Responses of native and invasive wetland plants to hydroperiod and water depth

Monotypic stands of reed canary grass, Phalaris arundinacea, replace native wetland vegetation where stormwater runoff alters hydrologic conditions, nutrient inflows, and sedimentation rates. We asked if different hydrologic conditions could explain the dominance of Phalaris and/or loss of the native grass, Spartina pectinata, and we compared the growth of each species alone and together under four hydroperiods (varying inundation frequency and duration) each at two water depths (surface saturation and flooding to 15 cm). When grown alone, aboveground biomass was similar for the two species, but Phalaris produced twice the stem length of Spartina via its low tissue density. Per unit biomass, Phalaris distributed its leaves over a larger canopy volume. Flooding reduced belowground biomass and increased total shoot length and shoot:root biomass of each species. Phalaris produced the most biomass, shoots, and total shoot length when wetter and drier conditions alternated weekly, while Spartina grew best with prolonged (4-week) inundation. When grown with Spartina, Phalaris changed its morphology by increasing its total shoot length:biomass ratio by 50%. However, ratios of Spartina:Phalaris aboveground biomass, shoot number, and total shoot length in two-species pots were not significantly affected by water depth or hydroperiod. We conclude that two plant attributes facilitate Phalaris' dominance of wetlands: its high ratio of total shoot length:biomass and its adaptable morphology (characterized herein as increased total shoot length:biomass when grown with Spartina).     

江苏沿江地区出口产品仓储昆虫群落结构数量特征研究

对江苏沿江地区出口产品仓储昆虫进行调查,分析了5种出口产品仓储昆虫群落的优势种.利用群落物种的丰富度、生态优势度、多样性和均匀度等群落特征指数,研究了5种类型出口产品仓储昆虫群落结构的数量特征,并分析了它们的相似性.通过系统聚类分析将5种群落分为4类,草柳藤制品和羽绒制品仓储昆虫群落同属一类,其它3种产品仓储昆虫群落各属一类.除木制品群落结构相对合理外,其它群落结构都不合理,皮毛制品群落结构尤其不合理.     

若尔盖高原湿地木里苔草生理生态特征对水深梯度的响应

木里苔草作为一种典型的高原湿地植被景观,其生理生态特征受到水深梯度变化的显著影响。选取若尔盖高原沼泽湿地典型植物木里苔草（Carex muliensis）作为研究对象,通过模拟实验,研究了其在-5cm、-3.5cm、0cm、8cm和22cm水深梯度下株高、叶长和叶宽的生长特征及增长量的变化规律,以及叶绿素、叶氮和生物量的变化趋势。结果表明：木里苔草在水深为8cm时呈现最大的株高、叶长和叶宽,其中以株高对水深梯度的响应最为显著,叶宽对水深梯度的响应并不明显,适度干旱或淹水都对木里苔草生长起到促进作用。此外,叶绿素、叶氮含量和生物量也都在8cm水位下达到最大。通过此实验,可以阐明木里苔草生长对水深条件的响应,为若尔盖湿地保护和恢复提供数据支撑与实践依据。     

鄱阳湖典型湿地土壤微生物活性对季节性水位变化的响应

为探究湿地土壤微生物对季节性水位变化的响应关系,以鄱阳湖湿地土壤为研究对象,在2014年3、6、10及2015年1月4个季节采集了3个不同高程样带的土壤样品,对土壤微生物基础呼吸、生物量及胞外酶等活性进行了测定。研究结果表明:(1)季节性水位变化不仅显著改变了土壤有机碳、溶解性有机碳、有效磷等含量,也使得微生物量碳和4种水解酶β-葡萄糖苷酶、β-木糖苷酶、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、磷酸酶活性表现出夏冬季较高、秋季最低的动态变化,而2种氧化酶酚氧化酶和过氧化氢酶的表现正好相反。(2)水位高程和地上植被类型同样对土壤微生物产生了显著影响,表现为南荻样带有较高营养元素含量和微生物活性。(3)一些土壤理化指标(含水量、铵态氮、有机碳、有效磷等)与微生物活性(微生物量、基础呼吸、酶活)显著相关;季节水位变化对微生物活性的影响大于高程差异。研究结果表明水位波动对湿地土壤微生物活性产生了重要影响,鄱阳湖水文节律的改变将影响到湿地土壤的正常生态功能。     

