植物多样性对模拟人工湿地氮去除及氧化亚氮排放的影响

为理解人工湿地处理高氮废水时植物多样性对生态系统功能的影响,本研究进行模拟人工湿地微宇宙实验。选取灯心草(Juncus effusus)、羊蹄(Rumex japonicus)和!草(Phalaris arundinacea) 3种常见植物,配置3个单种和1个3种混种处理,在污水停留中期(第4天)和末期(第8天)测定微宇宙N_2O排放、水中氮浓度等参数。结果表明:混种系统N_2O排放在中期显著低于单种均值,在末期与单种无显著差异;单种系统N_2O排放在中期显著高于末期,而混种系统在两个时期无显著差异;混种系统氮去除率在中期低于单种系统均值,在末期与单种系统无显著差异;!草单种系统氮去除率在中期显著高于羊蹄、灯心草单种及混种系统,但在末期与其他系统无显著差异。在保持氮去除率的情况下,混种系统的N_2O排放通量低于单种系统均值。     

植物多样性对人工湿地微宇宙甲烷排放的影响

为了研究人工湿地处理污水过程中减少甲烷(CH_4)排放的可能性,本研究利用细砂基质微宇宙系统控制实验,分析了植物物种丰富度和物种特性对系统甲烷排放、氮去除及相关功能的影响。实验选择喜湿植物羊蹄(Rumex japonicus)、水芹(Oenanthe javanica)和虉草(Phalaris arundinacea)3个种,设置每个种的单种及3个种混种处理,以细砂(粒径为0.25~1 mm)作为栽培基质,供给模拟污水。结果表明:物种丰富度增加了CH_4排放(P0.05),但没有超排放效应;物种丰富度对氮去除无显著影响(P0.05);物种特性是CH_4排放和氮去除的主要驱动者,其作用超过了物种丰富度;虉草单种系统的CH_4排放量最低,且氮去除能力最高(P0.05)。本实验表明,选择合适的单种(虉草)系统比提高物种丰富度更利于CH_4减排和执行人工湿地氮去除功能。结果可为人工湿地物种选择及多样性配置提供参考。     

模拟人工湿地植物丰富度对硝氮去除及净温室效应的影响

用水培微宇宙模拟人工湿地,研究植物丰富度对系统氮去除的影响,并整合多项功能评估系统净温室效应。选择水芹(Oenanthe javanica)、羊蹄(Rumex japonicus)、虉草(Phalaris arundinacea)和吉祥草(Reineckia carnea)4个物种,进行单种及混种2个处理,供给以硝氮(NO3--N)为唯一氮形态的模拟污水。结果表明:混种系统出水氮浓度显著低于单种系统,即高丰富度具有更高氮去除效率;混种系统的地上和总生物量显著高于单种系统;在单种系统中反硝化是最主要的氮去除途径,而混种系统主要通过增强植物吸收提高净化效率;混种系统比单种系统排放更多的CH4和N2O;混种提高了生物量,如果这些植物用于生物燃料则相当于强化了CO2减排潜力;综合CO2、CH4和N2O,提高植物丰富度会显著降低系统净增温潜力(GWP)。     

模拟人工湿地中植物多样性配置对硝态氮去除的影响

为检验植物多样性对人工湿地脱氮功能的影响,在模拟人工湿地试验系统中设置了植物单种和混种处理并定期供给氮形态仅为硝态氮的模拟污水。结果表明:混种系统的出水硝态氮浓度显著低于单种(P<0.05);混种与单种系统在基质氮含量和植物氮积累量上无统计差异;质量平衡分析表明混种促进系统反硝化强度;菩提子单种系统中的硝态氮移除能力显著高于香蒲、芦苇和菖蒲单种系统,后3种硝态氮移除能力则无显著差异。本研究可为人工湿地选择高效物种、多样性配置以提高氮去除率提供依据。     

