滇西北纳帕海湖滨带优势植物茭草茎解剖结构对模拟增温的响应

高原湿地湖滨带植物对气候变暖表现出强烈的功能响应,是全球气候变化的主要现象之一。植物解剖性状直接关系到植物的生态功能,为探讨气候变暖对湿地植物茎解剖结构的影响,该研究利用开顶式生长室分析了模拟增温对滇西北纳帕海湿地湖滨带挺水植物茭草茎解剖结构的影响。结果表明:(1)茭草地上茎在增温4 ℃的范围内,主要通过增加表皮结构厚度以增加表皮失水来响应增温; 地下茎在增温2 ℃的轻度增温条件下与地上茎的响应策略相同,而在增温4 ℃时主要通过减小维管结构大小以降低气穴化风险来响应增温。(2)年最高温度和夜间积温是影响茭草茎解剖结构性状的关键因子,但该两个温度因子仅对地下茎筛管大小的影响达到显著水平(R²=0.838, P<0.01)。(3)内表皮细胞厚度是地上茎响应增温的最主要性状,并与温度因子呈显著正相关。地下茎导管和筛管大小是地下茎响应温度升高的主要性状,二者与温度变量呈负相关关系。综上表明,茭草地上茎和地下茎对增温响应策略存在差异,为揭示高原湿地植物应对气候变暖的响应规律以及生态适应策略提供了科学依据。基于当前气候变暖的背景,建议未来采用更科学的实验方法对更多高原湿地植物的生态响应过程及规律进一步深入研究。     

藏香猪放牧对滇西北高原湿地土壤CO2通量的影响

高原湿地是生态系统中重要的碳汇。土壤CO_2通量作为高原湿地生态系统碳收支的重要组成部分,碳的释放对区域碳平衡发挥着重要的作用。藏香猪放牧是我国高海拔藏区一种特有的放牧方式,是导致高原湿地土壤退化的重要干扰因素之一,并影响着土壤CO_2通量的变化。采用土壤CO_2通量自动测量系统(LI-8100A,LI-COR,USA),分别在不同季节对滇西北布伦、哈木谷、伊拉草原上藏香猪干扰和对照(非干扰土壤)CO_2通量变化进行监测,研究发现,藏香猪干扰型放牧降低了土壤CO_2排放通量,且表现出明显的日波动变化特征。相比旱季,雨季不同放牧方式影响下的土壤CO_2通量差异性更为明显,其中布伦、哈木谷、伊拉草原较对照分别降低了70.4%、87.5%、60.7%。CO_2排放通量与土壤理化性状及植物生物量的回归分析表明,对照样地的土壤容重、孔隙度、pH、总活性碳、植物生物量与土壤CO_2通量具有显著的相关性(P0.01)。通过植物-土壤指数(plant-soil index,PSI)分析了藏香猪干扰型放牧对高原湿地的影响,总体来看,对照样地中土壤CO_2通量与PSI之间具有较好的线性关系,可以用来很好的预测未来高原湿地土壤CO_2通量的变化。该研究结果不仅有效估算了强干扰放牧影响下的高原湿地土壤碳排放量,而且为加强藏香猪放牧的科学管理,高原湿地生态系统的保护、恢复及重建提供了理论支持。     

横断山区草本沼泽湿地水体氮含量空间分布特征

草本沼泽是横断山区重要的湿地类型,为探明横断山区草本沼泽湿地水体中总氮、硝氮和氨氮的空间分布特征及其控制因素,于2014—2017年在横断山区对典型草本沼泽湿地开展水样采集和分析工作,同时收集降水量、地表大气温度、水温、水深、人口数量、GDP、家畜数量等环境数据。结果表明：1）横断山区草本沼泽湿地水体中总氮含量表现出明显的纬向地带性和垂直地带性：总氮含量随纬度和海拔增加而下降,水温是控制这种地带性特征的主要因素。同时,随经度增加,水体中总氮含量也显著增加,社会经济发展因素是导致这种分布特征的主要原因;2）横断山区沼泽湿地水体中硝氮和氨氮含量在海拔梯度上的变化趋势不明显;3）随经度和纬度增加,沼泽湿地水体中硝氮含量逐渐增加,导致这种现象的主要原因是水深和水温;4）随经度增加,沼泽湿地水体中氨氮的含量逐渐增加,但氨氮含量与自然环境因素和社会经济发展因素均无显著相关性。     

植物质量、模拟增温及生境对凋落物分解的相对贡献

采用凋落物袋法对比研究了茭草和杉叶藻两种初始质量差异显著的湿地植物凋落物,在模拟增温(1.5～2.0 ℃)及不同生境(大气、大气-水界面与水-土界面)下的质量残留率和不同化学组分的含量变化.结果表明: 在一年的分解周期内,凋落物残留率表现出季节性变化特征,并与环境因子之间存在显著的交互作用.各因子对凋落物分解的贡献大小不同,植物质量解释了28.8%的变异,模拟增温解释了6.3%的变异,而生境解释了34.9%的变异.随着分解时间的延长,凋落物中不同组分(难、易分解)的含量发生明显变化.杉叶藻中氮含量在分解后期显著降低了53.1%,而木质素含量显著增加了45.4%.生境是影响凋落物分解最重要的环境因子,其次是植物质量,而模拟增温对凋落物分解的影响程度较小.     

