闽江口潮汐沼泽湿地土壤甲烷产生对温度变化的响应

2012年8月,采集闽江口鳝鱼滩3个典型潮汐沼泽植被带0~30 cm土壤样品进行15 d室内厌氧培养实验,通过测定不同培养温度(20、30和40℃)下土壤甲烷产生潜力,探讨了不同沼泽植被带土壤甲烷产生潜力对温度变化的响应,并探讨了温度和植被类型对土壤甲烷产生的影响.结果表明,20℃时短叶茳芏、芦苇和互花米草沼泽湿地土壤甲烷产生潜力均值分别为0.034,0.057和0.608μg·g-1·d-1,30℃时其均值分别为0.127,0.402和0.928μg·g-1·d-1;40℃时其均值分别为0.608,1.144和2.447μg·g-1·d-1.随温度升高,3个沼泽植被带土壤甲烷产生潜力均表现为显著的指数增长趋势,40℃培养条件下的土壤甲烷产生潜力的累积量显著高于20℃和30℃(p0.05);温度升高对外来入侵种互花米草(Spartina alterniflora)沼泽湿地土壤甲烷产生潜力的促进作用最明显;温度和植被类型对河口区潮汐沼泽湿地土壤甲烷产生潜力均具有显著影响(p0.001),且这两个因素之间存在显著的交互效应(p0.001).     

互花米草沼泽湿地产甲烷古菌的多样性及垂向分布

为了深入探究影响河口沼泽湿地甲烷排放空间变异的关键因素,采用PCR-RFLP技术及测序分析对闽江河口互花米草沼泽湿地产甲烷古菌的多样性及垂向分布进行了研究.系统发育分析表明,闽江河口互花米草沼泽湿地产甲烷古菌的多样性划分为3大类群:甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷微菌目(Methanomirobiales)和甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales).在不同的土壤深度,产甲烷古菌的群落结构呈现出空间变异的特征.0~10 cm土层占优势的产甲烷古菌菌属为Methanoregula和Methanobacterium,分别约占46%和43%;10~20 cm土层主要菌属为Methanoregula、Methanobacterium和Methanolobus,分别约占66%、13%和12%,Methanoregula为优势菌属;20~30 cm土层主要菌属为Methanoregula、Methanobacterium和Methanogenium,分别约占65%、11%和12%,Methanoregula为优势菌属.Shannon指数(H')和Simpson多样性指数(D)计算结果表明,10~20 cm土层(H'=2.69,D=0.073)和20~30 cm土层(H'=2.47,D=0.093)产甲烷古菌的多样性明显高于0~10 cm土层(H'=1.60,D=0.292).     

盐城海滨湿地土壤水分空间特征与植被关系研究

在盐城国家级自然保护区内选择研究断面,进行野外监测,运用统计分析的方法,分析了盐城海滨湿土壤水分与植被的关系.结果表明:(1)自然条件下,从芦苇沼泽到米草沼泽,土壤水分呈明显的增加趋势,0~10 cm土层平均含水量从35.98%增加到46.10%;10~20 cm土层平均含水量从37.93%增加到44.80%;20~30 cm土层平均含水量从38.12%增加到46.84%.(2)人为影响下,土壤含水量在整体上表现出从陆地到海洋,先降低后增加的趋势.(3)在植被交错带,米草土壤含水量与斑块大小密切相关,随着斑块面积的增加而增加;芦苇土壤含水量与距海堤距离密切相关,对着距离的增加而增加.     

七星河湿地氨氧化古菌多样性和丰度及其与环境因子的相关性分析

以典型东北寒温带沼泽湿地——七星河湿地中芦苇和小叶樟植被下不同深度土壤中氨氧化古菌(Ammonia-Oxidizing Archaea,AOA)为研究对象,以编码氨氧化作用关键酶——氨单加氧酶(AMO)的amo A基因为分子标记,通过构建克隆文库和生物信息学方法分析数据,考察了不同植被环境中AOA多样性和丰度的垂直分布规律,及其与环境因子的相关性.研究结果表明,小叶樟植被土壤中AOA amo A基因多样性显著高于芦苇植被土壤中amo A基因多样性,芦苇植被土壤中AOA amo A基因多样性在深度为40~60 cm土层中最高,AOA多样性与NH+4-N、NO-3-N含量呈正相关;小叶樟植被土壤中AOA amo A基因多样性在深度为20~40 cm土层中最高,AOA多样性与NH+4-N、NO-3-N含量呈正相关.芦苇植被土壤中AOA丰度最低值出现于0~20 cm土层中,到20~40 cm土层中出现最高值,随着深度增加AOA丰度下降,AOA丰度则与NO-2-N含量呈正相关.小叶樟植被土壤中AOA丰度变化趋势与芦苇不同,最高值出现于0~20 cm土层中,随着土层深度增加AOA丰度下降,到40~60 cm出现最低值,AOA丰度与NO-2-N、TOC含量呈正相关.两种植被土壤中AOA丰度均在60~90 cm处有升高趋势.芦苇植被土壤中AOA丰度约是小叶樟植被土壤中AOA丰度的1.49倍.以上结果为湿地AOA生态功能及分布模式的研究提供基础数据,对全球氮循环的研究提供补充.     