人工湿地植物种类及多样性对甲烷释放及功能基因丰度的影响

为了研究人工湿地处理中碳/氮水平的废水时植物种类及多样性对系统甲烷释放及功能基因丰度的影响,我们构建了实验尺度的人工湿地微宇宙实验系统。选取千屈菜(Lythrum salicaria L.)和海寿花(Pontederia cordata L.)2种人工湿地常用、景观效果好的植物,在系统中配置了单种处理和两物种混种处理。结果表明:千屈菜与海寿花混种系统的甲烷释放强度(8.78 mg CH_4 m~(-2) d~(-1))高于两物种单种系统的平均值(6.97 mg CH_4 m~(-2) d~(-1))(P0.001),同甲烷释放一样,混种系统的mcrA基因绝对丰度(977541.6 copies/g dw soil)也高于两物种单种系统的平均值(585146.8 copies/g dw soil),但混种系统的pmoA基因绝对丰度(326956.6 copies/g dw soil)低于两物种单种系统的平均值(1043616.0 copies/g dw soil)(P0.001)。此外,混种系统的微生物量、植物生物量高于两物种单种系统的平均值(P0.01),但出水铵态氮浓度低于两物种单种系统的平均值(P0.05),出水总有机碳浓度和硝态氮浓度在单混种系统间无显著差异(P0.05)。千屈菜单种系统和海寿花单种系统间的甲烷释放强度、pmoA基因绝对丰度、微生物量、植物生物量和出水铵态氮浓度存在显著差异(P0.05),但mcrA基因绝对丰度、出水总有机碳和硝态氮浓度无显著差异(P0.05)。为了达到人工湿地的高净化效率,需要将千屈菜与海寿花混合种植,但混合种植强化甲烷释放。通过植物种类和丰富度对各指标变异的解释度(ω~2)分析发现,植物种类对甲烷释放、pmoA基因绝对丰度、出水铵态氮的影响大于植物丰富度,但对mcrA基因绝对丰度的影响小于植物丰富度。     

植物物种丰富度对水培微宇宙中硝态氮去除的影响

在沙基质的人工湿地中植物多样性能够提高污水去除效果,但无基质水生系统中植物多样性对除氮效应的影响还未知.本研究在45个水培微宇宙(53 cm×37.5 cm×18.5cm)中配置了4个物种丰富度梯度(1、2、3和4),并定期供给硝氮为唯一氮形态的模拟污水,氮载荷率为548.5 gN· m-2 ·a-1.结果表明:物种丰富度对出水中氮去除有显著效应,4个种系统出水总无机氮浓度(54.3 mg·L-1)明显低于单种系统(129.0 mg·L-1);物种丰富度显著提高群落生物量,4个种微宇宙系统群落总生物量为1621.6 g·m-2,高于单种群落的1032.7 g·m-2.水培微宇宙的氮平均移除速率为466.8 g N·m-2·a-1,不低于已有报道的全尺度人工湿地的去除能力,同时,4个种的系统比单种系统约高13％,因而可以通过物种多样性配置提高人工湿地效能.     

模拟人工湿地中植物多样性对铵态氮去除的影响

为了研究植物多样性对人工湿地生态系统的氮去除功能和硝化作用的影响,在模拟人工湿地中配置了单种和4种植物混种2个处理,并以铵态氮为唯一入水氮源负荷。结果表明:混种系统出水中的无机氮浓度显著低于单种系统(分别为3.41和7.20mg·L-1,P<0.05),铵态氮浓度也显著低于单种系统(分别为1.35和4.11mg·L-1,P<0.05);而出水硝铵浓度比(NO3-∶NH4+=1.55)则高于(P<0.05)单种系统(0.80),说明多样性增强了系统的硝化作用;混种系统基质的无机氮存留量(1455mg·m-2)低于(P<0.05)单种(2235mg·m-2),说明混种系统中可能存在资源的互补利用;根据物质平衡法推算出混种系统中植物总的氮吸收量对无机氮去除的贡献率(48%)大于(P<0.05)单种(31%),植物的可移除部分(地上)对无机氮移除的贡献率也呈现此规律(混种和单种分别为33%和20%,P<0.05);基质氮存留在2种系统中的贡献率则与植物吸收规律相反(混种和单种分别为5%和9%,P<0.05);混种系统中的反硝化作用、氨挥发和微生物的氮固持等对氮去除的贡献率低于单种系统。     