滇西北高原湿地植物凋落物在不同分解界面的质量衰减及其微生物驱动

研究植物凋落物分解及其微生物的驱动机制,对于掌握湿地生态系统物质循环特征及其关键生态过程具有重要意义。该研究以滇西北高原典型湿地纳帕海湖滨带的优势植物茭草和杉叶藻为研究对象,通过凋落物袋法和Biolog GenⅢ技术,研究其凋落物在大气界面、水界面和土界面的质量衰减特征以及微生物的碳源利用和代谢的变化规律。结果表明:(1)通过一年的分解,茭草凋落物在大气界面、水界面和土界面的质量残留率分别为77.7%、42.2%、25.3%,显著高于杉叶藻凋落物的相应质量残留率(41.6%、32.5%、12.4%);但同一物种不同分解生境下质量残留率则表现为大气界面水界面土界面。(2)2种植物不同界面的平均吸光度值上升快慢存在差异,茭草土界面和杉叶藻大气界面中的微生物碳源代谢强度最大;土界面下茭草植物微生物碳源利用率最高,且醇类和胺类的碳源利用率达到0.26和0.24。(3)2种植物的微生物群落结构存在一定的差异,茭草凋落物土界面中微生物群落对各类碳源有较强的利用能力,其微生物群落所含物种比较丰富、群落均匀性和多样性更加明显,与茭草凋落物质量残留率季节性变化结果较为一致。研究认为,研究区域内凋落物质量衰减和微生物的关系,可以为生态系统的稳定与发展及凋落物分解的微生物学机理提供科学依据。     

大气增温对滇西北高原典型湿地湖滨带优势植物凋落物质量衰减的影响

气候变暖对湿地生态系统碳循环的影响受到国内外的广泛关注。研究大气增温对植物凋落物分解的影响是掌握气候变暖对湿地生态系统碳循环影响过程及其作用机制的基础。通过开顶式生长室(Open-top Chambers,OTCs)模拟大气增温(2.0±0.5)℃和(3.5±0.5)℃,以滇西北高原典型湿地纳帕海湖滨带的优势植物茭草(Zizania caduciflora)、水葱(Scirpus tabernaemontani)、黑三棱(Sparganium stoloniferum)和杉叶藻(Hippuris vulgaris)为研究对象,研究其凋落物在大气界面,水界面,土-水界面的质量衰减对大气增温的响应。结果表明,(1)大气增温促进了4种植物凋落物在不同分解界面的质量衰减,但其质量衰减率在不同分解界面对增温的响应存在差异。其中,增温对水界面植物凋落物质量衰减的促进作用最大,并随着增温的幅度的增加而增加。其次是土-水界面,增温对大气界面植物凋落物质量衰减的促进作用最小。(2)植物凋落物初始C/N值与其凋落物质量衰减率呈负相关,大气增温对低初始C/N值物种凋落物质量衰减的促进更为显著。(3)相对于大气增温,植物凋落物初始C/N值对其凋落物质量衰减的影响高于大气增温对其质量衰减的影响。研究表明,气候变暖将促进湿地植物凋落物的分解,进而对湿地生态系统物质循环及其生态功能产生影响,其影响程度与湿地植物物种有关,其作用机制有待于进一步深入研究。     

大气增温对滇西北高原典型湿地湖滨带优势植物的光和CO2利用能力的影响

大气增温对湿地植物光合作用的影响及其作用机制是近年来生态学界关注的热点。采用开顶式生长室(Open-top chambers,OTCs)模拟大气增温((2.0±0.5)℃,(3.5±0.5)℃),研究增温对滇西北高原典型湿地纳帕海湖滨带2种优势植物(茭草Zizania caduciflora,黑三棱Sparganium stoloniferum)的光和CO_2利用以及光合碳同化速率的影响。结果表明,(1)增温对不同植物的光和CO_2利用能力以及碳同化速率的影响存在种间差异。增温显著降低了茭草的光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)、光能利用幅(LSP-LCP)、CO_2饱和点(CSP)、CO_2利用幅(CSP-CCP)以及最大净光合速率(P_(max)),却显著增加了其CO_2补偿点(CCP);相反,增温显著提高了黑三棱的LSP、(LSP-LCP)以及最大净光合速率(P_(nmax)),而显著降低了其LCP,但对其CO_2利用参数无显著影响。(2)2种植物的光和CO_2利用能力对增温的响应存在季节性差异。不同温度处理下,茭草在6、8月的LSP和(LSP-LCP)均显著高于10月的对应值,其P_(nmax)也随生长期的增加而降低;黑三棱的光响应参数在不同生长季间无显著差异,其P_(nmax)在8月最高,而在6月和10月相对较低。(3)温度因子与茭草的光能利用参数均呈负相关,而与黑三棱的光能利用参数均呈正相关。本研究的温度因子中,日间积温对P_(nmax)和(LSP-LCP),年均温和最低温对(CSP-CCP)值的影响最为显著。本研究进一步表明,气候变暖对滇西北高原湿地湖滨带优势植物光合作用存在影响,但不同物种间存在差异响应,这种差异响应可能导致湿地生态系统植被结构的改变,其有关生态过程有待于进一步研究。     

