三江平原小叶章湿地枯落物分解及主要元素变化动态

应用分解袋法研究了三江平原小叶章湿地枯落物的分解失重及其主要营养元素的变化动态。结果表明,小叶章枯落物的年分解速率为0.257,二次指数模型:Wt/W0=0.0399e-0.545t+0.9601e0.018t(R2=0.945)能更好地描述其分解失重动态。分解过程中,C、N、P、Ca的积累系数(NAI)<100%(P<0.05),元素发生了净释放;K、Na的NAI>100%(P<0.05),元素发生了净积累;Mg、Mn、Fe的NAI值与100%无显著差异(P>0.05),元素既有释放又有积累。分解16个月后,小叶章枯落物各元素总体释放率的大小顺序为:Fe>P>Ca>N>C>Mg>Mn>K>Na,而相应元素的释放量分别为:0.106、0.147、0.971、0.568、65.37、-0.017、-0.114、-0.209和-0.125 g.m-2。     

三江平原沼泽湿地枯落物分解及其营养动态

分解袋法研究了三江平原典型沼泽湿地枯落物的分解速率和N、P营养动态.湿地枯落物的分解速率（0.000612～0.000945 d^-1）在群落间差异显著,分解480d,分别损失初始重的45.36%（Carexpseudocuraica）、35.32%（Carex lasiocarpa）、33.72%（Deyeuxia angustifolia）和29.13%（Deyeuxia angustifolia-Shrub）,即随淹水深度由大到小、淹水时间由长到短,枯落物分解由快到慢,说明湿地的淹水状况是影响枯落物分解速率的主要因素.分解过程中,漂筏苔草和毛果苔草枯落物N浓度持续上升,N在枯落物中积累;小叶章枯落物N浓度在第1个月快速下降而后缓慢上升,分解使枯落物释放N.各类枯落物P浓度的变化大致呈不同程度的降低趋势,分解使湿地枯落物均发生P释放.结果表明,微生物的营养需求状况决定了湿地枯落物N、P的动态变化,而其积累或释放的强度则可能与枯落物初始C：N和C：P的大小有关.     

生物质炭对土壤氮素循环的影响及其机理研究进展

生物质炭因其特殊的理化性质,具有改良土壤、持留养分、提高肥力及增加土壤碳库贮量的作用,成为土壤生态系统生物地球化学循环和农业固碳减排领域的研究热点.作为一种人为输入的新材料,生物质炭将直接或间接地参与土壤氮素物质的周转,进而对土壤生态系统功能产生深远的影响.本文综述了生物质炭输入对土壤生态系统氮素循环的影响研究,重点概述了生物质炭对土壤氮素物质吸附作用以及硝化作用、反硝化作用和固氮作用等生物化学过程的影响,并对其潜在的机理进行了分析.在此基础上,对今后生物质炭与土壤氮素循环的相互作用进行了展望.     

三江平原草甸湿地土壤呼吸和枯落物分解的CO2释放

利用静态箱-碱液吸收法研究了三江平原草甸湿地土壤呼吸和枯落物分解的CO2释放速率,讨论了影响CO2释放的环境因素,估算了枯落物分解的CO2释放对于总释放的贡献.结果表明,生长季,小叶章沼泽化草甸和小叶章湿草甸各部分CO2释放均具有明显的时间变化特征,温度和水分是重要制约因素.两类草甸湿地的平均土壤呼吸速率分别为4.33g·m-2·d-1和6.15g·m-2·d-1,枯落物分解的CO2平均释放速率分别为1.76g·m-2·d-1和3.10g·m-2·d-1,枯落物分解的CO2释放占总释放量的31%和35%,说明在碳素由地上植物碳库转移到地下土壤碳库的过程中,湿地枯落物是一个不可忽略的碳损失源.     

