部地区的核心湿地几乎全部由边缘湿地取代,易产生一定的边缘效应,导致种群间的竞争更加激烈.     

三江平原小叶章湿地生态系统硫的生物地球化学循环

以三江平原小叶章湿地生态系统为研究对象，应用分室模型研究了硫在大气-土壤-植物系统各分室中的分布及循环过程。结果表明，在植物-土壤系统内，土壤是主要的贮存库和流通介质，有97.78%的硫贮存在土壤中，且主要以有机硫的形态存在，2.22%的硫贮存在植物中。在植物亚系统中，根是主要的贮库，79.60%的硫贮存在根中。湿地植物地上部分吸收的总S量为0.75gS/m^2;向地下再转移的总S量为0.24gS/m^2，向枯落物S库转移的总S量为0.51gS/m^2;根吸收的总S量为3.76gS/m^2;根向土壤S库转移的总S量为3.07gS/m^2;现存枯落物中的总S量为0.75gS/m^2;枯落物向土壤S库的转移量最低为0.52gS/m^2·a。输入和输出过程的研究表明，小叶章湿地生态系统在生长季（5-9月份）向大气排放H2S的量为1.42mgS/m^2，从大气吸收COS的量为1.83mgS/m^2;通过大气降水输入到生态系统中的硫为4.85mgS/m^2，其差值为5.26mgS/m^2，这表明硫在小叶章湿地生态系统中处于累积状态，湿地存在潜在的酸化趋势。     

两种水分生态型小叶章的生理生态特征研究

通过野外调查与控制试验相结合的方法,比较研究了两种水分生态型小叶章的生理生态特征,结果表明:(1)自然条件下,小叶章沼泽化草甸群落Simpson多样性指数显著高于小叶章草甸群落,但是小叶章草甸群落中小叶章种群生物量显著高于沼泽化草甸群落;草甸小叶章的株高、节长、叶长、叶宽及叶绿素含量均显著高于沼泽化草甸小叶章;叶片干重和叶鞘干、鲜重以及叶片与叶鞘生物量分配比为沼泽化草甸小叶章较高,而茎的干、鲜重和叶片鲜重、总地上生物量及茎生物量分配比均为草甸小叶章较高,但差异均不显著.(2)在人工控制水位条件下,两种生态型小叶章种群密度差异显著,而种群高度则无显著差异;两种生态型小叶章在0 cm、20 cm水位梯度下的叶长,30 cm水位梯度下的叶宽,以及0 cm水位梯度下的叶面积均存在显著差异,沼泽化草甸小叶章个体生长指标均对水位梯度具有显著响应,而典型草甸小叶章仅叶绿素含量对水位梯度具有显著响应.研究发现,两种生态型小叶章对水位条件的敏感程度不同,不同条件下对水位梯度具有不同的响应规律.     

闽江河口湿地不同植被带土壤全硅的含量及分布特征

硅是湿地系统元素循环所关注的重要内容之一,土壤全硅的分布特征与湿地土壤-植物系统活跃程度密切相关。于2016年1-12月,以闽江河口鳝鱼滩湿地为研究对象,通过野外原位采样及室内实验分析,对短叶茳芏、短叶茳芏与互花米草交错带、互花米草3种植物类型湿地的土壤全硅含量和储量的变化特征进行观测。结果表明：短叶茳芏、短叶茳芏与互花米草交错带、互花米草湿地土壤全硅的年平均含量依次为197.67、201.21、210.33 mg/g,表现为由陆向海方向逐渐增加的趋势;季节上均呈现秋冬高于春夏的趋势;土壤全硅含量和储量均表现为上部土层（0-30cm）高于下部土层（30-60cm）。经统计分析发现,湿地土壤全硅含量与有机质显著负相关（P < 0.05）,与含水率和pH有极显著正相关关系（P < 0.01）。除短叶茳芏湿地外,其余2种湿地土壤全硅含量与有效硅含量显著负相关（P < 0.05）。研究闽江河口湿地不同植被带土壤全硅含量和储量及其分布特征,旨在揭示湿地土壤全硅水平在不同类型湿地植被生长影响下的变化过程,为本研究区的硅素研究补充关键数据。