三江平原泥炭沼泽孔隙水甲烷浓度变化动态及其影响因子

湿地土壤孔隙水甲烷浓度变化动态对于揭示湿地碳循环过程具有重要作用.于2012年和2013年对三江平原毛苔草泥炭沼泽不同土壤深度孔隙水甲烷浓度的季节变化动态进行监测,并分析了其关键影响因子.结果表明:植物生长季孔隙水甲烷浓度呈单峰变化趋势,不同土层甲烷浓度峰值(80.45~490.95μmol·L-1)主要集中在湿润的生长季末,但年际间存在显著差异;从土壤剖面来看,土壤融通之后,孔隙水中甲烷浓度随着土壤深度的增加而增加;土壤表层(5 cm和10 cm)甲烷浓度主要受到株高(R2=0.6,p=0.005)和土壤充水孔隙率(R2=0.36,p=0.01)的影响,而深层(20~40 cm)甲烷浓度主要受到土壤温度等因素的综合影响.研究还表明,表层土壤孔隙水甲烷浓度能够解释生长季甲烷排放通量变化的26%~60%,而且短期的极端降雨事件可能不会对甲烷浓度以及甲烷排放产生即时影响,而是出现大约一周的延迟(time lag)现象,这主要取决于实际土壤湿度.     

尕海湿地植被退化过程中有机碳及相关土壤酶活性变化特征

以青藏高原东缘尕海湿地不同植被退化程度样地为研究对象,采用定位研究与室内试验相结合的方法,研究植被退化过程对土壤有机碳和土壤酶活性的影响。结果表明：植被退化显著影响土壤有机碳含量和土壤酶活性,降低了土壤有机碳的含量和酶促反应效率,且这种影响随土层深度变化有所不同。四种植被退化阶段有机碳含量和酶活性均值总体上（0~100 cm）表现为未退化>轻度退化>中度退化>重度退化。不同土层中,20~40 cm土层的有机碳含量中度退化>轻度退化;0~10 cm土层中淀粉酶和纤二糖酶中度退化阶段活性值较高;20~100 cm土层中蔗糖酶重度退化阶段活性值最高,纤二糖酶活性重度退化>中度退化。同一退化程度土壤有机碳含量、蔗糖酶和纤二糖酶活性随土层深度增加显著降低（P<0.05）;淀粉酶和纤维素酶活性在>40 cm土层中活性值有所上升,整体呈波动下降趋势。     

三峡库区城乡消落带人工植被恢复土壤放线菌多样性特征

为研究人工植被恢复后消落带土壤放线菌群落多样性特征,以三峡库区典型城市消落带重庆江北嘴大剧院消落带和乡村消落带忠县汝溪河流域消落带为研究区域,于2015年6月原位采集0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm土壤,利用限制性末端长度多态性(terminal restriction fragment length polymorphism,T-RFLP)方法,对消落带人工恢复植被土壤不同土层的放线菌群落多样性进行研究.结果发现:(1)三峡库区城乡消落带人工植被恢复后的土壤放线菌多样性有差异,表现为城市消落带土壤放线菌多样性高于乡村消落带土壤(P0.05),特别是在表层土壤.(2)在城乡消落带中,林地土壤放线菌多样性高于草地,且在土层之间放线菌多样性无显著性差异.(3)三峡库区城乡消落带人工植被恢复后的土壤放线菌优势种有差异.(4)冗余分析(redundancy analysis,RDA)和蒙特卡罗置换检验(Monte-Carlo permutation test)表明,城市消落带中含水量、速效氮含量显著影响放线菌群落多样性;乡村消落带中土壤含水量、有机质、速效氮和速效钾含量显著影响放线菌群落多样性.结论表明在消落带人工植被修复后,城市消落带土壤放线菌多样性均高于乡村消落带,这有可能是人为干扰和土壤养分增加所致.     

