再生水补水河道芦苇碳氮化学计量特征及其对环境的响应

在再生水补水河道内,芦苇（Phragmites australis）受高氮再生水的长期影响,具有独特的碳（C）、氮（N）化学计量特征。为查明芦苇C、N化学计量特征及其对高氮环境的响应,在芦苇生长季节（5、7、9月份）,分析了再生水补水的潮白河顺义段内河水、土壤及芦苇各器官（根、茎和叶）中C、N含量及碳氮比（C/N）。结果表明：河水中C、N含量和C/N比分别在22.20-37.25 mg/L、2.24-11.20 mg/L和3.33-9.92之间。土壤中C、N含量和C/N比的范围为5.69-35.17、0.28-2.63、8.77-25.39。在整个生长季节的所有采样点内,芦苇根、茎和叶中C含量的平均值分别为（170.84±63.56）、（369.02±39.12）、（431.80±96.70） mg/g;N含量的平均值分别为（8.20±3.96）、（14.11±6.22）和（30.73±8.66） mg/g;C/N比的平均值分别为23.89±12.84、32.65±18.48、15.21±5.60。方差分析表明,芦苇各器官中C、N计量特征具有显著的季节性差异（P<0.05）,这主要与芦苇在生长过程中的生理作用有关。环境中C、N计量特征具有显著的空间差异（P<0.05）,受环境变量的影响,芦苇叶中N含量和C/N比从上游到下游显著降低（P<0.05）。逐步回归分析的结果显示,土壤和河水中的C、N含量能够解释芦苇叶中71.0%的变量（P<0.05）;土壤中C、N含量和河水中N含量能够解释芦苇叶C/N比82.6%的变量（P<0.05）。相关分析指出,河水中N含量与土壤中N含量显著正相关（P<0.05）,说明土壤受到高氮再生水的影响而具有较强的供N能力。高氮环境下,芦苇叶中N含量较高;相较于芦苇茎和叶,根中C含量较小。研究证明在再生水补水河道中,芦苇对环境中的N有良好的吸收能力,其C、N计量特征对高氮环境表现出明显的响应。     

外源氮输入对闽江河口芦苇湿地土壤磷形态赋存特征的影响

河口湿地是响应全球气候变化和人类活动最为敏感的生态系统之一，是外源氮的一个重要"汇"，其对于生源元素循环过程可产生深刻的影响。在当前闽江河口区氮负荷增强背景下，探讨外源氮输入对湿地土壤磷形态赋存及其关键转化过程具有重要意义。为此，选择闽江河口鳝鱼滩的芦苇湿地为研究对象，基于野外原位氮输入模拟试验，研究了不同氮输入水平（N_Nt，对照处理；N_Lt，低氮处理；N_Mt，中氮处理；N_Ht，高氮处理）对湿地土壤磷形态赋存特征的影响。结果表明，外源氮输入不但增加了湿地土壤的TP含量，而且改变了其土层分布特征。除N_Mt与N_Nt处理下的TP含量相当外，N_Lt和N_Ht处理下的全磷（TP）含量相比N_Nt处理分别增加了3.5%和4.4%。氮输入整体上增加了湿地土壤的活性磷和闭蓄态磷含量，但降低了中等活性磷含量。相比N_Nt处理，N_Mt和N_Ht处理下的活性磷含量分别增加了6.5%和12.6%，而N_Lt、N_Mt和N_Ht处理下的闭蓄态磷含量分别增加了3.3%、3.9%和7.0%。中等活性磷在N_Mt处理下的降幅尤为明显，其值相比N_Nt处理降低了6.7%。不同氮处理下湿地土壤以闭蓄态磷占比最高（51.8%-54.1%），中等活性磷次之（38.1%-41.2%），活性磷最低（7.0%-7.9%）。不同氮处理下的各形态磷占比以HCl-P_i、Residual-P、NaOH-P_o和NaOH-P_i较高，Sonic-P_o和NaHCO₃-P_i次之，而NaHCO₃-P_o、Resin-P和Sonic-P_i较低。研究发现，氮输入主要通过改变土壤养分及酸碱状况来进一步影响土壤中各形态磷的赋存。其中，N_Mt和N_Ht处理下活性磷含量的增加主要与Resin-P和NaHCO₃-P_o有关，N_Lt、N_Mt和N_Ht处理下闭蓄态磷含量的增加主要与Residual-P有关，而N_Mt处理下中等活性磷的显著降低主要与NaOH-P_i和Sonic-P_o有关。     

