三江平原湿地开垦对土壤氨基糖积累特征的影响

微生物残体在土壤有机质的形成和稳定过程中发挥着重要作用,但湿地开垦对土壤微生物残体积累特征的影响尚不清楚。本研究以三江平原小叶章湿地为对象,采集原始自然湿地和开垦改种豆科作物后不同耕作年限(5年、10年和25年)的土壤,以氨基糖为微生物残体的标识物,探讨湿地开垦对土壤微生物残体积累特征的影响。结果表明: 自然湿地开垦为农田后显著降低了土壤中氨基糖的含量,且随着开垦年限的增加,氨基糖的损失比例也增加。与自然湿地相比,开垦25年后土壤中的氨基葡萄糖、氨基半乳糖和胞壁酸含量分别下降38.0%、38.1%和35.9%,且在开垦最初5年中细菌来源的胞壁酸下降速率(25.8%)远高于真菌来源的氨基葡萄糖(14.9%),说明短期内湿地开垦对细菌的影响较真菌更加迅速。湿地开垦为农田5、15和25年后,土壤氨基糖总量分别下降21.1%、34.0%和38.0%;同时,氨基糖总量占土壤有机质的比例也受到湿地开垦的显著影响,由自然湿地中的4.8%降至开垦25年后的4.4%。这说明长期湿地开垦加速了土壤有机质中微生物来源有机组分的分解转化,进而改变土壤有机质的组成。这些变化将影响湿地生态系统中土壤有机质的长期稳定和功能演变。     

环境筛选和扩散限制在地表和地下螨群落物种共存中的调控作用

识别扩散限制和环境筛选在群落物种共存中的相对作用,是土壤动物群落物种共存机制研究的重要内容,然而少有针对地表和地下土壤动物群落的探讨。在三江平原农田生态系统,设置一个50 m×50 m的空间尺度,探讨环境筛选和扩散限制对地表和地下土壤螨群落物种共存的调控作用。基于Moran特征向量图(MEMs)和变差分解的方法来区分环境筛选和扩散限制的调控作用;采用偏Mantel检验进一步分析环境距离和空间距离的相对贡献;使用RDA分析环境因子对螨群落物种组成的解释能力。变差分解结果表明,空间变量对地表、地下和地表-地下土壤螨群落具有较大的显著方差解释量,而环境变量和空间环境结构的解释量相对较小且不显著;偏Mantel检验没有发现环境距离或空间距离的显著贡献;RDA分析表明土壤p H值、大豆株高和土壤含水量对土壤螨群落具有显著的解释能力,说明环境变量对螨群落物种组成的重要作用。研究表明,在三江平原农田生态系统,地表和地下土壤螨群落物种共存主要受到扩散限制的调控作用,同时环境筛选的调控作用也不容忽视。     

华北驼绒藜种群数量动态与生殖特性的相关性

采用立木级法研究华北驼绒藜种群的大小级结构,利用各龄级的存活数编制种群静态生命表和存活曲线,构建时间序列预测图对种群数量动态过程进行预测,利用生活史特征观察结果分析其生殖对策,探讨了生殖特性与种群动态的关系。结果表明:华北驼绒藜种群幼龄和老龄级个体数较少,中龄级个体数量较多,呈稳定或衰退趋势;种群生命表和存活曲线的分析表明,尽管生境条件不同,但存活曲线基本接近DeeveyⅢ型;种群数量的时间序列预测表明,华北驼绒藜种群会随时间推移,呈现老龄级株数先增加后减少的趋势,种群稳定性长期维持困难;生活史特征表明,华北驼绒藜在长期进化过程中形成了兼具r-对策和k-对策的双重特性来维持种群的相对稳定。良好的生殖适应性是物种发展的关键,华北驼绒藜种群年龄结构、生命表、存活曲线以及时间序列预测图反映出其种群数量动态与生殖特性具有密切的相关性,传粉系统效率低、胚胎发育过程营养失调、种子向幼苗的转化率低以及种群更新对母株的依赖性强等生殖生物学特性与种群动态相吻合;生境恶劣和人为干扰也成为其种群发展的制约因素。     

Early-stage litter decomposition and its influencing factors in the wetland of the Sanjiang Plain, China

Using the litter bag technique, the decomposition rates and their influencing factors were studied by investigating three wetland macrophytes, Calamagrostics angustifolia, Carex meyeriana and Carex lasiocapa, in Sanjiang Plain, Northeast China. It was revealed that C. lasiocapa lost 28.91% of its weight, C. angustifolia lost 31.98% and C. meyeriana lost 32.99% after 164 days. Another finding was that the amount of organic carbon in the litter of C. angustifolia and C. lasiocapa fluctuated, but continuously decreased in that of C. meyeriana. However, all the three types of litter released organic carbon. Nitrogen was released substantially from the litter of both C. angustifolia and C. meyeriana, but accumulated in the litter of C. lasiocapa. Phosphorus concentrations in all the three types of litter apparently decreased first and then slightly increased. Overall, P release was observed in all the three types of litter. The C/N and C/P ratios varied significantly in the decomposition process. The decomposition rates and nutrient content variations were simultaneously influenced by the quality of the litter as well as the environmental factors in the Sanjian Plain, but they were more strongly affected by the quality of the litter.     