三江平原典型湿地枯落物早期分解过程及影响因素

枯落物分解是湿地物质循环和能量流动的关键环节,是维持湿地功能的重要过程之一。采用分解袋法对三江平原3种典型湿地植物枯落物分解过程及影响因素进行了研究。研究表明,在164d实验过程中乌拉苔草分解速率始终最快;在分解前103d中毛果苔草分解速率大于小叶章,但在103~164d间小叶章分解速率大于毛果苔草;分解164d,小叶章、乌拉苔草和毛果苔草枯落物的失重率分别为初始重的31.98%、32.99%和28.91%。分解过程中小叶章和毛果苔草枯落物中有机碳浓度波动较大,而乌拉苔草枯落物中持续下降;3种枯落物有机碳绝对含量都表现为净释放。小叶章枯落物中N浓度波动较大,绝对含量发生净释放;毛果苔草枯落物N浓度持续增加,绝对含量净增加;乌拉苔草枯落物N浓度先增加后减少,绝对含量发生净释放。3种枯落物中P浓度都先迅速下降后缓慢上升,绝对含量都表现为净释放。3种枯落物中C/N和C/P也相应的发生变化。小叶章和乌拉苔草枯落物分解速率与枯落物C/P显著相关,而毛果苔草枯落物与枯落物N浓度显著相关;对应3种枯落物分解速率的主要环境因子分别为土壤含水量、土壤容重和土壤温度。3种枯落物分解速率和营养物质含量动态受到枯落物自身质量和温湿条件、周围环境营养状况等自然环境条件的共同影响,相比而言,受枯落物质量的影响更大。     

胶州湾滨海湿地枯落物分解过程中枯落物-土壤养分动态

通过为期52 d的室内实验模拟胶州湾滨海湿地米草、碱蓬、芦苇枯落物的分解过程,测定枯落物及土壤中有机碳(TOC)、氮(N)和磷(P)含量,研究枯落物分解过程中枯落物-土壤养分的动态变化。结果表明:52 d的分解过程中,米草、碱蓬和芦苇枯落物碳损失分别占初始总碳含量的24.44%、74.20%和49.75%;土壤中碳发生净积累;米草枯落物中氮发生净积累,碱蓬枯落物中氮发生净释放,芦苇枯落物中氮先积累后释放,后两者枯落物氮损失分别占初始总氮含量的37.93%和4.81%;土壤中氮发生净积累;枯落物和土壤中磷均表现为净释放,米草、碱蓬和芦苇枯落物磷损失分别占初始总磷含量的42.37%、59.27%和28.48%;枯落物-土壤系统中C、N、P的动态变化与枯落物和土壤性质密切相关,这主要是由微生物的活性和养分需求决定的。     

三江平原小叶章湿地剖面土壤微生物活性特征

为阐明三江平原不同类型小叶章湿地剖面土壤微生物活性及土壤质量的变化规律,研究了沼泽化小叶章(XZ)湿地和草甸小叶章(XD)湿地0—100cm剖面土壤有机碳(SOC)、微生物量碳(MBC)、基础呼吸(BR)、呼吸势(PR)、微生物商(qMB)和代谢商(qCO2)等微生物活性指标。结果表明,XZ和XD湿地0—40cm土壤的SOC、MBC、BR、PR和qMB均随土壤深度的增加而迅速降低,而qCO2随土壤深度的增加而显著增加;XZ和XD湿地50—100cm土壤的SOC、MBC、BR、PR、qMB和qCO2变化不明显。相关性分析表明,XZ和XD湿地土壤微生物活性指标与土壤理化性质呈显著相关(P0.05),不同微生物活性指标间均呈极显著相关(P0.01)。XD湿地0—40cm土壤微生物活性各指标均明显低于XZ湿地(P0.05),其中XD湿地土壤0—10cm的SOC、MBC、BR、PR和qMB分别仅为XZ湿地的77.85%、54.05%、59.09%、51.83%和69.52%。小叶章湿地土壤微生物活性特征表明XZ湿地土壤质量优于XD湿地。     

