黄河口新生湿地碱蓬生物量及氮累积与分配对外源氮输入的响应

2014年4—11月,选择黄河入海口北部滨岸高潮滩的碱蓬湿地为研究对象,基于野外原位氮输入模拟试验,研究了不同氮输入梯度下(N0,无氮输入;N1,低氮输入;N2,中氮输入;N3,高氮输入)碱蓬不同器官生物量以及氮累积与分配特征的差异。结果表明,尽管不同氮输入处理并未改变碱蓬地上生物量的季节变化模式,但在不同程度上均促进了地上生物量的增长(平均增幅为19.71%—62.29%)且整体表现为N3N2N1N0;不同氮输入处理亦延长了碱蓬的生长高峰期,N1、N2和N3处理下地上生物量达到最大值的时间相对于N0处理推迟20 d左右。与地上生物量不同,不同氮输入处理改变了地下生物量的季节变化模式,特别是N2和N3处理均对生长初期的地下生物量产生了明显促进作用,且其初期地下生物量达到较高值的时间相对于N1和N0处理提前20—50d。不同氮输入处理下的枯落物量在产生初期和中期均增幅不大,末期则骤然增加且整体表现为N3N2N1N0。不同氮输入处理下碱蓬各器官的全氮(TN)含量总体上均表现为叶茎根,叶是氮的主要累积器官。尽管不同氮输入处理并未改变碱蓬不同器官的氮累积与分配格局以及地上与地下之间的养分供给关系,但其为适应不同养分条件而调整自身养分供给与分配的特性在N2处理下表现的尤为明显。研究发现,N2处理下碱蓬种子的发育时间相对于N0、N1和N3处理可能会提前约1个月,原因可能与N2氮输入水平可显著影响碱蓬体内的碳分配比以及碱蓬对适量氮养分输入环境的特殊适应对策有关。随着黄河口新生湿地氮养分供给的不断增加,当未来碱蓬湿地氮养分状况达到较高水平(特别是中等水平)时,其生物量、生长节律(特别是种子发育时间)以及不同器官氮累积与分配状况可能将发生明显改变。     

外源氮输入对黄河口新生湿地植物-土壤系统硫分布特征的影响

选择黄河口北部滨岸高潮滩的碱蓬湿地为研究对象,基于野外原位氮(N)输入模拟试验,研究了不同氮输入梯度下(N0,无氮输入;N1,低氮输入,9.0 gN m~(-2)a~(-1);N2,中氮输入,12.0 gN m~(-2)a~(-1);N3,高氮输入,18.0 gN m~(-2)a~(-1))碱蓬湿地植物-土壤系统全硫(TS)分布特征的差异。结果表明,外源N输入明显改变了湿地土壤TS含量的分布状况。随着N输入量的增加,除表层TS含量变化不明显外,其他土层均呈增加趋势。不同氮输入处理下植物各器官的TS含量整体均表现为叶茎根,叶是硫的主要累积器官。尽管氮输入处理并未改变植被的硫分配格局以及其地上与地下之间的硫养分供给关系,但其为适应不同养分环境可进行自身生长特性及养分分配的调整,且这种调整在N2处理下表现的尤为明显。随氮输入量的增加,不同氮处理下植物-土壤系统的S储量整体呈增加趋势,但土壤S储量的增幅远低于植物亚系统S储量的增幅以及N供给的增幅,说明N、S之间的养分供给存在不同步性。研究发现,未来黄河口N养分负荷增加情况下,碱蓬湿地植物-土壤系统的S生物循环速率不但可能会加速,而且N、S养分之间也可能形成一个正反馈机制,并将有利于维持新生湿地的稳定与健康。     

黄河口滨岸潮滩不同生境下翅碱蓬硫元素的季节变化

2008年5-11月, 对黄河口滨岸潮滩不同生境下翅碱蓬(Suaeda salsa)硫(S)的季节变化特征进行了研究。研究表明: 中潮滩翅碱蓬(JP1)和低潮滩翅碱蓬(JP2)各器官生物量均具有明显的季节变化特征, 总体表现为JP1 > JP2; JP1和JP2地上与地下部分比值的变化较为一致, 整体表现为JP2 > JP1; 二者枯落物量呈递增变化; JP1和JP2叶、茎和枯落物中的全硫(TS)含量在生长季波动变化明显, 整体呈先增后减变化, 而根中的TS含量在生长季呈递减变化, 符合指数衰减模型; 二者不同器官及枯落物的TS累积量和S累积速率(V_S)季节变化明显, JP1地上部分的TS累积量和V_S明显高于JP2, 且二者地上部分的TS累积量和V_S均明显高于地下; JP1和JP2不同部分的S分配比差异明显, 其中叶的分配比最高, 分别为(38.34 ± 16.19)%和(66.27 ± 12.09)%, 说明叶是翅碱蓬重要的S累积器官。结果显示, 翅碱蓬的生态学特性和其所处生境的水盐状况对JP1和JP2生物量、TS含量、累积量、累积速率、分配比均具有重要影响。     