水位梯度对三江平原典型湿地植物根茎萌发及生长的影响

通过水位控制模拟试验,研究了水位梯度对三江平原典型湿地植物——小叶章和毛苔草根茎萌发及生长的影响.结果表明:2种植物对水位的适应策略各异,小叶章种群密度、平均高度和最大高度都在0cm水位条件下出现极大值,而毛苔草种群平均高度和最大高度随水位上升而升高,种群密度则随水位上升而下降.在萌发初期,一定时间的无淹水环境促进2种湿地植物的根茎萌发,而淹水抑制其萌发;在生长期,过度的淹水限制了小叶章的生长,而毛苔草则水分越多生长越旺盛;干旱缺水限制植物生长,可能会引起植物生活史的改变.     

小型表栖节肢动物群落对高寒湿地退化的响应

为查明小型表栖节肢动物群落对高寒湿地退化的响应,2014年7月和9月利用吸虫器法对若尔盖高寒湿地的沼泽草甸、草原草甸、中度退化草甸3种生境的小型表栖节肢动物群落进行调查。结果为:共采集到小型表栖节肢动物18661只,隶属于3纲15目85类(科或属),优势类群为球圆跳属(Sphaeridia)、长跳属(Entomobrya)和莓螨科(Rhagidiidae),其中长跳属仅出现在草原草甸。小型表栖节肢动物群落结构在不同生境间差异明显,主成分分析(PCA)结果表明影响群落结构的主要类群是长跳属(Entomobrya)、球圆跳属(Sphaeridia)、齿步甲螨属(Odontocepheus)、瘤蚜科(Pemphigidae)和叶蝉科(Jassidae),但不同月份间存在差异。小型表栖节肢动物的群落密度及类群数均以草原草甸最高,中度退化草甸最低,3种生境间有显著差异(P0.01)。3种生境的小型表栖节肢动物群落密度均是7月显著低于9月(P0.01),Shannon-Wiener指数和Simpson优势度指数则是7月显著高于9月(P0.01);类群数在沼泽草甸中7月显著低于9月(P0.05),在草原草甸和中度退化草甸则是7月显著高于9月(P0.05)。典范对应分析(CCA)及多元回归分析结果表明植物种类、生物量、土壤有机质含量是影响小型表栖节肢动物群落组成结构、密度及多样性的主要因子。研究结果表明高寒湿地退化能够显著影响小型表栖节肢动物群落的组成结构、密度和多样性及其季节动态。     

人工湿地植物对观赏水中氮磷去除的贡献

研究了处理观赏用轻度富营养化水的人工湿地中植物的生长特性和氮磷去除作用。研究发现 ,所选用的 2 1种植物中 ,有17种植物在人工湿地中生长良好 ,稳定生长 10 5 d以后 ,其平均总生物量在 15 5～ 1317g/ m2之间 ,除了鸭跖草的地上地下生物量比 (A/ U)为 2 0 .5外 ,其余都在 1.18～ 4 .2 9之间。植株地上部 N和 P的浓度分别在 10 .99～ 34.74 mg/ g和 0 .5 9～ 3.81mg/ g之间 ;地下部 N和 P浓度分别在 6 .2 0～ 2 9.5 0 mg/ g及 0 .72～ 3.83mg/ g之间。大部分植物地上部 N和 P的浓度大于地下部 (p<0 .0 5 )。植物的 N、P积累量分别在 2 .10～ 2 4 .4 8g/ m2 和 0 .2 3～ 1.95 g/ m2 之间。在处理轻度富营养化水的人工湿地中 ,植物吸收对氮磷的去除起着主要作用——贡献率分别为 4 6 .8%和 5 1.0 %。植物的氮磷积累量与浓度及生物量之间均存在显著相关 ,所以可以直接以生物量为指标选择人工湿地植物。同时考虑净化和景观效果 ,可为处理城镇轻度富营养化水的人工湿地的植物选择提供参考     