三江平原草甸湿地土壤呼吸和枯落物分解的CO2释放

利用静态箱-碱液吸收法研究了三江平原草甸湿地土壤呼吸和枯落物分解的CO₂释放速率,讨论了影响CO₂释放的环境因素,估算了枯落物分解的CO₂释放对于总释放的贡献。结果表明,生长季,小叶章沼泽化草甸和小叶章湿草甸各部分CO₂释放均具有明显的时间变化特征,温度和水分是重要制约因素。两类草甸湿地的平均土壤呼吸速率分别为4.33g•m^-2•d^-1和6.15g•m^-2•d^-1,枯落物分解的CO₂平均释放速率分别为1.76g•m^-2•d^-1和3.10g•m^-2•d^-1,枯落物分解的CO₂释放占总释放量的31%和35%,说明在碳素由地上植物碳库转移到地下土壤碳库的过程中,湿地枯落物是一个不可忽略的碳损失源。     

毛果苔草湿地枯落物及地下生物量动态

采用网袋法和土柱法分别对三江平原湿地毛果苔草（Carex lasiocarpa）种群枯落物及地下生物量的季节动态变化规律进行分析。结果表明,毛果苔草的立枯物总的变化趋势是其拟合曲线符合指数方程。以其凋落物的失重率表示分解速率,而日失重率是随着时间增长而不断减少,且日失重率的变化在0.7058％-0.2372％之间。毛果苔草全生长季（1999年5月2日-10月10日）枯落物总量为210.8876g·m^-2。毛果苔草地下生物量具有明显的垂直结构,呈倒金字塔形,数学模拟近于抛物线型。     

三江平原小叶章湿地生态系统硫的生物地球化学循环

以三江平原小叶章湿地生态系统为研究对象,应用分室模型研究了硫在大气-土壤-植物系统各分室中的分布及循环过程。结果表明,在植物-土壤系统内,土壤是主要的贮存库和流通介质,有97.78%的硫贮存在土壤中,且主要以有机硫的形态存在,2.22%的硫贮存在植物中。在植物亚系统中,根是主要的贮库,79.60%的硫贮存在根中。湿地植物地上部分吸收的总S量为0.75gS/m^2;向地下再转移的总S量为0.24gS/m^2,向枯落物S库转移的总S量为0.51gS/m^2;根吸收的总S量为3.76gS/m^2;根向土壤S库转移的总S量为3.07gS/m^2;现存枯落物中的总S量为0.75gS/m^2;枯落物向土壤S库的转移量最低为0.52gS/m^2·a。输入和输出过程的研究表明,小叶章湿地生态系统在生长季（5-9月份）向大气排放H2S的量为1.42mgS/m^2,从大气吸收COS的量为1.83mgS/m^2;通过大气降水输入到生态系统中的硫为4.85mgS/m^2,其差值为5.26mgS/m^2,这表明硫在小叶章湿地生态系统中处于累积状态,湿地存在潜在的酸化趋势。     

三江平原湿地土壤磷形态转化动态

采用Hedley连续浸提法对三江平原湿地小叶章草甸土壤磷形态的季节动态进行研究,分析生长季土壤磷形态之间的相互转化及其可能的驱动机制。结果表明:小叶章草甸土壤有机磷(TPo)总量高于无机磷(TPi),NaOH溶液浸提的无机磷(NaOH-Pi)和有机磷形态(NaOH-Po)分别占总无机磷(TPi)和总有机磷(TPo)比重最大。各无机磷形态均有明显的季节变化,Resin-P和Conc.HCl-Pi季节变异性大,生长结束后含量较初期降低,其他形态无机磷含量有不同程度的升高。有机磷组分中NaOH-Po的季节波动最明显,生长季末期较初期含量降低,其他有机磷形态和Residual-P生长季初、末期含量变化不大,波动也相对较小。TP、TPo季节变化整体趋势相似,二者含量变化达到极显著相关。各无机磷形态变化主要受植物生长节律影响;水分、热量等环境条件也是磷的形态转化的重要驱动因子,并可能间接通过影响土壤动物、微生物等的活性推动土壤磷的循环。小叶章草甸土壤有机磷矿化释放的无机磷通常都首先被土壤金属氧化物固定,再经过无机磷之间的转化过程为生物利用,因此三江平原湿地土壤磷大量释放的可能性很小。     