黄河口碱蓬湿地土壤氮矿化特征对温度及氮输入的响应

氮矿化是湿地生态系统养分循环的重要组成部分,氮输入及温度变化对土壤氮矿化的影响具有复杂性。为了探究湿地土壤氮矿化特征对温度及氮输入的响应,选择黄河入海口北部滨岸高潮滩的碱蓬湿地为研究对象,基于野外原位氮负荷增强模拟试验(N0:0 g N m^-2 a^-1;N1:9.0 g N m^-2 a^-1;N2:12.0 g N m^-2 a^-1;N3:18.0 g N m^-2 a^-1),于生长季末获取不同氮处理下的土壤(S-N0、S-N1、S-N2和S-N3)开展室内培养实验。结果表明,不同氮处理土壤的氮累积矿化量均呈现出培养初期(0—14 d)增加迅速,培养中期(14—42 d)骤然降低,而培养后期(42—84 d)趋于稳定的变化特征,其值整体表现为S-N3>S-N0>S-N2>S-N1(P>0.05)。培养后期,不同氮处理土壤的累积矿化量在20℃和25℃下的差异均达到极显著或显著水平(P<0.0...     

黄河口碱蓬湿地土壤硫矿化特征对外源氮输入的响应

基于开放培养系统,在25℃的淹水和非淹水条件下研究了黄河口碱蓬湿地野外原位氮输入试验（N0：对照处理;N1：低氮处理;N2：中氮处理;N3：高氮处理）末期获取的相应氮梯度下表层土壤（记为NS0、NS1、NS2和NS3）的硫矿化特征。结果表明,不同氮处理土壤的硫矿化量在非淹水条件下整体表现为NS3 > NS1 > NS2 > NS0,在淹水条件下其硫矿化量较为接近,且均在培养的第3天取得最大值。不同水分条件下,不同氮处理土壤的硫矿化特征可能与培养过程中pH和EC的变化有关。连续培养119 d后,NS0、NS1、NS2和NS3的硫累积矿化量在非淹水条件下分别为233.03、419.99、401.16 mg/kg和526.51 mg/kg,在非淹水条件下分别为263.52、313.58、251.53 mg/kg和322.05 mg/kg。不同氮处理土壤硫累积矿化量主要来自0-14 d的矿化贡献,其值在非淹水条件和淹水条件下分别为41.01%-54.53%和79.49%-86.82%。除NS0外,其他3种土壤硫累积矿化量均表现为非淹水条件大于淹水条件,说明外源氮输入影响下非淹水土壤具有更大的供硫潜势。不同氮处理土壤硫累积矿化量及矿化势（S₀）在非淹水条件下表现为NS3>NS1≈NS2>NS0,在淹水条件下则表现为NS3≈NS1 > NS0 > NS2,说明高氮处理下湿地土壤具有最高的供硫潜势。研究发现,未来黄河口氮负荷增强条件下,土壤氮基质状况的改变将会促进土壤硫的矿化,而这可在一定程度上提高土壤的潜在供硫能力;但当受到强降水、大潮或风暴潮影响使得土壤处于短期滞水状态时,湿地土壤的潜在供硫能力将明显降低,特别是中氮输入条件下土壤供硫潜势的降幅最为明显。     