人工湿地植物种类和多样性对氧化亚氮释放及功能基因丰度的影响

为了解人工湿地处理中碳/氮水平的废水时植物种类及多样性对系统氧化亚氮释放及功能基因丰度的影响,本研究构建了实验尺度的垂直流人工湿地微宇宙实验系统.选取芦苇(Phragmites australis)、千屈菜(Lythrum salicaria)和海寿花(Pontederia cordata)3种人工湿地常用、景观效果好的植物,在系统中配置了3个单种处理和1个三物种混种处理.结果表明:芦苇、千屈菜与海寿花混种系统的氧化亚氮释放强度(24597.0 μg N2O·m-2·d^-1)高于三物种单种系统的平均值(11744.8 μg N2O·m^-2·d^-1)(P<0.001),同氧化亚氮释放一样,混种系统的amoA基因绝对丰度(6.33× 10^7 copies·g^-1 soil)和nirS基因绝对丰度(1.92× 106 copies·g^-1 soil)也高于三物种单种系统的平均值(5.70×10^7和1.58×10^6 copies·g^-1 soil).此外,混种系统的出水硝态氮浓度低于三物种单种系统的平均值(P<0.05),但出水硝态氮浓度、微生物量和植物生物量在单混种系统间无显著差异(P>0.05).3个单种系统间的氧化亚氮释放强度、amoA基因绝对丰度、nirS基因绝对丰度、出水铵态氮浓度、微生物量和植物生物量存在显著差异(P<0.01),但出水硝态氮无显著差异(P>0.05).通过植物种类和丰富度对各指标变异的解释度发现,植物种类和丰富度分别解释变异的比率存在一定差异,总体上,植物丰富度对氧化亚氮释放、amoA基因绝对丰度和nirS基因绝对丰度的影响大于植物种类,植物种类对出水硝态氮浓度的影响大于植物丰富度.     

基因型数目对溚草生长表现的影响

物种内基因型多样性是否具有类似物种多样性的生态功能是恢复生态学与保护生态学研究的热点问题。在一些群落建群种的研究中,基因型多样性被证明确实具有与物种多样性类似的生态功能,然而群落伴生种是否也具有类似的生态功能并没有实验证据。本研究以中国北方草原群落伴生种溚草为研究对象,采用单因素实验设计,构建溚草基因型单种和4基因型混种2种处理,通过2次收获分别得到溚草地上部绿叶干重、地上部枯叶干重、地上部干重(绿叶+枯叶)、地下部干重以及分蘖数5个指标对基因型数目的响应。结果表明:(1)尽管所得结果均表明4基因型组合种群的表现优于基因型单种,但仅第一次收获时地下部干重这一指标在两种处理之间差异显著(P0.05);(2)仅第一次收获时地下部干重的基因型多样性净效应为显著正效应(P0.05);(3)将所得多样性净效应分解为互补效应和选择效应,发现9/10的互补效应值为正值但与0之间差异不显著(P0.05),而7/10的选择效应为负值,且第二次收获时地上部枯叶干重的选择效应显著小于0(P0.05)。这些结果表明,群落伴生种溚草混种时选择效应不对基因型多样性正效应起正面作用,而基因型间并不能发挥类似物种多样性间的功能互补,因此仅在1/10指标中得到基因型多样性效应的正效应,显著低于已有的关于物种多样性以及建群种基因型多样性所得结果,这些结果为合理评价退化草原的生态功能提供了新的视角。     

模拟人工湿地中的植物多样性与系统抵抗力

设计模拟人工湿地实验,探究铵干扰下生态系统抵抗力与物种多样性的关系。在90个沙培微宇宙中配置了4个物种丰富度梯度(1、2、3、4),设置了加铵干扰和无干扰2组处理。结果表明:(1)无干扰时植物地上生物量随物种丰富度的增加显著增加,而铵干扰会消解丰富度的正效应;(2)地上生物量对铵干扰的抵抗力与丰富度呈负相关;(3)抵抗力与未干扰的地上生物量负相关;(4)菖蒲(Acorus calamus)在系统中的存在会显著降低系统对铵的抵抗力,其他种无影响。本研究设置了新的干扰类型,拓展了多样性-抵抗力研究。     