三江平原湿地小叶章群落磷素积累动态与生物量动态分析

采用野外定位观测结合室内分析的方法,对三江平原典型小叶章湿地两种类型小叶章生长季磷的积累及植物生物量的季节动态进行研究,以揭示三江平原湿地中磷在植物中积累的季节动态变化及其与植物生物量积累之间的关系,进一步认识磷在湿地系统中通过植物吸收迁移转化的机制。结果表明,两种小叶章群落地上、地下生物量以及植物体磷储量有明显的季节动态变化,但二者季节变化特征不同。此外,植物体地上、地下部分磷素积累量和生物量在整个植物体所占的比重两种类型也存在一定差异,这与植物所处的生境及其生态适应有一定关系。分析两种小叶章群落的生长速率(AGR)以及磷素的积累速率(Vp),表明在生长初期,磷是植物生长的重要营养元素。两种小叶章的AGR、Vp的变化曲线相似,说明对于这两种小叶章群落,生境不是磷积累速率的主要影响因素。     

Biogeochemical cycle of Sulfer in the Calamagrostis angustifolia wetland ecosystem in the Sanjiang Plain, China

To better understand the Sulfur (S) cycle in the wetland ecosystem, the S cycle and its compartmental distribution within an atmosphere-plant-soil system were studied using a compartment model in the Calamagrostis angustifolia wetland in the Sanjiang Plain, Northeast China. The results showed that the soil was the main S storage and flux hinge in which 97.78% S was accumulated. In the plant subsystem, the root was the main S storage, and it remained at 79.60% of the total S contents, which in the Calamagrostis angustifolia wetland ecosystem showed that the parts above the ground took up 0.75 g S/m², the S re-transferring biomass to the root was 0.24 g S/m², and to the litter was 0.51 g S/m²; the root took up 3.76 g S/m² and the S transferring biomass to the soil took up 3.07 g S/m²; the litter S biomass was 0.75 g S/(m²·a) and the S transferring biomass to the soil was more than 0.52 g S/(m²·a). The emission amount of H2S from the Calamagrostis angustifolia wetland ecosystem to the atmosphere was 1.42 mg S/m², whereas carbonyl sulfide (COS) was absorbed by the Calamagrostis angustifolia wetland from the atmosphere and the absorption amount was 1.83 mg S/m². The S input biomass from the rain to the ecosystem was 4.85mg S/m² during the growing season. The difference between input and output amounts was 5.26 mg S/m², which indicated that S was accumulated in the ecosystem and would lead to wetland acidification in the future.     

三江平原小叶章钾、钙、镁含量与累积的季节变化

2004年5—10月,对三江平原典型小叶章草甸和小叶章-苔草沼泽化草甸群落优势植物小叶章的K、Ca、Mg含量与累积的季节变化进行了研究.结果表明：典型草甸和沼泽化草甸小叶章不同器官K、Ca、Mg含量差异较大,其中,其地上器官的K含量整体均呈下降趋势,符合线性模型(y=A+Bt);茎中Ca含量变幅不大,符合抛物线模型(y=A＋B₁t＋B₂t₂),叶和叶鞘中整体呈递增变化,符合指数增长模型(y=Aexp(t/B₁)+B₂);茎中Mg含量变幅最大,而叶和叶鞘相对平缓.不同时期小叶章各器官K、Ca、Mg含量差异较大,典型草甸小叶章地上器官的K含量大多高于沼泽化草甸小叶章,而沼泽化草甸小叶章根、叶鞘的Ca、Mg含量则高于典型草甸小叶章;典型草甸和沼泽化草甸小叶章不同器官K、Ca、Mg储量及累积速率差异明显,其中根的储量最大,分别占总储量的（63.82±23.19）％、（78.68±15.44）％、（76.48±19.06）％和（85.23±9.20）％、（93.51±3.46）％、（92.39±3.22）％.典型草甸小叶章地上器官K、Ca、Mg储量均明显高于沼泽化草甸小叶章,根则相反.这种差异主要与小叶章生态学特性及所处生境有关。     