稻麦叶片氮含量与冠层反射光谱的定量关系

作物氮素含量是评价作物长势、估测产量与品质的重要参考指标,叶片氮素含量的无损快速监测对于指导作物氮素营养的精确管理及生产力的预测预报具有重要意义.以5个小麦品种和3个水稻品种在不同施氮水平下的3a田间试验为基础,综合研究了稻麦叶片氮含量与冠层反射光谱的定量关系.结果显示：（1）不同试验中拔节后稻麦叶片氮含量均随施氮水平呈上升趋势;（2）稻麦冠层光谱反射率在不同施氮水平下存在明显差异,在可见光区（460～710 nm）的反射率一般随施氮水平的增加逐渐降低,而在近红外波段（760～1100 nm）却随施氮水平的增加逐渐升高;（3）就单波段光谱而言,610、660 nm和680 nm处的冠层反射率均与稻麦叶片氮含量具有较好的相关性;（4）在光谱指数中,归一化差值植被指数NDVI（1220,610）与水稻和小麦叶片氮含量均具有较好的相关性,且相关性好于单波段反射率;（5）对于小麦和水稻,可以利用共同的波段和光谱指数来监测其叶片氮含量,采用统一的回归方程来描述其叶片氮含量随单波段反射率和冠层反射光谱参数的变化模式,但若采用单独的回归系数则可以提高稻麦叶片氮含量估测的准确性.     

不同地理种群紫萍对水体氮和磷的生理响应和吸收能力的差异

养殖场高浓度氮磷废水的排放对环境造成巨大污染.紫萍具有很强的净化水体污染物的能力,然而,不同地理种群紫萍对水体氮和磷吸收净化的研究还比较缺乏.本研究从中国南方不同地区采集15个紫萍种群,分析在高浓度氮和磷的水体中不同地理种群紫萍的生理响应和对氮磷吸收能力的差异性.结果表明:不同地理种群紫萍之间的生长表型和生理指标(叶状...     

氮添加对森林植物磷含量的影响及其机制

氮沉降对森林生态系统磷循环产生了不可忽视的影响, 尤其是加剧了植物生长的磷限制, 从而使得氮沉降背景下植物磷含量变化备受关注。该文综述了氮添加对森林植物磷含量的影响, 认为氮添加通过促进土壤磷酸酶活性进而提高土壤有效磷含量, 有利于植物的磷吸收并增加植物磷含量。同时, 森林植物磷含量对氮添加的响应还受物种、生活型以及施氮时间长短等因素的影响。基于森林植物磷含量对氮添加响应的差异性, 该文进一步探讨氮富集背景下森林植物磷含量变化的可能机制: 1)外源氮输入通过改变土壤中有效磷含量从而对植物磷的来源产生影响; 2)通过影响植物的根系分泌物、菌根共生和根系形态结构等进而影响植物的磷吸收能力; 3)通过影响植物的磷养分再分配、磷养分重吸收对植物磷利用效率产生影响。综上所述, 外源氮输入使植物磷含量发生改变, 首要原因是土壤有效磷含量的改变, 其次是植物磷吸收能力和磷利用效率的改变起调控作用。     