三江平原不同湿地类型土壤活性有机碳组分及含量差异

土壤活性有机碳对土壤干扰的反应较快,是土壤有机碳早期变化的敏感性指标。近50年来,三江平原湿地土壤有机碳库受农事活动影响较大。为了探讨不同湿地类型土壤活性有机碳主要组分土壤可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、微生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)和易氧化有机碳(Easily oxidized organic carbon,EOC)的分布差异及主要影响因子,选择了三江平原洪河自然保护区4种典型的湿地类型(小叶章+沼柳湿地、小叶章湿地、毛苔草湿地和芦苇湿地)为研究对象。分析了不同湿地类型土壤可溶性有机碳,微生物量碳和易氧化有机碳在0—30 cm土层内的分布特征和分配比例及其与有机碳、土壤养分和酶活性指标(蔗糖酶、纤维素酶和过氧化氢酶)之间的相关关系。结果表明:(1)4种湿地类型土壤DOC、MBC和EOC含量均随土层深度的增加而减少。不同湿地类型之间土壤活性有机碳含量在0—30 cm土层内存在显著性差异(P0.05),相对于长期淹水的毛苔草湿地和芦苇湿地而言,未淹水的小叶章+沼柳湿地和小叶章湿地具有较高的DOC,MBC和EOC含量。(2)土壤DOC、MBC和EOC占有机碳比例分别为0.27%—0.63%,1.27%—5.94%和19.63%—41.25%。土壤DOC所占比例呈先增后减的变化趋势,最大的比例均出现在10—20 cm。MBC所占比例在土壤剖面上则未表现出一致的变化规律,而EOC所占比例则随土层深度的增加而逐渐减少。(3)土壤DOC占SOC比例以小叶章湿地最高,MBC和EOC占SOC的比例则以小叶章+沼柳湿地最高。而长期淹水的毛苔草湿地和芦苇湿地则具有更低的DOC,MBC和EOC比例。(4)综合分析表明,4种湿地类型土壤DOC,MBC和EOC两两之间存在极显著相关性关系,它们除了与碳氮比相关性不显著外,与土壤有机碳,全氮,全磷养分和酶活性指标间相关性均达到极显著水平,尤其是与有机碳和全氮的相关性系数更高,此外DOC与纤维素酶,MBC与过氧化氢酶相关性更大。由此可见,土壤碳氮磷养分和酶活性是影响土壤活性有机碳组分分布的重要因素。     

Migration and retention of dissolved iron in three mesocosm wetlands

Three mesocosm wetlands (250 cm × 100 cm × 100 cm) with different wetland plants (Calamgrostis angustifolia, CA, Carex lasiocarpa, CL, and C. angustifolia/C. lasiocarpa mixture, AL, respectively) and hydrologic regimes were set to test migration and retention of exogenous dissolved iron ((NH₄)₂Fe(SO₄)₂of 40 mg Fe(II) L⁻¹) in the Sanjiang Plain Wetland in northeast China. The experiment was designed as two stages: open migration period (OMP) for 1.5 d and close retention period (CRP) for 28.5 d. Based on the outflow Fe(II) concentration during the OMP, retention efficiencies (RE) and iron retention fluxes adjusted by area (RF_ad) in the three mesocosm wetlands were calculated, and the migration of iron were modeled using the first-order kinetic model. Outflow pH decreased gradually from a weak alkaline condition to a weak acid condition during the OMP, and then increased during the CRP, while outflow Eh and DO decreased during the experiment. The three mesocosm wetlands had considerable RE ranging from 75% to 98%, with the averaged RF_ad of 4.31 ± 0.17, 4.20 ± 0.16, and 4.37 ± 0.13 g m⁻² h⁻¹ for CA, CL, and AL, respectively. The reduction conditions in the mesocosm wetlands developed after 4 d or 12 d and the former retained iron during the OMP became mobile and discharged primarily in the form of Fe(III). The first-order kinetic model could simulate the outflow concentration of dissolved iron during the OMP (R² = 0.91, 0.69, and 0.68 for CA, CL, and AL, respectively), while the outflow dissolved iron during the CMP was difficult to model because the changed pH and Eh conditions in the mesocosm wetlands cause the former precipitated iron to be mobile after several days.     