黄河口盐地碱蓬湿地土壤-植物系统重金属污染评价

以黄河口盐地碱蓬湿地为例,评价了淹水和非淹水区湿地表层土壤As、Cd、Cu、Cr、Pb和Zn 6种重金属的污染程度及其在土壤-植物系统中的迁移、富集特征,分析了不同积水深度和土壤理化性质对研究区土壤重金属含量的影响.研究结果表明,与土壤或沉积物质量标准相比,黄河口盐地碱蓬湿地土壤受As和Cd污染最严重,而其它重金属污染较轻;非淹水土壤Cd、Cr和Zn含量高于淹水湿地,而As、Cu和Pb则较低;而且淹水土壤As含量随积水深度增加而呈下降趋势,但积水深度对其他重金属含量的影响不明显.相关性分析结果表明,按照受土壤关键影响因子的不同重金属(除As外)可以分为两类:第一类为Cd、Cr和Zn,这些重金属含量受土壤pH值和盐分影响较大,且相互间存在显著正相关关系,表明它们可能有相同的来源;第二类为Pb和Cu,它们受土壤pH值、盐分和有机质的影响,且Pb和Cu之间存在显著正相关关系.除Cr、Cu和Zn外,重金属在盐地碱蓬的根系内一般不发生显著富集,但绝大多数重金属都表现出地上部分的含量比根系更高的现象.     

水沙条件及氮输入对黄河口滨岸潮滩湿地碱蓬和土壤15N吸收特征的影响

受自然及人为活动的影响,黄河三角洲水沙条件存在较大变化,由此带来的外源营养物质增加对潮滩湿地植被生长及元素吸收利用具有重要的影响。为此采用3因素4水平的正交试验,以黄河口滨岸潮滩湿地先锋物种碱蓬（Suaeda salsa）为研究对象,利用¹⁵N示踪技术,研究了水沙条件及氮输入对碱蓬和土壤¹⁵N吸收特征的影响。结果表明：淹水深度、泥沙沉积及氮输入对土壤全氮含量的影响不显著,但外源氮输入对土壤¹⁵N固持量（N_dff）和比例（N_dff%）的影响达到显著水平,且最大值（10.44 mg/kg和3.83%）均出现在W₄S₂N₃（30 cm淹水+3 cm泥沙沉积+6 g/m²氮输入）处理;碱蓬叶和茎中全氮含量、¹⁵N吸收量（N_dff）及比例（N_dff%）在深淹水和泥沙沉积处理时较大,而根中全氮含量、N_dff及N_dff%在高氮输入较大。且根N_dff和N_dff%最大值（1.10 mg/kg和18.21%）在W₁S₄N₄（2 cm淹水+12 cm泥沙沉积+9 g/m²氮输入）处理时取得,此时碱蓬的生长情况最好,表明适当的淹水和泥沙埋深以及高氮输入（9 g/m²）有利于根系对外源氮的吸收,从而促进植株的生长。由此可见,在黄河三角洲水沙变化大的背景下,淹水、泥沙沉积和外源氮输入的适当把控,可促进碱蓬对外源氮的吸收利用而有助于其生长,从而对维护黄河三角洲潮滩湿地的健康具有重要作用。     

氮负荷增强对闽江口短叶茳芏湿地植物-土壤系统氮累积与分配的影响

选择闽江河口短叶茳芏(Cyperus malaccensis)湿地为研究对象,基于野外氮负荷增强模拟实验,探讨了不同氮负荷水平下(NNT对照处理,0 g N m^-2 a^-1;LNT低氮处理,12.5 g N m^-2 a^-1;MNT中氮处理,25.0 g N m^-2 a^-1;HNT高氮处理,75.0 g N m^-2 a^-1)湿地植物-土壤系统的氮累积与分配特征。结果表明,不同氮负荷处理下湿地土壤(TN)、NH⁺₄-N和NO^-₃-N含量均发生了明显改变。相较于NNT,LNT和MNT的TN、NH⁺₄-N和NO^-₃-N含量均明显增加,增幅分别为9.44%、3.57%、11.99%(LNT)和6.71%、9.37%、46.50%(MNT)。与之不同,HNT的TN含量相比NNT增幅不大,而其NH⁺₄-N、NO^-₃-N含量均显著降低,降幅分别为9.26%和40.77%。不同氮负荷处理下土壤氮含量的垂直分布特征亦发生了明显变化。除HNT外,LNT和MNT的TN、NH⁺₄-N和NO^-₃-N含量均以表层土壤最高。不同氮负荷处理下的TN和NH⁺₄-N含量分布主要受SOM的影响,而NO^-₃-N含量分布主要受植物吸收和垂直淋失的影响。氮负荷增强条件下植物不同器官的TN含量整体表现为叶 ＞ 茎 ＞ 根。不同氮负荷处理下植物-土壤系统的氮储量整体以LNT和MNT较高,而HNT最低。研究发现,短叶茳芏在中低氮负荷条件下可能将更多的氮优先分配给根系,进而以拓展地下空间和提高地下生物量的方式来适应环境;而在高氮负荷条件下,其可能通过增强"自疏效应",并通过拓展地上空间的方式来适应环境。     