澳门路氹湿地芦苇氮磷含量的季节变化

为探讨芦苇（Phragmites communis）的生长规律及其在湿地生态系统中的作用,对澳门路毡湿地芦苇氮磷含量变化进行了6次调查。结果表明：芦苇地上部分和地下茎的氮、磷含量都在秋冬达到最大值,在春夏达到最低值,其中叶氮、磷含量最高值分别为37．5和4．0g·kg^-1,最低值为28．0和3．5g·kg^-1;茎中部氮、磷含量最高值分别为14．1和2．0g·kg^1,最低值为11．5和1．6g·kg^1;地下茎氮、磷含量最高值分别为10．2和0．9g·kg^1,最低值为6．6和0．8g·kg^-1。各季节芦苇不同部位的氮、磷含量大小顺序均为叶〉地上茎〉地下茎。氮、磷没有在芦苇体不同器官或部位之间发生转移。     

棉花冠层高光谱参数与叶片氮含量的定量关系

建立棉花(Gossypium hirsutum)氮素状况的光谱监测技术对于棉花营养诊断和长势估测具有重要意义。该研究利用冠层高光谱反射率及演变的多种高光谱参数,分析了不同施氮水平下不同棉花品种叶片氮含量与冠层反射光谱的定量关系,建立了棉花叶片氮含量的敏感光谱参数及预测方程。结果显示,棉花叶片氮含量和冠层高光谱反射率随不同施氮水平呈显著变化。棉花叶片氮含量的敏感光谱波段为600~700 nm的可见光波段和750~900 nm的近红外波段,且叶片氮含量与比值植被指数RVI [average (760~850), 700]有密切的定量关系,4个品种的平均决定系数在0.70左右。进一步分析表明,可以用统一的回归方程来描述不同品种、不同生育时期和不同氮素水平下棉花叶片氮含量随反射光谱参数的变化模式,从而为棉花氮素营养的监测诊断与精确施肥提供技术依据。     

落叶松幼苗光合特性对氮和磷缺乏的响应

为探讨落叶松幼苗光合特性对氮、磷营养缺乏的响应规律,在温室内用砂培方法培养和处理落叶树幼苗,测定了净光合速率和叶绿素荧光等反映其光合能力的参数,分析了落叶松幼苗的光合特性对氮、磷营养缺乏的响应规律.结果表明,氮素供应不足(1mmol·L^-1)时,落叶松幼苗针叶的全氮含量、叶绿素含量和净光合速率与对照相比都显著降低,分别下降了37%、31%和59%,同时,F_v/F_m(反映光系统II最大光能转换效率)和F_v/F_o(反映光系统II潜在活性)也分别下降了22%和57%,而叶片可溶性蛋白含量只有微弱下降.磷素供应不足(1/8mmol·L^-1)时,叶片全氮和全磷含量、叶绿素含量、叶片可溶性蛋白含量和F_v/F_m与对照相比差异均不显著,净光合速率和F_v/F_o下降13%.氮、磷同时缺乏时,上述各项指标的变化与单独缺氮处理的相似,这意味着本实验中缺磷处理(1/8mmol·L^-1)对落叶松幼苗光合特性影响相对较小.     

圆叶玉兰叶片非结构性碳水化合物与氮、磷含量对海拔的响应

非结构性碳水化合物(non-structural carbohydrates, NSC)、氮(N)和磷(P)是植物生长的重要能源物质和影响植物分布的限制生长因子,圆叶玉兰(Magnolia sinensis)是四川省特有的珍稀濒危极小种群野生植物,研究其NSC、N和P可以反映它的营养供应水平及对环境的适应策略。选取芦山6个海拔梯度(1840,1960,2070,2170,2270,2390 m)的圆叶玉兰为对象,研究不同海拔下圆叶玉兰叶片中NSC与N、P及其化学计量间的关系。结果表明,圆叶玉兰叶片可溶性糖含量在2390 m处显著高于1840 m处, NSC含量在不同海拔差异极显著,随海拔增加呈"低-高-低"的单峰变化,2170 m处叶片NSC含量最高,碳水化合物供应充足;可溶性糖/淀粉的比值随海拔升高呈增大趋势,N含量和N/P比都随海拔上升而下降,且N/P比在各海拔上均小于14,NSC/N比在2390 m处显著高于1840 m处。总之,圆叶玉兰叶片的可溶性糖和NSC含量显著不受海拔的影响,较高的可溶性糖含量有利于抵御低温环境,其生长主要受氮元素限制而不受碳限制,反映了濒危植物圆叶玉兰在其有限的分布范围内NSC及N、P的保护策略,为圆叶玉兰的碳代谢和生长适应对策提供数据基础。     