基于CVM的三江平原湿地非使用价值评价

基于条件价值评估法(CVM)这一当前国际上流行的生态系统经济价值评价方法,对三江平原湿地的非使用价值进行了研究。研究中采用实地调研的方式,进行支付意愿问卷调查,共发放支付卡式CVM问卷552份,回收有效问卷513份。分别采用非参数估计和参数估计方法对调查数据进行分析处理,评价了三江平原湿地的非使用价值,得出三江平原湿地2007年人均支付意愿为71.66元/a,并进一步计算出三江平原湿地的非使用价值为24.638亿元/a。该值仅为三江平原湿地部分,如果扩大到三江平原涵盖的所有自然资源,其值还将大幅上扬。三江平原蕴含的自然资源价值是巨大的,保护三江平原的生态环境也将创造巨大的价值,研究结论使得湿地环境保护和开发的价值对比成为可能,为政府相关政策的制定提供理论基础。     

三江平原恢复湿地土壤种子库特征及其与植被的关系

通过幼苗萌发法和样方调查相结合的方法对三江平原不同演替恢复阶段的种子库特征及其与植被的关系进行了研究。将开垦湿地、不同演替恢复阶段湿地以及天然湿地不同土壤层次(0-5、5-10 cm和根茎)的种子库在两种水分条件下(湿润、淹水10 cm)进行萌发处理。结果表明: 随着演替恢复阶段的进行, 种子库的结构和规模逐渐扩大, 地表群落表现出由旱生物种占优势的群落逐渐演变成以小叶章(Calamagrostis angustifolia)占优势的湿生群落的演替趋势。恢复7年湿地、恢复14年湿地、天然湿地土壤种子库萌发物种数分别为24种、29种、39种, 植被物种数为21种、25种、14种。湿地类型、水分条件和土壤层次均显著影响种子库萌发的物种数及幼苗数(p < 0.01)。种子库具有明显的分层现象, 天然湿地0-5 cm土层种子库种子萌发密度是5-10 cm土层的4倍左右, 而恢复湿地仅1.3倍左右, 且土层间萌发物种相似性系数较低。湿润条件下的萌发物种数显著高于淹水条件, 且两种水分条件下萌发物种的生活型不同。由于恢复时间较短, 不同演替恢复阶段的种子库与植被相似性维持在30%以下。湿地中根茎分蘖出大量的湿地物种, 对于小叶章等优势物种的繁殖具有重要作用。研究表明, 在开垦湿地退耕后的次生演替阶段, 种子库能够保持大量的湿地物种, 通过对湿地种子库与植被的关系研究, 能够为三江平原湿地群落演替与湿地恢复提供策略指导。     

1976-2013年三江平原景观生态风险变化及驱动力

受自然过程和人类活动的影响,三江平原景观生态风险格局发生了明显变化。采用GIS和RS技术构建景观风险指数,结合网格分析法和地理探测器分析1976-2013年三江平原景观生态风险变化及驱动力。结果表明,从时间上看,1976-2013年三江平原农田、草地和湿地的景观损失度逐渐降低,林地和居民用地景观损失度不断升高,生态风险呈逐渐降低趋势;从空间上看,1976年以高风险区为主,2013年则以低风险区为主,1976-2013年低风险、较低风险和中风险区不断向三江平原西部和西南部扩张,高风险和较高风险区逐渐向北部的黑龙江和乌苏里江沿岸及保护区退缩,生态风险整体向西南方向运移,风险质心向西南转移37.8 km;三江平原景观生态风险格局变化受海拔、地貌、居民点、保护区距离和人为干扰度影响明显,其中人为干扰度、居民点以及保护区距离对景观生态风险解释力最为显著,1995年人为干扰度（71.2%）、居民点距离（64.6%）和保护区距离（43.7%）的因子解释力明显高于地貌类型（11.2%）和流域类型（8.9%）,2013年地貌类型（23.5%）解释力大于保护区距离（23.3%）。该研究为湿地保护和恢复提供科学参考。     

基于历史生物多样性与湿地景观结构的三江平原湿地恢复优先性研究

三江平原是我国最大的淡水沼泽分布区,建国后大规模的农业开发活动导致湿地面积锐减,湿地生态系统服务功能退化,产生一系列的生态环境问题,有必要进行湿地恢复。生物多样性的历史分布和湿地景观结构特征对湿地恢复具有重要指导意义。在分析三江平原湿地景观格局变化的基础上,结合三江平原历史生物多样性保护价值(即湿地恢复价值)以及各县市内湿地景观结构(现有湿地分布比例)对湿地恢复进行了优先性分析,确定了不同县市内不同空间位置上湿地恢复优先等级。景观格局变化分析结果表明,三江平原在20年间,湿地面积大幅减少,且破碎化现象严重,70%以上的退化或消失湿地被耕地侵占;基于历史生物多样性保护价值的湿地恢复价值评估表明,目前已经退化或消失的湿地有57.56%具有相对较高的恢复价值,而且还有22.02%的区域处于中等恢复价值水平,恢复潜力较大;结合现有湿地分布比例的结果表明,在三江平原的19个受湿地影响的市县中,有2个一级恢复区,6个二级恢复区,9个三级恢复区和2个四级恢复区。研究为今后三江平原湿地恢复行动的时空顺序确定提供了参考,同时为缺少生物多样性历史监测数据的区域提供了快速的湿地恢复评估方法。