长期喷施稀土对土壤-植物(小麦)系统中稀土元素分布、累积及运移的影响

在我国施用稀土时间最长的黑龙江省花园农场,研究比较了施用稀土12 a和不施稀土的对照处理上小麦和土壤中的稀土元素的分布、累积及运移.结果表明,长期叶面喷施稀土并未造成耕层土壤和下部土层的稀土元素的累积.成熟期小麦植株各部位的稀土元素含量顺序为根>叶>茎、壳;稀土元素主要累积在根部,其次是叶,茎和壳累积较少.喷施处理小麦根部的稀土元素累积量高于对照,叶部也有此趋势,而茎、壳等部位差异不大.根、茎、叶、壳稀土元素分布模式与土壤中相似,与施用的常乐稀土差别较大;长期喷施稀土未曾造成籽粒中稀土元素的明显累积.     

黄河口不同氮基质碱蓬种子萌发及幼苗生长对盐分及氮输入的响应

2014年4-11月,选择黄河入海口北部滨岸高潮滩的碱蓬湿地为研究对象,基于野外原位氮负荷增强模拟试验(N0,无额外氮输入;N1,低氮输入;N2,中氮输入;N3,高氮输入),获取相应的不同氮基质种子(S0,S1,S2和S3),以研究其发芽率以及幼苗生长状况对不同盐分胁迫和氮浓度交互作用的响应。结果表明,不同氮负荷影响下碱蓬成熟种子中的氮含量整体表现为S2S0S1S3,中氮输入更利于种子中氮养分的累积。盐分和氮交互作用下4种氮基质种子的发芽率总体表现为S2S1S0S3(P0.05),S2在不同盐分胁迫下的发芽率最高,幼苗的生长状况也最好。随着盐分的增加,4种氮基质种子的发芽率及幼苗生长状况均受到一定程度的抑制,但较低的盐分有助于其幼苗长度的增长,且随着氮输入量的增加这种抑制作用可得到一定程度缓解。盐分胁迫、氮浓度和种子类型作为单独因素出现时对碱蓬的发芽率、幼苗长度、鲜重和干重均产生显著影响,除幼苗长度受氮浓度和盐分胁迫交互作用的影响达到显著水平外(P0.05),其他因子交互作用对诸生态指标的影响并不明显。研究发现,不同氮输入处理不仅改变了原生环境碱蓬种子的氮含量,而且也使这些具备不同氮基质的种子对不同盐分胁迫与氮浓度环境具有不同的生态适应对策,中氮输入下的碱蓬种子(S2)无论在萌发率还是在幼苗生长状况上均优于其他氮基质的种子。未来,随着黄河口新生湿地氮养分供给的不断增加,当湿地氮养分达到中氮水平时,将更有利于碱蓬种子的萌发以及幼苗的生长,当氮养分达到更高水平时,碱蓬种子的萌发以及幼苗生长可能会受到一定程度的抑制。     

Diel methane emissions in stands of Spartina alterniflora and Suaeda salsa from a coastal salt marsh

In this study, we aimed to understand the influence of plant type on the monthly variations of diel CH₄ fluxes from Spartina alterniflora and Suaeda salsa of coastal salt marshes at three growth stages (July, August and September). Dissolved CH₄ concentrations in porewater and sediment redox potentials were monitored, as were aboveground plant biomass and stem densities. CH₄ fluxes exhibited clear monthly variations and peaked in September in the S. alterniflora and S. salsa mesocosms. However, no discernible diel variation was observed in the CH₄ flux in the S. salsa mesocosm, probably due to its weak gas transport capacity. By contrast, notable diel variations of CH₄ flux with the peak of 1.42 and 3.67 mg CH₄ m⁻² h⁻¹ at 12:00 and the lowest of 0.75 and 2.11 mg CH₄ m⁻² h⁻¹ at 3:00 or 6:00 were observed in the S. alterniflora mesocosm on 11 August and 11 September, respectively, but not in July mainly due to low plant biomass masking diel variations in the porewater CH₄ concentration. The ratios of the maximum flux to minimum flux over the course of the day in the S. alterniflora mesocosm on 10 July, 11 August and 11 September were 1.28, 1.89 and 1.76, respectively, and corresponding values for porewater CH₄ concentration were 1.31, 1.39 and 1.17, respectively. CH₄ flux significantly correlated with CH₄ concentration in porewater, and both were significantly related to air temperature. These findings indicate that CH₄ production and CH₄ flux at the middle growth stage (August) exhibited greater responses to changes in air temperature, which in turn induced the higher diel variation. The higher diel cycle for CH₄ flux in August than in September was likely due to the higher proportion of CH₄ oxidized during diffusion within the aerenchyma system. Our results suggest that the extent of diel variations in CH₄ flux may have depended on the gas transport capacity of plants, and the highest diel variation occurred at the middle growth stage.     