应用近红外光谱预测水稻叶片氮含量

以水稻(Oryza sativa)新鲜叶片和干叶粉末两种状态的样品为研究对象, 基于近红外光谱(NIRS)技术, 应用偏最小二乘法(PLS)、主成分回归(PCR)和逐步多元回归(SMLR), 建立并评价了水稻叶片氮含量(NC)近红外光谱模型。结果表明, 基于PLS建立的模型表现最好, 鲜叶氮含量近红外光谱校正模型校正决定系数R_C²为0.940, 校正标准误差RMSEC为0.226; 干叶粉末氮含量的近红外光谱校正模型R_C²为0.977, RMSEC为0.136。模型的内部交叉验证分析表明, 预测鲜叶氮含量内部验证决定系数R_CV²为0.866, 内部验证标准误差RMSECV为0.243; 预测干叶粉末氮含量R_CV²为0.900, RMSECV为0.202。模型的外部验证分析表明, 预测水稻鲜叶氮含量的外部验证决定系数R_V²大于0.800, 外部验证标准误差RMSEP小于0.500, 预测干叶粉末氮含量的R_V²为0.944, RMSEP为0.142。说明, 近红外光谱分析技术与化学分析方法一致性较好, 且基于干叶粉末建立的近红外光谱预测模型的准确性和精确度较新鲜叶片高。     

Spectral Characteristics of Phragmites australis and Its Response to Riverine Nitrogen and Phosphorus Contents in River Reaches Restored by Reclaimed Water

再生水是城市景观河湖的重要补给水源, 然而再生水中含量较高的氮和磷营养盐会引起水体富营养化, 破坏水生态平衡。以再生水补给的潮白河为研究区, 运用高光谱技术分析了挺水植物芦苇(Phragmites australis)叶片的光谱特征, 并结合水质数据, 通过拟合模型, 探究了芦苇对再生水中氮和磷的响应关系。结果表明, 各采样点水体的总氮(TN)和总磷(TP)含量分别介于1.85-18.16 mg·L^-1及0.01-0.36 mg·L^-1之间, 叶绿素a (Chl a)和溶解氧(DO)含量的范围分别为0.60-47.45 μg·L^-1与4.24-11.4 mg·L^-1。水体富营养化较为严重, 但仍处于富氧环境。多重方差分析表明, 不同采样点之间水体的TN、TP和Chl a含量差异显著(P<0.05)。由光谱反射率及反射率一阶导数曲线可知, 水体TN含量越高, 叶片光谱在可见光区的反射率越小, 红边位置也越向波长长的方向移动(即红移)。相关分析表明, 水体TN和TP含量与吸光度值log(1/R)在可见光区的相关性较强, 且TN与log(1/R)的相关系数高于TP。芦苇叶片光谱可在一定程度上区分水体TN含量差异, 但TP对光谱特征的影响模式不明显。光谱指数与水体TN含量之间的拟合模型中, 基于光化学指数(PRI)、修正叶绿素吸收指数(MCARI)和导数叶绿素指数(DCI)的模型能够解释水体TN含量变化的62.4%-70.9% (P<0.05), 可用于再生水氮含量的定量监测。该研究证明了植物光谱技术在水体富营养化监测上的可行性, 为保障再生水修复河道水质和生态安全提供了科学依据。     