湿地中的植物入侵及湿地植物的入侵性

湿地享有“自然之肾”之称,但湿地生态系统正在受到严重的破坏,植物入侵已经成为干扰湿地生态系统的重要因素。同时湿地植物具有高度的入侵性,湿地和植物入侵都是现代生态学的研究热点。本文总结分析了湿地容易受到入侵的6种主要原因,包括湿地生境类型多样,分布广泛;湿地位置与植物扩散路线相关性;干扰;富营养化;湿地的脆弱性;外来种缺少天敌等。归纳了21种全球性主要湿地入侵植物种及其生态习性,并对湿地植物具有高度入侵性的共同特点以及解释湿地入侵现象的5种假说:天敌逃避说、宽耐受性假说、有效利用说、杂种优势说和异株克生说等作了综述分析。     

疏花水柏枝幼苗生物量与构件对模拟土壤地下水位变化的响应

通过模拟不同地下水位的方法,对疏花水柏枝（Myricaria laxiflora（Franch.）P.Y.Zhang et Y.J.Zhang）一年生幼苗在不同条件下地上与地下部生物量及构件的变化进行测定,分析幼苗生长对地下水位变化的响应。结果显示：随着地下水位的降低,疏花水柏枝幼苗的生长特征指标均呈先增加后减少的趋势,其中地上、地下部分生物量的最高值分别为0.0438、0.0100 g,最低值分别为0.0177、0.0026 g。幼苗地上部生物量在-10 cm处理水平最高;地下部生物量在-15 cm处理水平最高。幼苗直径、根表面积、株高、主根长度、根体积、一级枝数、二级枝数等指标也分别在-10 cm或-15 cm处理水平达到最高值。疏花水柏枝幼苗主要构件的生长与地下水位的变化存在显著相关性。主成分分析结果表明,幼苗的地下部分更容易受到土壤地下水位变化的影响,幼苗性状症候群随地下水位的变化而发生移动,说明该物种幼苗在不同地下水位时的生长投资策略具有较大差异。     

丛枝菌根真菌促进湿地植物对污染水体中镉的吸收

丛枝菌根真菌(AMF)具有促进植物生长、增强植物耐重金属毒害及修复重金属污染生境的作用.本试验于模拟湿地系统中设0、5、10和20 mg·L^-1镉浓度,对芦苇和狼尾草分别进行接种和不接种摩西斗管囊霉(Fm)、根内根孢囊霉(Ri)处理.结果表明: 镉污染降低了AMF侵染;接种AMF提高了芦苇和狼尾草的株高、干质量、叶绿素含量、地上部与根内的氮和镉含量,增强了根系对镉的富集能力,降低了镉转移系数.在5 mg·L^-1镉处理下,接种Fm的芦苇处理的各项指标均高于其他处理,其AMF侵染率为60.6%,每毫米根长的侵入点和泡囊数分别为2.3和3.7;与不接种对照相比,接种Fm的芦苇地上部与根系干质量分别提高69.1%和75.0%,地上部与根系氮含量分别提高38.7%和27.8%,叶绿素含量和株高分别增加3.8%和11.1%.湿地系统镉浓度与植株地上部和根内的镉含量呈显著正相关.在20 mg·L^-1镉处理下,接种Fm的芦苇地上部和根内镉含量达到最大值182.4和663.3 mg·kg^-1,镉转移系数最低,为0.27,而富集系数最高,为0.55.Fm+芦苇是本试验条件下吸收富集污染水体中镉的最佳组合.     