模拟增温及分解界面对茭草凋落物分解速率及叶际微生物结构和功能的影响

挺水植物的凋落物是湿地生态系统物质循环的重要组成部分, 阐明气候变暖以及生境差异对湿地挺水植物凋落物分解过程及叶际微生物的影响对揭示湿地生态系统关键物质循环过程具有重要意义。该研究以滇西北高原典型湿地优势挺水植物茭草(Zizania latifolia)为研究对象, 采用凋落物袋法研究了茭草在模拟增温(1.5-2.0 ℃)及不同生境(大气界面、水界面与土界面)下的质量残留率和叶际微生物数量、结构组成与功能代谢特征。研究发现: 模拟气候变暖及生境差异均显著影响凋落物的分解速率。经过一年的分解, 凋落物在模拟增温环境下的质量残留率为66.4%, 对照组的质量残留率为77.7%, 增温组分解常数(k)值是对照组的1.64倍, 而凋落物在水界面与土界面的质量残留率为42.2%和25.3%, 其k值分别为大气界面的3.63和5.25倍, 生境差异是影响湿地挺水植物凋落物分解速率的关键因素。模拟增温主要改变了凋落物叶际微生物的群落组成特征, 而生境变化主要影响叶际微生物的绝对数量、微生物多样性、群落结构组成以及功能代谢活性。处于土界面的凋落物叶际微生物具有最高的群落功能代谢活性及醇类碳源利用程度。不同处理之间的植物叶际微生物特征与凋落物分解速率具有较好的一致性, 为揭示湿地植物凋落物分解快慢的微生物驱动机制提供了重要的理论依据。     

水葱和香蒲叶经济性状对模拟增温和CO2浓度倍增的响应

气候变化是国际社会共同关注的环境问题,植物对气候变化的响应反映了植物应对气候变化的生长和生存策略。叶经济性状与植物对资源的获取、利用和储存直接相关,并且受到温度条件和CO₂浓度的显著影响。该文采用人工环境控制系统封顶式生长室研究广布湿地植物水葱(Scirpus validus)和香蒲(Typha orientalis)的叶经济性状对模拟增温(现行环境温度+2 ℃)和CO₂浓度倍增(增至850 μmol·mol^-1)的响应。结果表明:(1)增温处理下,水葱净光合速率、氮含量和磷含量显著降低,但其胞间CO₂浓度和比叶重显著增加; CO₂浓度倍增处理下,水葱胞间CO₂浓度和净光合速率均显著降低,但比叶重显著增加。(2)增温处理下香蒲的比叶重显著增加,而氮含量和磷含量显著降低; 香蒲的光合参数、氮含量和磷含量在CO₂浓度倍增处理下均显著降低,而比叶重显著增加。(3)水葱的比叶重、氮含量、磷含量、净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度与主成分分析的两个环境变量相关; 而香蒲的经济性状均与两个环境变量相关,表明这些经济性状在香蒲响应增温和CO₂浓度变化过程中发挥重要作用。(4)除碳含量外,水葱和香蒲的其他经济性状参数包括净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO₂浓度、氮含量、磷含量和比叶重均在响应增温和CO₂浓度倍增过程中发挥重要作用。总体而言,该研究结果反映了水葱和香蒲在功能性状上对增温和CO₂浓度倍增的响应策略。两种植物的光合能力和养分含量在两种处理下虽然均受到显著的抑制作用,但是其抗逆能力升高,表明增温和CO₂浓度升高不利于水葱和香蒲的生长。     

云南高原湖泊水葱克隆生长与有性繁殖特征及影响因子

为掌握挺水植物克隆生长与有性繁殖参数的空间分布格局特征及环境因子对植物繁殖的影响路径,该文利用云南高原的立体地形,通过空间替代时间的方法,探讨6个湖泊共有挺水植物水葱(Schoenoplectus tabernaemontani)的克隆生长、有性繁殖的地理差异和变化规律以及对环境变化的响应。结果表明:(1)密度、株高、基径等克隆生长参数,以及结实率、穗生物量及其投资比、种子产量、活性种子数等繁殖参数在不同地理空间上存在显著差异(P<0.05),而地上生物量无显著差异。(2)密度、株高、结实率、穗生物量及其投资比等参数具有显著的经纬度、海拔地带性分布特征,其中密度随纬度和海拔的增加而增加、随经度的增加而减小,而株高、结实率、穗生物量及其投资比随纬度和海拔的增加而减小、随经度的增加逐渐增大。(3)暖月和冷月均温,土壤全氮、全磷是影响水葱克隆生长(密度、株高)的关键因子,其中暖月均温影响最大,年均降水、土壤有机碳是影响水葱有性繁殖的关键因子,其中年均降水影响最大。综上认为,气候因子(暖月均温、冷月均温和年均降水)是影响云南高原湖泊湖滨带植物水葱生长和繁殖的主要因子。