第七届全国生物多样性保护和持续利用研讨会会讯

第七届全国生物多样性保护与持续利用研讨会将于2006年8月在吉林省长春市召开。本次会议由国际生物多样性计划中国国家委员会与有关部门和组织共同主办。会议诚邀全国及海内外有识之士,共同研讨全球变化与生物多样性保护及其相关的科学与保护问题。会议主题:(1)全球气候变化与生物多样性保护;(2)全球森林生态系统网络与生物多样性永久监测;(3)生物多样性与生物安全;(4)湿地生物多样性;(5)全球环境变化与可持续发展;(6)生物多样性信息管理与知识传播;(7)生态建设与生物多样性保护;(8)物种濒危机制与保护对策特别专题:(1)生态系统控制实验;(2)…     

生物多样性与生态系统功能:最新的进展与动向

生物多样性与生态系统功能的关系及其内在机制是当前生态学领域的重大科学问题。 2 0 0 2年以来人们不再过多地纠缠于“抽样 -互补之争” ,对这一世纪课题的认识又有了新的进展。 (1)人们开始运用已有的知识揭示更大时间和空间尺度上的物种多样性 -生态系统功能关系。多样性作用机制可能存在着动态变化———“抽样向互补转型” :群落建立初期 ,抽样效应是主要的多样性作用机制 ;随时间推移 ,生态位互补成为主要机制。理论研究则预测 :局域尺度上生态系统功能与物种多样性呈现单峰曲线关系 ,在区域尺度上为单调上升关系 ;(2 )非生物因素与多样性 -生产力的交互关系吸引了许多实验研究。人们发现 :物种多样性 -生产力关系可能会受到资源供给率和环境扰动的修正 ,环境因素可能是多样性 -生产力关系的幕后操纵者 ;(3)人们开始重视营养级相互作用对于多样性 -生态系统功能关系的影响 ,生态位互补和抽样假说开始被扩展运用到消费者营养级上 ;(4 )人们开始认真思考物种共存机制在多样性 -生态系统功能关系的形成中所扮演的角色。理论模型研究表明 ,不同的物种共存机制会导致不同的多样性 -生产力关系     

内蒙古典型草原建群种羊草基因型多样性抑制群落物种多样性的生态功能

植物群落的物种多样性以及群落建群种的基因型多样性对群落生态功能是否存在交互影响已成为群落生态学研究的热点内容。以内蒙古典型草原群落内常见物种为研究对象,研究了群落物种多样性与建群种羊草(Leymus chinensis)基因型多样性及其交互作用对群落生物量生态功能特性的影响。结果表明:(1)羊草基因型多样性、物种多样性及其交互作用对群落地上、地下和总生物量无显著影响(P0.05);(2)羊草基因型多样性、物种多样性及其交互作用对多样性效应(净多样性效应、互补效应和选择效应)有显著影响(P0.05)。羊草基因型多样性抑制多样性净效应的发挥,且主要抑制互补效应;而物种多样性则促进多样性净效应的发挥,主要表现为选择效应对地上生物量的正效应;(3)互补效应对群落生物量多样性净效应起主要贡献。实验所得结果不仅为探讨多样性效应在物种水平以及群落水平上对群落生物量的影响因素提供了重要启示,而且为内蒙古草原种质资源的保护及合理利用,乃至生态系统的恢复和重建提供理论指导。     