小叶章湿地土壤对磷的净化效率模拟

选取三江平原小叶章(Calamagrostis angustifolia)湿地,模拟了不同植物生长期、不同净化阶段、不同土层的小叶章湿地土壤对磷的净化效率及地表水磷输入量对土壤净化效率的影响.结果表明:小叶章的成熟期内湿地土壤对磷的净化效率最高;在各种因素的共同影响下小叶章生长期对土壤净化磷效率的影响不显著;总磷(TP)输入浓度由10 mg·L-1增加到20 mg·L-1时,小叶章湿地土壤对磷的净化效率提高;TP输入浓度为20 mg·L-1时,净化前期和中后期小叶章湿地土壤对磷的平均净化效率分别为4.56和-0.71 mg·kg-1·d-1,差异显著;11P输入浓度为20 mg·L-1时,小叶章湿地0～10、10～20和20～40 cm土壤层对磷的平均净化效率分别为2.27、-0.87和0.51 mg·kg-1·d-1,但差异不显著.     

三江平原小叶章群落近30年的动态变化

由于生境的改变,三江平原沼泽湿地典型植物群落中小叶章群落内部发生了显著的变化。本文以定点观测和典型湿地植物调查为基础,分析了近30年来小叶章群落的动态变化。结果表明,小叶章群落的物种频度符合Raunkiaer频度定律,即5个频度级的关系都具有A〉B〉C≥D〈E的规律性。小叶章群落的物种构成发生了明显变化,灌木类型植物逐渐增多。植物物种多样性减少。小叶章的多度、分盖度和高度都有降低趋势。     

三江平原典型小叶章湿地土壤硝化反硝化作用与氧化亚氮排放

应用C₂H₂抑制原状土柱培育法研究了三江平原典型小叶章湿地土壤N₂O排放速率及反硝化速率的变化,分析了它们与环境因子的关系,并估算了N₂O排放量及反硝化损失量.结果表明：草甸沼泽土和腐殖质沼泽土N₂O排放速率的变化基本一致,其范围分别为0.020～0.089 kg N·hm^-2·d^-1和0.012～0.033 kg N·hm^-2·d^-1,前者的N₂O排放速率均明显高于后者(平均为1.79±1.07倍),且其差异达到显著水平(P＜0.05);二者反硝化速率的变化并不一致,其范围分别为0.024～0.127 kg N·hm^-2·d^-1和0.021～0.043 kg N·hm^-2·d^-1,前者的反硝化速率一般也要高于后者(平均为1.67±1.56倍),但其差异并未达到显著水平(P＞0.05);硝化作用在前者N₂O排放和氮素损失过程中发挥了重要作用,而反硝化作用则是导致后者N₂O排放和氮素损失的重要过程;氮素物质基础不是影响二者硝化-反硝化作用的重要因素;温度对前者硝化 反硝化作用的影响比后者更为明显,其反硝化速率与5、10和15 cm地温均呈显著正相关(P＜0.05);二者所处湿地水分条件的差异是导致其N₂O排放速率及反硝化速率差异的重要原因.生长季内,前者的N₂O排放量和反硝化损失量分别为5.216 kg N·hm^-2和6.166 kg N·hm^-2,而后者分别为3.196 kg N·hm^-2和4.407 kg N·hm^-2;在二者的反硝化产物中,N₂O/N₂的比率最高,分别为5.49和3.76,表明N₂在后者反硝化产物中所占的比例明显高于前者,说明季节积水条件会导致N₂O/N₂比例降低.