外来种互花米草和土著种芦苇空中凋落物氮动态的比较研究

土壤氮含量是限制植物生长的重要因素, 所以入侵植物要入侵成功必须突破土壤氮限制的瓶颈。近年来, 外来种互花米草(Spartina alterniflora)在中国海岸带盐沼中快速取代土著种芦苇(Phragmites australis), 引起了多方面的生态学后果。为了解互花米草与本地种芦苇空中凋落物的氮含量是否存在差异及产生这种差异的机制, 2003年11月至2004年4月, 作者在长江口九段沙湿地对互花米草与芦苇空中凋落物氮含量(单位面积凋落物的总氮量, N g/m²)进行了测定, 结果表明互花米草的氮含量比芦苇高。在空中分解过程中, 互花米草茎(包括叶鞘与秆)凋落物的氮含量显著上升, 但芦苇茎凋落物的氮含量显著降低。2006年1月, 又对中国海岸带6个地点的盐沼中互花米草的凋落物进行取样和氮浓度测定, 发现互花米草空中叶鞘与秆的老凋落物(2004年冬季产生)的氮浓度均显著高于其新产生的凋落物(2005年冬季产生), 表明在空中分解过程中, 互花米草叶鞘与秆凋落物氮含量增加具有普遍性。进一步的温室受控实验结果表明, 互花米草凋落物氮含量增加可能是由腐生固氮微生物引起的。以上结果表明,互花米草取代芦苇后, 改变了空中凋落物的氮动态, 增加了生态系统中氮的输入, 可能有利于互花米草的快速扩张。     

Nitrogen and carbohydrate pools of two rhizome types of Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steudel

Carbohydrate and total nitrogen contents as well as free amino acid (FAA) concentrations were determined in distinct types of rhizomes of two genetically homogeneous stands of reed (Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steudel) differing in morphology, productivity and nutrient supply in order to evaluate the storage capacity of vertical rhizomes and expansion rhizomes. The expansion rhizomes possess significantly higher amounts of FAA and of total nitrogen but similar carbohydrate concentrations in comparison to the vertical rhizomes. However, no significant differences were found for total nitrogen, FAA and total carbohydrates between both investigated stands indicating a comparable storage capacity of rhizomes independent of nutrient availability. Only the composition of the FAA pool varied in the alanine/asparagine ratio probably influenced by the oxygen supply of the rhizome/root system.     

黄河三角洲3种生境下的芦苇形态差异及生理生态特征研究

为阐明3种自然生境下的芦苇适应环境策略,通过设置样地,研究水生、湿生、旱生生境下芦苇的形态性状及生理生态特征,结果表明：（1）芦苇的最高高度、平均高度、最高冠幅、平均冠幅和盖度以水生生境最大,湿生生境次之,旱生生境最小;多度值以旱生和水生生境条件下较大;在水生条件下,芦苇往往形成单优势种群。（2）3种生境中的芦苇横走茎主茎长度不同,随地下水位下降,各分支无性系分株数量、分株高度和叶片数增多,分株距离、分株直径和叶面积减小;随着水分限制的加强,芦苇的节数和根数量增多,节长和根长变短。（3）在旱生生境下,根部和叶部SOD、POD活性和根部CAT活性显著高于水生和湿生,叶部CAT活性旱生显著低于水生。3种生境叶部MDA含量表现为旱生 > 湿生 > 水生,湿生和旱生生境下,根部MDA含量明显高于水生。这些形态性状的差异及生理生态特征可以看作芦苇对3种生境的适应性表现。     

黄河三角洲两种水盐生境下芦苇植被根系特征差异研究

为了研究芦苇在黄河三角洲潮水和淡水两种生境条件下的生长差异,特别是根系生态特征差异,分别在潮水区和淡水区选取长势均匀的芦苇群落,测量不同土层电导率、pH值,芦苇株高、密度、茎叶及不同土层主根、须根生物量、离子含量等指标.结果表明,两个区域的表层土壤(0—10 cm)电导率均大于下层土壤,并在20—30 cm土层处电导率...     