干涉合成孔径雷达监测湿地水位研究综述

湿地水位是表征湿地水文情势的重要指标,干涉合成孔径雷达(InSAR)监测湿地水位具有空间分辨率高、精度高、成本低和效益好等突出优势。本文简要介绍了InSAR监测湿地水位的先决条件,系统阐述了InSAR监测湿地水位技术的类型及其优缺点,重点探讨了InSAR监测湿地水位的影响因素。InSAR监测湿地水位须满足三大前提条件:1)存在非淹没水生植被;2)主要后向散射机制为双回波散射;3)干涉相干性超过一定的阈值。目前,该水位监测技术已从传统的InSAR技术发展到STBAS、MM和DSI等改进的InSAR技术,已由监测相对水位变化发展到监测绝对水位和水深时间序列。InSAR监测湿地水位的影响因素包括合成孔径雷达(SAR)的工作参数和湿地本身的特性。最后,指出该领域未来亟待加强的研究方向为:探讨该水位监测技术应用于更多具有不同后向散射特性及干涉相干性特征的其他生态区的潜力;开发多传感器、多轨道、多波段、多极化和多时相的InSAR新算法;引入新的SAR数据源;加强InSAR监测湿地水位的“副产品”,如湿地水文连通性、流向和流态等研究。     

青藏高原海北高寒湿地土壤呼吸对水位降低和氮添加的响应

近20年来, 青藏高原高寒湿地经历了明显的气候变化, 从而导致多数湿地水位下降和氮沉降的增加。对于湿地生态系统来说, 水位下降意味着土壤通气性能的改善, 可能会导致土壤呼吸的增加; 而氮沉降的增加可能会降低土壤微生物生物量和pH值, 从而可能抑制土壤呼吸。为此, 在青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站利用中宇宙(Mesocosm)实验方法, 探讨了青藏高原高寒泥炭型湿地土壤呼吸对水位降低和氮添加的响应。结果表明: (1)水位降低显著增强了土壤呼吸, 而氮添加对土壤呼吸的影响依赖于水位的变化: 对照水位下, 氮添加显著抑制土壤呼吸; 而水位降低时, 氮添加对土壤呼吸速率无显著影响。(2)土壤呼吸速率与地上生物量、枯落物累积量之间呈显著正相关关系, 而与根系生物量无显著相关关系。(3)水位降低显著提高了土壤呼吸的温度敏感性, 而氮添加对其无显著的影响。因此预测: 随着氮沉降的升高, 高寒泥炭湿地土壤CO₂的排放量将会减少; 然而随着暖干化背景下水位的降低, 青藏高原高寒湿地会排放更多的CO₂。     

Responses of soil respiration to reduced water table and nitrogen addition in an alpine wetland on the Qinghai-Xizang Plateau

近20年来, 青藏高原高寒湿地经历了明显的气候变化, 从而导致多数湿地水位下降和氮沉降的增加。对于湿地生态系统来说, 水位下降意味着土壤通气性能的改善, 可能会导致土壤呼吸的增加; 而氮沉降的增加可能会降低土壤微生物生物量和pH值, 从而可能抑制土壤呼吸。为此, 在青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站利用中宇宙(Mesocosm)实验方法, 探讨了青藏高原高寒泥炭型湿地土壤呼吸对水位降低和氮添加的响应。结果表明: (1)水位降低显著增强了土壤呼吸, 而氮添加对土壤呼吸的影响依赖于水位的变化: 对照水位下, 氮添加显著抑制土壤呼吸; 而水位降低时, 氮添加对土壤呼吸速率无显著影响。(2)土壤呼吸速率与地上生物量、枯落物累积量之间呈显著正相关关系, 而与根系生物量无显著相关关系。(3)水位降低显著提高了土壤呼吸的温度敏感性, 而氮添加对其无显著的影响。因此预测: 随着氮沉降的升高, 高寒泥炭湿地土壤CO₂的排放量将会减少; 然而随着暖干化背景下水位的降低, 青藏高原高寒湿地会排放更多的CO₂。     