几种红树植物模拟湿地系统对污水中重金属的净化效应

在温室中建立无瓣海桑(Sonneratia apetala)、桐花树(Aegiceras corniculatum)、木榄(Bruguiera gymnorrhiza)、秋茄(Kandelia candel)、无瓣海桑+木榄(S.apetala+ B.gymnorrhiza)、无瓣海桑+秋茄(S.apetala+ K.candel)、无瓣海桑+桐花树(S.apetala+ A.corniculatum)等7 种模拟湿地系统, 用正常浓度污水(SW)、5 倍浓度污水(FW)和10 倍浓度污水(TW)3 种人工配制的生活污水分别对7 种模拟湿地系统进行污灌6 个月。结果发现: 7 种人工模拟湿地生态系统对污水中重金属的净化率与红树植物种类以及污水中重金属浓度有关。当灌正常浓度污水时, 7 种人工模拟湿地生态系统对Pb 和Mn 的总净化率以无瓣海桑+秋茄最大, 对Cu 的总净化率以桐花树最大, 对Zn 和 Cd 的总净化率以无瓣海桑+桐花树最大。当灌5 倍浓度污水时, 7 种人工模拟湿地生态系统对Pb 总净化率以无瓣海桑+桐花树最大, 对Cu 和Cd总净化率以无瓣海桑+秋茄最大, 对Zn 和Mn 总净化率以无瓣海桑+木榄最大。当灌10 倍浓度污水时, 7 种人工模拟湿地生态系统对Pb、Mn 的总净化率以无瓣海桑+秋茄最大, 对Cu 的总净化率以秋茄最大, 对Zn 的总净化率以无瓣海桑+木榄最大, 对Cd 总净化率以无瓣海桑最大。重金属有95%以上是积累在土壤中, 表明土壤子系统是人工模拟湿地系统净化的主体。     

中国典型森林生态系统乔木层群落物种多样性的空间分布格局及其影响因素

物种多样性地理分布格局及其成因是生物地理学和宏观生态学研究的核心问题之一,基于中国13个典型森林生态系统乔木层群落植物的调查数据,分析物种多样性随经纬度的变化规律,探讨物种多样性空间分布格局的影响因素。结果表明:(1) 13个典型森林生态系统的4个物种多样性指数均随经纬度上升而下降,其中物种丰富度变化更为显著,而Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数随经度上升变化不显著;(2)相关性分析结果显示,物种多样性指数与植物特性、能量和水分因子的单因素相关关系并不一致。其中,物种丰富度、Shannon-Wiener指数和Simpson指数与年均温、最冷月均温、温度年较差和潜在蒸散量的相关性最显著(P0.01),Pielou指数与年均温、最冷月均温、实际蒸散量、潜在蒸散量和郁闭度有显著相关关系(P0.05);(3)方差分解结果表明,能量和水分的共同作用对物种多样性指数空间分布格局的解释率最高,达到15%—42%;植物特性、能量和水分因子三者共同作用对物种多样性指数空间分布格局解释率次之,为14%—27%;植物特性与能量因子或水分因子两者之间的共同作用以及植物特性和水分因子独立作用对物种多样性指数空间分布格局的解释率较小,其中能量因子对物种多样性指数空间分布格局的单独解释率高于植物特性或水分因子。研究表明能量和水分共同作用是影响大尺度森林乔木层物种多样性空间分布格局形成的主要因素,但植物特性的差异对物种多样性空间分布格局影响也不可忽视。     

皖江湿地及其开垦为稻田后土壤种子库结构比较

运用镜检法对皖江2处天然湿地(十八索和升金湖)及其开垦的稻田表层土壤(0～10cm)种子库物种进行了鉴定,分析天然湿地开垦为稻田后土壤种子库群落结构及多样性的变化.结果表明:天然湿地种子库密度为83499～109141粒·m2,而开垦为稻田30～50年后种子库密度为9140～47452粒·m2;天然湿地的土壤种子库物种数为16～30种,以蓼科-莎草科或莎草科-蓼科为优势种,开垦为稻田后物种数下降为7～16种,且趋向于以禾本科为单一优势种;此外,与十八索湿地相比,升金湖湿地有较高的土壤种子库物种数、丰富度和多样性,而开垦年限为30年的十八索稻田土壤种子库物种数和丰富度显著高于开垦年限为50年的升金湖稻田.湿地开垦为稻田后,土壤种子库密度和物种数的急剧减少,人为管理生态系统生物多样性受到强烈干扰.因此,湿地保护对于维持长江流域的生物多样性及其流域生态功能具有重要意义.     