九段沙芦苇湿地生态系统N、P、K的循环特征

对九段沙(上沙、中沙、下沙)芦苇湿地土壤、植物中N、P、K含量进行了测定,研究其分布规律.结果表明:水平分布上,湿地土壤全量养分与速效性养分含量均是中沙最低,并以中沙为中心向两端递增,速效性养分的这种变化尤为显著.垂直分布上,土壤全N和全K含量的分布规律一致,为上层＞下层＞中层;全P含量分布为中层＞上层＞下层.速效N含量分布为上层＞中层＞下层;速效P含量上层土壤最高,中、下层土壤含量因湿地类型而异;速效K含量多以中层土壤最低,上、下层土壤含量变化不稳定,以不同湿地而异.不同芦苇湿地的土壤速效性养分含量差异显著大于全量养分的差异,0～60 cm深度土壤的全量养分和速效性养分含量排序均为K＞N＞P.中沙湿地植物中养分含量最低,与土壤中营养元素总体水平分布一致;多数芦苇湿地植物中营养元素含量排序为N＞K＞P,与土壤养分含量排序不一致.不同芦苇湿地的吸收系数排序均为N＞P＞K;芦苇湿地利用系数排序为P＞K＞N;循环系数排序为N＞K＞P.     

天津沼泽湿地芦苇叶片的碳稳定同位素比值分布特征及其环境影响因素

天津芦苇(Phragmites australis)沼泽具有重要的生态功能。目前天津地区水体咸化、氮污染和水资源短缺问题严重, 显著影响了芦苇湿地的植物生理生态过程。植物稳定碳同位素组成(碳稳定同位素比值(δ¹³C))能够记录与植物生长过程相关联的环境变化信息, 反映植物对环境变化的生理生态适应特性。该研究调查了天津七里海、北大港和大黄堡湿地芦苇叶片的δ¹³C分布特征, 探讨了影响该地区叶片δ¹³C值变化的主要因素。研究表明: 1)天津芦苇湿地植物叶片δ¹³C的变化范围在-26.3‰ - -23.6 ‰之间, 平均值为-25.8‰; 2)芦苇叶片δ¹³C与底泥相对含水量呈显著负相关关系, 与底泥有效氮和全氮含量呈显著正相关关系, 而与底泥盐度和磷含量没有显著相关关系; 水分条件和底泥氮营养状况是影响叶片的δ¹³C值变化的主要因素; 3)淹水条件下, 芦苇叶片δ¹³C与叶片质量氮含量呈显著正相关关系, 与叶碳氮比呈显著负相关关系, 8月份七里海湿地干涸打破了此相关关系。当前环境压力下, 天津沼泽湿地干涸极大地改变了芦苇的氮、水平衡和植物对水、氮资源的利用策略, 而湿地干涸对该过程的影响要高于盐度和氮负荷增加。     

光照、水深交互作用对松嫩湿地芦苇种子萌发的影响

莫莫格国家级自然保护区位于松嫩平原西部, 以保护白鹤(Grus leucogeranus)等珍稀水禽及其栖息地为主要目的。扁秆藨草(Scirpus planiculmis)是莫莫格湿地的重要植物, 也是白鹤在该区停栖的主要食源植物。莫莫格湿地水文恢复后, 芦苇(Phragmites australis)等高大挺水植物大量出现, 阻碍了扁秆藨草的恢复。种子萌发是植物生活史的重要阶段, 对于认识野外植物群落动态和植被管理十分重要。该研究在人工气候箱模拟野外环境条件, 分析了光照(全光、遮阴、黑暗)、水深(0、5、15和30 cm)及其交互作用对芦苇种子萌发的影响。结果表明: 光照和水深变化明显影响芦苇种子的萌发; 最终萌发比例在遮阴和黑暗条件下明显比在全光下高, 在3种光照处理下较深水位(5-30 cm)均抑制了芦苇种子的萌发。芦苇种子萌发也明显受光照和水深交互作用的影响; 在全光条件下, 萌发比例在0 cm水深(86.67% ± 2.36%)显著高于其他较深水位; 在遮阴和黑暗环境下, 0 cm水深与其他水深处理间的差异明显缩小, 这应是在遮阴和黑暗条件下(不考虑水深)萌发比例较高的重要原因。因此, 在芦苇建群初期, 及时进行清除处理并保持一定地表水位可以限制芦苇通过有性繁殖更新, 同时改善地表光辐射等生境条件, 促进扁秆藨草恢复。