盐地碱蓬二型性种子的萌发和休眠及生态适应特性

二型性种子可能增强植物(尤其是盐生植物)应对难于预测环境变化的能力。该研究以运城盐湖盐地碱蓬(Suaeda salsa)二型性种子(黑色和棕色)为材料,采用室内观察和萌发方法对两种种子的形态、休眠和萌发特性进行比较,以揭示盐生植物二型性种子对盐渍化环境的适应对策。结果表明:(1)黑色种子体积小,种皮角质有光泽,而棕色种子体积大,种皮膜质无光泽。(2)新成熟的棕色种子在实验温度范围内萌发率均超过90%,而黑色种子仅在15/25℃下萌发最高(但低于85%),并且棕色种子萌发速度较黑色更快。(3)低盐(0.39mol/L)条件下,光照或黑暗对棕色种子萌发没有显著影响;高盐(0.39mol/L)条件下,棕色种子在黑暗中的萌发显著高于光照环境,而黑色种子在光照条件下的萌发率显著高于黑暗;所有温度和光照处理中,2种种子均随盐分浓度的升高而下降,但棕色种子在盐分浓度为0.78mol/L时萌发率仍能够达到30%以上,而黑色种子在盐分浓度大于0.59mol/L时几乎不萌发。(4)棕色种子为非休眠种子,而黑色种子具有非深度生理休眠特性;划破种皮、干储、低温层积和GA3处理均能够提高黑色种子的萌发率。研究发现,盐地碱蓬通过二型性种子休眠和萌发行为上的差异,采用"两头下注"对策提高其对盐渍化异质生境的适应性。     

不同生境盐地碱蓬对氮饥饿的响应

为了探讨不同生境盐地碱蓬对低氮生境的适应机制,测定了盐渍环境下(200 mmol/L Na Cl)不同浓度硝态氮(0.3、5 mmol/L NO~-_3-N)预处理两种生境盐地碱蓬经氮饥饿后的NO~-_3含量、硝酸还原酶(NR)活性、光合特性及生长状况。结果表明,0.3和5 mmol/L NO~-_3-N处理以及进行氮饥饿时,潮间带生境盐地碱蓬叶片NO~-_3含量均高于内陆生境盐地碱蓬。与内陆生境盐地碱蓬相比,氮饥饿后,潮间带生境盐地碱蓬叶绿素含量、NR活性和光合放氧速率下降幅度均小于内陆生境盐地碱蓬,在0.3mmol/L NO~-_3-N预处理进行氮饥饿时趋势更加明显。0.3 mmol/L NO~-_3-N预处理后氮饥饿对潮间带生境盐地碱蓬根冠比没有影响,却降低内陆生境盐地碱蓬根冠比。上述结果表明,低氮条件下潮间带生境盐地碱蓬具有较高的NO~-_3储存能力,在环境持续氮素缺乏时具有较高的NO~-_3-N再利用能力,能更好地维持氮代谢以及光合性能。说明潮间带生境盐地碱蓬能更好地适应低氮生境。     

黄河三角洲重度退化滨海湿地盐地碱蓬的生态修复效果

采用翻地、施肥和芦苇碎屑培肥等土壤改良方法,利用盐地碱蓬在黄河三角洲重度退化区进行生态修复实验研究。结果表明:重度退化湿地土壤改良后,盐地碱蓬能够成功生长,3种改良方法均可有效的降低重度退化盐碱地的土壤含盐量,改良后的土壤Na离子含量均显著低于对照组,土壤脲酶和磷酸酶活性与对照相比有了显著的提高,表明改良后土壤肥力得到了改善。3种改良方法比较,培肥处理组土壤Na离子含量显著低于其他两种方法;盐地碱蓬生物量达到最高值,说明增加有机物的培肥方法可有效的改良重度退化盐碱湿地土壤,达到较为理想的生态修复预期效果。