不同放牧强度下土壤氨氧化和反硝化微生物的变化特征

土壤硝化及反硝化功能微生物在氮素可利用性、硝酸盐淋溶和氧化亚氮温室气体排放等方面起着关键作用,在指示不同放牧强度对生态系统的影响及预测草地生态系统退化状况等方面具有重要意义。以内蒙古干旱半干旱草原不同放牧强度(轻度、中度和重度)的长期试验样地为对象,应用定量PCR和限制性末端片段长度多态性(Terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)的方法,研究土壤氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)、氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria,AOB)和反硝化细菌的丰度、群落结构和多样性对不同放牧强度的响应。结果表明,土壤p H和铵态氮含量分别在7.90—8.18和6.37—35.92 mg/kg之间,中度放牧处理显著增高了土壤pH(P=0.03),而铵态氮含量在重度放牧处理中最高(P=0.02)。不同放牧强度下土壤异养呼吸相比未放牧处理均显著降低(P=0.02)。土壤AOA-amoA和AOB-amoA基因丰度范围分别为每克干土(4.94—7.60)×10~9个拷贝数和(0.68—3.75)×10~6个拷贝数,放牧处理对AOA-amoA基因丰度无显著影响,中度放牧处理显著降低了AOB-amoA基因丰度(P=0.04);反硝化微生物nosZ基因丰度随在轻度放牧处理中最低(P=0.03)。土壤铵态氮含量是影响AOA-amoA和AOB-amoA基因丰度的主要因子,而nosZ基因丰度主要受反硝化底物含量及土壤通气状况的影响。冗余分析表明由放牧所引起的可利用性氮含量的变化是导致氨氧化和反硝化微生物群落结构显著变化的主要因素。     

鸟类群落对若尔盖高原湿地退化梯度的响应

鸟类是湿地生态系统重要的一类环境指示生物,研究其群落特征对湿地退化的响应,有助于揭示湿地生态系统结构和功能的变化、探讨对湿地状况进行有效监测和评价的方法。以若尔盖湿地国家级自然保护区花湖、兰州大学高寒草甸与湿地生态系统定位研究站（阿孜站）为研究区域,2018年5、2019年5月采用样线法对区域中4种高原湿地退化梯度,即典型湿地（Ⅰ型）、季节性湿地（Ⅱ型）、中度退化湿地（Ⅲ型）和重度退化湿地（Ⅳ型）的繁殖鸟类群落进行调查研究。研究时段共记录到繁殖鸟类8目14科41种,其中花湖繁殖鸟类39种,阿孜站繁殖鸟类21种。数据分析显示,随着高原湿地退化演替序列,两地的鸟类群落物种数和多样性指数均逐步减小,群落优势度不断增大;Ⅲ型和Ⅳ型群落相似性系数最高,Ⅰ型和Ⅳ型间群落相似性最低,表明鸟类群落随湿地退化发生明显改变,仅与毗邻的退化梯度群落组成相似。研究区域Ⅰ型生境中,水禽类占绝对优势,以红脚鹬（Tringa totanus）为优势种;Ⅱ型中长嘴百灵（Melanocorypha maxima）为群落中优势种;小云雀（Alauda gulgula）和角百灵（Eremophila alpestris）为Ⅲ型群落中的优势种;群落中优势种团为雪雀（Montifringilla spp.）和地山雀（Pseudopodoces humilis）时,标志着湿地已经重度退化（Ⅳ型）。鸟类群落优势种的转变是鸟类营巢环境要求与湿地退化中环境的改变相适应的结果。本研究尝试性的提出如何利用鸟类对高原湿地退化状态进行监测和评价。     