优势种去除对崇明东滩盐沼湿地生态系统的影响

盐沼生态系统环境梯度明显,物种组成较简单,是研究生物多样性与生态系统功能关系的理想对象。本研究以崇明东滩盐沼湿地为研究区域,研究优势种去除对植物群落结构以及底栖动物群落的影响。结果表明:(1)去除处理仅对植物群落分株密度有极显著效应(P0.01)。去除组和对照组物种组成差异随时间增加而减小,处理效应逐渐减弱。(2)去除组底栖动物密度均低于对照组,但差异不显著。(3)盐沼植物群落特征与底栖动物群落有密切关系,植物密度、冠层高度与底栖动物密度相关性极显著。去除优势种后,植物群落分株密度升高,群落内剩余物种占比有所上升,次优势种对群落的补偿效应具有较大贡献;而底栖动物群落密度下降,其生物量和多样性指数的变化趋势与密度并不一致。上述结果表明生物多样性变化影响了盐沼湿地生态系统植物群落和底栖动物群落结构,进而可能影响物质循环和能量流动过程。     

青藏高原地区不同环境条件下鳞翅目昆虫物种多样性与系统发育多样性的初步研究

本研究以青藏高原鳞翅目蛾类为例,探究不同环境梯度下蛾类群落物种多样性及系统发育多样性,并探讨物种多样性与系统发育多样性、不同的环境因子与蛾类系统发育多样性之间的关系。结果表明:(1)波密的物种多样性和系统发育多样性程度最高;(2)系统发育多样性与物种多样性指数之间存在正相关关系,相关性排序为:物种丰富度(R=0.9740,P=4.30E-05)香农指数(R=0.8323,P=0.0103)Invsimpson指数(R=0.8061,P=0.0156)辛普森指数(R=0.6311,P=0.0933);(3)在21个环境因子中,有4个环境因子与系统发育多样性之间呈现显著相关,分别是最湿润季度的降水量、最热季度的降水量、最湿润月份的降水量和最湿润季度的平均气温,它们可能是影响青藏高原地区蛾类系统发育多样性的关键生态因子。     

山地河流浅滩生境潜流层大型无脊椎动物群落拓殖

通过包埋人工基质法研究大型无脊椎动物在山地河流潜流层中的拓殖过程。结果表明:群落个体密度在7—29 d呈"J"型增长,在29 d后骤然降低,55 d后呈波动趋势;物种丰富度在1—29 d呈增加趋势,29 d后呈波动状态;群落的生物量总体呈增加趋势。群落的物种丰富度、密度和生物量在第29、71和83天时没有显著性差异(P0.05),Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数在第55、71、83天没有显著性差异(P0.05),综合不同拓殖时间段物种的主成分分析,表明潜流层大型无脊椎动物群落在55 d后趋于稳定。群落优势种为摇蚊(Camptochironomus sp.)、河蚬(Corbicula fluminea)、四节蜉(Baetis sp.)、动蜉(Cinygmina sp.)、纹石蛾(Hydropsyche sp.)和扁泥甲科的一种(Psephenidae)。滤食者和收集者在整个拓殖过程中均是优势功能摄食群。群落拓殖过程是一个群落自身恢复能力和外部环境影响相互作用的过程,拓殖初期潜流层的结构是影响着无脊椎动物迁入的主要因素,中期动物的生活史特征起主要作用,稳定期之后群落可能受到各因素的综合影响。     

南京鱼嘴湿地公园植物多样性研究

以南京市鱼嘴湿地公园原生湿地为研究对象, 基于东西向湿地主岸线, 选取10个典型大样方, 运用典型样方法对该区植物群落多样性开展调查, 计算物种重要值、Pielou、Margalef和Shannon-Winner多样性指数等指标。结果表明: (1)本区共有植物24科45属47种, 以禾本科、菊科、豆科为主; (2)芦苇、蒌蒿、水芹、马兰、桑树和泥胡菜等物种重要值较高; (3)Pielou均匀度指数: 草本层>乔木层>灌木层, Margalef丰富度指数: 草本层>乔木层>灌木层, Shannon-Winner多样性指数: 草本层>乔木层>灌木层; (4)草本层均匀度高、物种丰富, 灌木层和乔木层物种稀少且单一、均匀度低、数量偏少、种植集中, 建议未来丰富乔灌植物种类与数量, 优化种植空间结构以丰富四季景观、增强区域生态系统服务功能。