闽江口湿地土壤全氮含量的高光谱遥感估算

氮是湿地生态系统重要生源要素,基于高光谱(350~2500 nm)遥感数据对其进行估算以实现湿地土壤全氮(TN)含量无损、快速和准确定量化具有重要意义。选取闽江河口湿地为研究区,于2013年5月,沿潮滩(高潮滩到中潮滩)采集16个土壤剖面80个样本,室内测定其光谱反射率和TN含量,并基于原始反射率(R)和光谱指数(比值指数RI、归一化指数NDI和差值指数DI)建立土壤TN含量高光谱估算模型,并进一步分析反射光谱与铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)、有机质(SOM)和电导率(EC)之间的关系,以期揭示河口湿地土壤TN含量估算的机理。结果表明:土壤光谱反射率在350~600 nm,表现为高潮滩中潮滩,而在600~2500 nm,表现为高潮滩中潮滩;闽江河口湿地土壤TN含量与R在500 nm附近相关关系较好,并在490 nm有最大相关系数(-0.508);RI、NDI和DI大大提高了反射光谱与土壤TN含量的相关关系,其相关系数较高区域集中在600~1000 nm的波段组合,以RI(590,640)、RI(610,940)、NDI(940,590)、NDI(940,610)、DI(640,920)和DI(640,940)相关关系表现较好,能较好地实现研究区湿地土壤TN含量反演,其估算与检验模型r~2均大于0.610,RMSE均小于0.208,其中以RI(610,940)估算精度最好,估算与检验模型r~2分别为0.832和0.631,RMSE分别为0.178和0.202;闽江口湿地土壤TN含量与SOM含量密切相关是土壤TN含量估算的重要机理,而NH_4~+-N、NO_3~--N和盐分含量对其估算精度影响不大。     

生源要素有效性及生物因子对湿地土壤碳矿化的影响

湿地土壤是全球碳存储的重要场所,湿地生态系统的碳循环过程对全球变化有重要指示作用。土壤碳矿化是湿地生态系统碳循环的重要环节,对于认知湿地生态系统生物地球化学循环过程具有重要的意义。综述了生源要素及生物因素对湿地土壤碳矿化的内在作用机制。土壤活性有机碳库通过调节土壤能源物质和微生物活性影响土壤碳库的有效性,是表征土壤碳矿化的敏感指标。湿地其它养分如N、P、S等元素的有效性也是影响土壤碳矿化的关键要素。电子受体(NO₃^-、SO₄^2-、Fe³⁺、Mn⁴⁺等)对湿地土壤碳矿化和有机碳转变的影响主要通过电子受体的还原过程完成,在厌氧分解过程中,湿地土壤利用难溶性电子受体可能是土壤C矿化的更重要途径。动物、植物、微生物群落和区系等则是土壤碳矿化的主要驱动因子。土壤动物区系在有机态养分矿化为无机态养分的过程有着独特的功能,能显著增加土壤碳矿化。土壤微生物的活性,决定着土壤中有机碎屑的降解速率,是土壤有机碳分解周转的主要诱导因素。湿地植物则通过影响根系、微生物呼吸底物的供应以及对小气候和土壤因子的调节而影响土壤有机质的分解。湿地生源要素和生物因子还极易与土壤理化性质如温度、水分、pH值和质地等环境因素形成交互和制约,共同影响土壤碳矿化。最后,提出了进一步研究生源要素和生物因素与湿地土壤碳矿化关系需要解决的一些重要问题。     

闽江河口潮汐湿地二氧化碳和甲烷排放化学计量比

为了阐明河口潮汐湿地碳源温室气体排放的化学计量比特征,对闽江河口潮汐湿地二氧化碳和甲烷排放进行了测定与分析。结果表明:芦苇湿地和短叶茳芏湿地二氧化碳与甲烷排放均呈现正相关;涨潮前、涨落潮过程和落潮后芦苇湿地和短叶茳芏湿地CO2∶CH4月平均值分别为55.4和185.0,96.3和305.5,68.7和648.6,3个过程芦苇湿地和短叶茳芏湿地CO2∶CH4差异均不显著(P>0.05),2种植物湿地CO2∶CH4对潮汐的响应并不一致,但均在涨潮前表现为最低;涨潮前、涨落潮过程和落潮后均表现为芦苇湿地CO2∶CH4低于短叶茳芏湿地(P<0.05);河口潮汐湿地CO2∶CH4为空间变异性>时间变异性,潮汐、植物和温度均对CO2∶CH4的变化具有一定的调节作用。     