Responses of wild plants to nitrate availability

Summary Two annual species of Bromus, an invader (B. hordeaceus, ex B. mollis) and a non-invader (B. intermedius), were grown for 28 days in growth chambers, at 5 and 100 M NO ₃ ^- in flowing nutrient solution. No differences between the two species were observed at either NO ₃ ^- level, in terms of relative growth rate (RGR) or its components, dry matter partitioning, specific NO ₃ ^- absorption rate, nitrogen concentration, and other characteristics of NO ₃ ^- uptake and photosynthesis. The effects of decreasing NO ₃ ^- concentration in the solution were mainly to decrease the NO ₃ ^- concentration in the plants through decreased absorption rate, and to decrease the leaf area ratio through increased specific leaf mass and decreased leaf mass ratio. Organic nitrogen concentration varied little between the two treatments, which may be the reason why photosynthetic rates were not altered. Consequently, RGR was only slightly decreased in the 5-M treatment compared to the 100-M treatment. This is in contrast with other species, where growth is reduced at much higher NO ₃ ^- concentrations. These discrepancies may be related to differences in RGR, since a log-linear relationship was found between RGR and the NO ₃ ^- concentration at which growth is first reduced. In addition, a strong linear relationship was found between the RGR of these species and their maximum absorption rate for nitrate, suggesting that the growth of species with low maximum RGR may be partly regulated by nutrient uptake.     

Effect of water level fluctuation on nitrogen removal from constructed wetland mesocosms

Nitrogen removal processes were investigated at three frequencies of water level fluctuation, static, low and high (0, 2 and 6 d⁻¹), in duplicate gravel-bed constructed wetland mesocosms (0.145 m³) with and without plants (Schoenoplectus tabernaemontani). Fluctuation was achieved by temporarily pumping wastewater into a separate tank (total drain time ∼35 min). Intensive sampling of the mesocosms, batch-fed weekly with ammonium-rich (∼100 g m⁻³ NH₄-N) farm dairy wastewaters, showed rates of chemical oxygen demand (COD) and total Kjeldahl nitrogen (TKN) removal increased markedly with fluctuation frequency and in the presence of plants. Nearly complete removal of NH₄-N was recorded over the 7 day batch period at the highest level of fluctuation, with minimal enhancement by plants. Redox potentials (Eh) at 100 mm depth rose from initial levels of around −100 to >350 mV and oxidised forms of N (NO₂ and NO₃) increased to ∼40 g m⁻³, suggesting conditions were conducive to microbial nitrification at this level of fluctuation. In the unplanted mesocosms with low or zero fluctuation, mean NH₄-N removals were only 28 and 10%, respectively, and redox potentials in the media remained low for a substantial part of the batch periods (mid-batch Eh ∼+100 and −100 mV, respectively). In the presence of wetland plants, mean NH₄-N removal in the mesocosms with low or zero fluctuation rose to 71 and 54%, respectively, and COD removal (>70%) and redox potential (mid-batch Eh>200 mV) were markedly higher than in the unplanted mesocosms. Negligible increases in oxidised N were recorded at these fluctuation frequencies, but total nitrogen levels declined at mean rates of 2.4 and 1.8 g m⁻² d⁻¹, respectively. NH₄-N removal from the bulk water in the mesocosms was well described (R²=0.97–0.99) by a sorption-plant uptake-microbial model. First-order volumetric removal rate constants (k_v) rose with increasing fluctuation frequency from 0.026 to 0.46 d⁻¹ without plants and from 0.042 to 0.62 d⁻¹ with plants. As fluctuation frequency increased, reversible sorption of NH₄-N to the media, and associated biofilms and organic matter, became an increasingly important moderator of bulk water concentrations during the batch periods. TN mass balances for the full batch periods suggested that measured plant uptake estimates of between 0.52 and 1.07 g N m⁻² d⁻¹ (inversely related to fluctuation frequency) could fully account for the increased overall removal of TN recorded in the planted systems. By difference, microbial nitrification-denitrification losses were therefore estimated to be approximately doubled by low-level fluctuation from 0.7 to 1.4 g N m⁻² d⁻¹ (both with and without plants), rising to a maximum rate of 2.1 g N m⁻² d⁻¹ at high fluctuation, in the absence of competitive uptake by plants.