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。     

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。     

干旱年份三江平原沼泽甲烷(CH4)排放及影响因子

为了研究淡水沼泽CH4排放的影响因子及其机制,在中国东北部的三江平原样地观测了CH4排放通量以及部分影响因子.结果表明,在2003年4～10月生长季内,毛果苔草沼泽CH4通量平均值为3.30 mg·m-2·h-1(最小值为0.65 mg·m-2·h-1,最大值为13.47 mg·m-2·h-1),低于小叶章沼泽化草甸CH4通量平均值4.91 mg·m-2·h-1(最小值为-0.12 mg·m-2·h-1,最大值为16.25 mg·m-2·h-1).在不同阶段,两种类型沼泽CH4通量有明显的变化,控制因子也不一样.4月份低温限制了CH4通量,两种类型沼泽差异很小.5～7月下旬,小叶章沼泽化草甸CH4通量显著高于毛果苔草沼泽CH4通量(P＜0.01),这种差异是由融冻作用造成的.8月份,植株密度和剖面中活性有机碳的浓度成为主要的影响因子,毛果苔草沼泽CH4通量比小叶章沼泽化草甸高.     

小三江平原湿地东方白鹳（Ciconia boyciana）生境丧失的生态后果

采用生境套娃方法反映水禽——东方白鹳生境需求的层级系统基础上,利用GIS技术建立定量化分析模型,深入探讨了小三江平原生境丧失对东方白鹳生境空间分布的影响。结果显示：与初始状态1954年相比,东方白鹳繁殖生境丧失了81.9％,平均斑块面积缩小了88％;同时,生境面积的丧失是伴随生境破碎化过程发生的。1983之后生境破碎化明显加剧,到2005年生境连通度显著降低,生境处于高度破碎化状态。研究表明,生境丧失对东方白鹳繁殖生境的影响不仅取决于关键生境要素的变化,生境空间异质性改变更为重要。     

三江平原农田土壤跳虫多尺度空间自相关性

土壤动物多尺度空间自相关性特征是土壤动物空间异质性和空间共存格局研究的重要基础。以土壤跳虫为研究对象,以中国科学院三江平原沼泽湿地生态实验站为研究区,于2011年8月和10月,选取具30 a以上耕作历史的旱地为实验样地,以5 m为步长设置一个50 m×50 m的实验样地,采用地统计中的全局Moran's I指数和局部Moran's I指数相结合的方法,研究土壤跳虫多尺度空间自相关性特征。全局空间自相关结果表明,土壤跳虫群落总密度和多数跳虫种类存在显著的多尺度空间自相关特征,多数为显著的正的空间自相关性,形成明显的空间集群。局部空间自相关结果表明,土壤跳虫群落总密度和所有跳虫种类均存在显著的局部空间自相关性,在局部地区形成"高—高"和/或"低—低"的空间集群,并和"高—低"和/或"低—高"的空间孤立区相伴发生,即形成"斑块"和"孔隙"相间分布的水平镶嵌格局;这种镶嵌格局具一定的时间动态特征,从夏季到秋季斑块大小和空间分布范围略有变化。研究表明,土壤跳虫具有明显的多尺度空间自相关性;空间集群是土壤跳虫的常见空间分布格局,在样地内形成"斑块"和"孔隙"相间分布的水平镶嵌格局,这种格局具年内时间变异性。     

1954—2010年三江平原土地利用景观格局动态变化及驱动力

受自然因素和人为因素的影响,近60年三江平原土地利用景观格局发生了明显变化。以遥感影像为主要信息源,利用地理信息系统技术和数理统计方法,对1954—2010年三江平原土地利用景观格局动态变化及其驱动力进行分析。结果表明:1954—2010年三江平原耕地、居住建设用地和水域面积呈增长趋势,林地、草地和湿地面积呈减少趋势;土地利用综合动态度呈先增加后降低再增加的趋势;三江平原斑块密度、周长面积比、景观分离度和Simpson's多样性指数都呈先上升后下降的趋势,最小值出现在2010年,斑块密度和周长面积比的最大值出现在1976年,景观分离度和Simpson's多样性指数的最大值出现在1986年;1954—2010年三江平原斑块密度和周长面积比的高值区由东北向西南转移,低值区由中部向东部转移,景观分离度指数呈现先聚集后分散的趋势,Simpson's多样性指数由中间高四周低格局,逐渐转变为南部高北部低的格局。     

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。     

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。     

三江平原农田地表和地下土壤螨类丰富度与环境因子的空间关联性

地表和地下土壤动物群落空间格局及其与环境因子的空间作用关系,是揭示地表-地下生态系统格局与过程及生物多样性维持机制的重要基础。于2011年在三江平原农田生态系统,在50m×50m的空间尺度内,基于地统计空间分析方法,揭示地表和地下土壤螨群落及不同螨类物种丰富度的空间格局,并分析这种空间格局与土壤含水量、土壤p H值及大豆株高空间格局的空间关联性。半方差函数和普通克里格插值表明,8月份地表、地下和10月份地下螨群落及这些群落内大部分螨类物种在特定空间尺度内形成集群,表现为空间异质性特征,且这种空间分异多由结构性因素或结构性因素和随机性因素共同调控。交叉方差函数表明,土壤螨群落和不同螨类物种的空间格局与环境因子的空间格局在多种尺度上表现出复杂的空间关联性(正的或负的)。但简单Mantel检验仅发现8月份地表中气门亚目未定种1(Mesostigmata unidentified sp.1)和大豆株高存在明显的正的空间关联性。研究结果表明地下螨群落和生长季节的地表螨群落具有明显的空间异质性结构,地表和地下螨群落及大多数螨类物种丰富度与土壤含水量、土壤p H值及大豆株高的空间关联性并不显著。促进地表-地下生态系统土壤动物群落空间格局研究,为地表-地下格局与过程研究奠定基础。     

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。