闽江河口湿地植物与土壤灰分及其影响因子分析

以闽江河口鳝鱼滩湿地生长的芦苇(Phragmitesaustralis)和互花米草(Spartina alterniflora)为研究对象,并对相应的36个土壤剖面进行取样分析,揭示它们的(厂火)分含量分布特征,并对其影响因子进行分析。研究结果表明:闽江河口鳝鱼滩湿地芦苇和互花米草各个器官(厂火)分含量的差异性明显,芦苇各部位(厂火)分含量的平均值大于互花米草;芦苇和互花米草湿地土壤(厂火)分含量的垂直分布较为类似,芦苇湿地土壤(厂火)分合量略高于互花米草湿地土壤(厂火)分含量,但两种植物土壤(厂火)分含量的差异并不显著;芦苇和互花米草湿地土壤(厂火)分含量与土壤有机碳有极其显著的负相关关系,与土壤含水量的相关性也较明显;从单一的植物类型来看,互花米草湿地土壤(厂火)分含量与容重、碳含量、含水量和盐度呈显著的相关关系,芦苇湿地土壤(厂火)分含量与土壤pH值有明显的正相关关系。     

闽江河口湿地枯落物分解及主要影响因子

以闽江河口湿地挺水植物本地种芦苇和入侵种互花米草的花和叶枯落物为研究对象,采用分解袋法分析其分解过程及主要影响因素.结果表明:立枯分解(0～90 d)是2种湿地盐沼植物重要的分解阶段,芦苇和互花米草的花和叶质量损失率分别为(15.0±3.5)％、(13.3±1.1)％和(31.9±1.1)％、(20.8±1.4)％.倒伏分解阶段(91 ～210 d),芦苇和互花米草的花和叶质量损失率分别为(69.5±0.6)％、(71.5±2.5)％和(76.8±1.9)％、(67.5±2.1)％.在立枯分解阶段,2种挺水植物枯落物的分解速率与C/N呈正相关,与N/P呈负相关,分解过程受到P的限制程度较大.倒伏分解阶段,枯落物C/N、C/P和N/P的影响降低,而大气温湿度、土壤水分、酸碱度、盐度和沉积物特性等的影响加大.不同分解阶段枯落物分解影响因子的差异主要与其所处的微域环境和潮汐因素有关.     

闽江河口湿地植物枯落物立枯和倒伏分解主要元素动态

采用分解袋法,对闽江河口湿地2种挺水植物——芦苇(Phragmites australis)和互花米草(Spartina alterniflora)花和叶枯落物的立枯和倒伏分解过程及C、N、P元素动态进行研究。结果表明:(1)立枯分解是2种湿地盐沼植物重要的分解阶段,干物质损失率在13.26%—31.89%之间。多项式模型能较好描述2种植物花和叶的枯落物分解残留率动态。(2)立枯分解阶段,芦苇花和叶的C含量主要为波动下降,互花米草较为稳定;倒伏阶段后期,2种植物都以升高为主。立枯分解阶段2种植物枯落物N含量略有下降,而倒伏阶段逐渐上升。分解过程中枯落物P含量的波动较大。(3)2种植物花和叶C、N的NAI值在分解过程中<100%。芦苇的花和叶中P的NAI值在立枯和倒伏分解阶段都经历了明显下降和升高的过程,而互花米草在立枯阶段变化不大,倒伏阶段下降较为明显。(4)与芦苇相比,互花米草的花和叶枯落物C库较高,N库较低,P库差异不大。     

闽江河口湿地秋茄叶绿素含量高光谱遥感估算

叶绿素含量是表征植被胁迫状态的一个重要指示因子,同时也是其它生化参数估算的重要基础,对其进行遥感反演具有重要意义。选取闽江口秋茄(Kandelia candel)作为研究对象,分别于2013年4月和7月采集叶片,室内测定其叶片正面和反面反射光谱,同时测定其叶绿素含量(单位面积含量和单位质量含量)。选取13个常用参数进行敏感性分析,并进一步选取与叶绿素相关系数较高的参数建立估算模型。结果表明,秋茄叶片反面反射率高于正面,尤其在绿光波段和近红外波段部分区域(1450—2450 nm)表现较为明显。对所选取的大部分参数而言,其与单位面积叶绿素含量的相关系数要高于与单位质量叶绿素含量的相关系数;基于正面光谱计算的光谱参数与叶绿素含量的相关系数要高于基于反面光谱计算的光谱参数。估算与验证模型结果进一步表明,TCARI、Vog1、Vog2和Vog3能较好的估算不同生长期秋茄叶片的叶绿素含量。此外,在使用GM、Carter2和PSSRb估算叶片叶绿素含量时,可以适当考虑反面光谱的应用。这些结果也预示着利用高光谱遥感数据估算秋茄叶片叶绿素含量是可行的,并且具有较高的估算精度。     

氮输入和水淹对短叶茳芏生长、养分及固碳的影响

外源氮输入显著改变河口湿地植物生长和固碳能力,进而影响河口湿地生态系统碳、氮循环过程。以闽江口湿地土著种短叶茳芏(Cyperus malaccensis)为研究对象,通过15个月的中型生态系实验,分析不同氮输入水平(CK,0 g N m~(-2)a~(-1);N8,8 g N m~(-2)a~(-1);N16,16 g N m~(-2)a~(-1))和2种水淹(T1,每天水淹时长2—3 h;T2,每天水淹时长11—12 h)处理对短叶茳芏生长、养分和固碳的影响,探讨短叶茳芏在环境变化下的生长、固碳特征。结果表明:T2处理株高极显著高于T1处理,N8、N16处理的植物株高显著高于CK处理,植物成熟季节的株高也极显著最高(P0.001)。水淹状况和植物生长期对短叶茳芏的密度有显著影响:T1处理密度极显著高于T2处理,植物成熟季节的密度也极显著最高(P0.001),但是氮输入没有显著提高植物密度。植物碳含量较为稳定,T2处理地上碳含量显著高于T1处理(P0.05),但是氮输入和植物生长期对地上碳含量影响不显著。氮输入水平、水淹状况和植物生长期则对植物地上氮含量都有显著影响(P0.05)。N8处理的植物地上生物量和固碳量极显著最高,CK处理极显著最低,植物成熟期的地上生物量和固碳量也极显著最大(P0.001),但是不同水淹处理植物生物量和固碳量无显著差异。闽江口湿地短叶茳芏具有较强的环境适应能力,在持续氮输入环境下,闽江口湿地的短叶茳芏可能向高潮滩拓展。     

酸沉降对泥炭地甲烷排放和碳循环的影响

泥炭地是一个巨大的碳库,是温室气体的源或汇。有研究表明,酸沉降可以促使硫酸盐还原细菌活性增加,并与产甲烷菌争夺基质,从而抑制甲烷气体的产生。这种作用可能对北方泥炭地及全球甲烷气体排放具有重要的影响。硫酸盐还原菌同产甲烷菌竞争主要受到硫酸根浓度、硫酸根循环速度、基质及温度的影响。通过硫酸根的快速循环,酸沉降可以长期抑制泥炭地的甲烷排放和产生。目前关于酸沉降对泥炭地碳库和碳循环的影响还无最后定论。本文综述了酸沉降对泥炭地甲烷产生、排放及碳循环影响的机制方面的最新研究成果,以期找出其内在规律,为今后研究提供参考,并探讨了中国在该领域可开展的研究方向。     

闽江河口短叶茳芏潮汐湿地甲烷排放通量

采用静态箱-气相色谱法,测定了闽江河口短叶茳芏（Cyperus malaccensis）潮汐湿地甲烷排放通量.结果表明：夏季和冬季短叶茳芏潮汐湿地甲烷排放通量的日变化范围分别在1.29～2.93 mg·m^-2·h^-1和0.06～0.22 mg·m^-2·h^-1;涨潮前、涨落潮过程中和落潮后甲烷排放通量分别在0.11～1.52 mg·m^-2·h^-1、0.10～1.05 mg·m^-2·h^-1和0.05～1.70 mg·m^-2·h^-1,月平均值分别为0.73、0.47和0.72 mg·m^-2·h^-1,其排放峰值均出现在9月,最低值出现在3月,涨落潮过程中的甲烷排放通量明显低于涨潮前和落潮后（P< 0.05）;甲烷排放通量的季节变化表现为：夏季>秋季>春季>冬季;潮汐是影响甲烷排放日变化的重要因子,植物生长阶段和温度是甲烷排放月变化和季节变化的主要控制因子.