垄作秸秆覆盖下西南地区蚕豆田土壤呼吸与有机碳特征

土壤呼吸是土壤有机碳库输出的主要途径,为探讨垄作和不同秸秆覆盖量对旱三熟蚕豆田土壤呼吸及有机碳特征的影响,测定了平作无覆盖(T)、垄作无覆盖(R)、垄作+半量覆盖(RS1)、垄作+全量覆盖(RS2)这4个处理下的西南紫色土丘陵区蚕豆/玉米/甘薯旱三熟体系中蚕豆田土壤呼吸及有机碳变化,分析了土壤温度和水分与土壤呼吸的关系.结果表明,蚕豆生长季节农田土壤呼吸随作物生长一致,呈先增加后减弱的变化趋势,全生育期平均土壤呼吸速率差异显著,表现为RS2RS1TR,分别为3.365、2.935、2.683、2.263 g·(m~2·d)~(-1).垄作显著降低了蚕豆农田土壤呼吸速率,而秸秆覆盖显著提高土壤呼吸速率,且随着覆盖量的增加而增加.土壤呼吸速率随土壤温度(5 cm和10 cm)呈指数型增长,10 cm处的回归模型明显好于5 cm.10 cm土层Q10值表现为RS2RS1RT,分别为1.751、1.665、1.616、1.35.垄作和秸秆覆盖下土壤温度、水分与土壤呼吸速率的混合指数模型可以解释土壤呼吸速率变异的68%(R)、79%(RS1)和76%(RS2).垄作和秸秆覆盖下0~5 cm、5~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土层土壤有机碳含量均得到不同程度的提高,且随着覆盖量的增加而增加,其中5~10 cm、10~20 cm土层表现为RS2RS1RT,差异达显著水平,且5~10 cm土层有机碳含量增幅最大;但垄作和秸秆覆盖仅显著提高了颗粒有机碳0~30 cm加权平均值,对颗粒有机碳占土壤有机碳比例的影响效应不显著.     

闽江口半咸水沼泽湿地土壤甲烷产生过程及硫酸盐还原对其抑制作用研究

甲烷产生和硫酸盐还原是湿地土壤有机物在厌氧条件下碳矿化的两个重要过程,硫酸盐还原对甲烷产生具有明显的抑制作用.本文以闽江口鳝鱼滩半咸水短叶茳芏沼泽湿地为研究对象,通过室内厌氧培养测定了土壤甲烷产生速率、硫酸盐还原对甲烷产生的抑制速率以及研究其抑制率的垂直分布和季节动态,并运用地统计方法量化了土壤甲烷产生速率、硫酸盐还原对甲烷产生的抑制速率的水平空间格局.短叶茳芏沼泽湿地100 cm深度土壤甲烷产生速率年均值为(0.67±0.33)μg·d-1·g-1(dry weight,dw)硫酸盐还原对甲烷产生的抑制速率均值为(0.87±0.55)μg·d-1·g-1(dw).年尺度上,土壤深度对于甲烷产生速率具有显著的影响(p=0.007),而硫酸盐还原抑制对甲烷产生的抑制速率在不同土壤深度则无显著差异(p=0.472),硫酸盐还原对甲烷产生的抑制率范围为62.6%~66.3%;在100 m2空间范围和1m2空间分辨率情景下,甲烷产生速率及硫酸盐还原对甲烷产生抑制速率的变异系数均超过100%,表现出极强的空间变异性;同时,甲烷产生速率、硫酸盐还原对甲烷产生的抑制速率的块金效应值分别为0.85和0.95,表明空间自相关性极弱.     

河口沼泽湿地转化为养虾塘对土壤胞外酶活性及CO2和CH4产生潜力的影响

揭示河口沼泽湿地围垦为水产养殖塘对土壤胞外酶活性和含碳温室气体产生的影响,可为评估土地利用/覆盖变化对滨海蓝碳湿地生态系统碳循环的影响提供科学依据.以闽江河口为研究区,对芦苇(Phragmites australis)湿地、短叶茳芏(Cyperus malaccensis)湿地和互花米草(Spartina alterniflora)湿地土壤(0～30 cm)和由其围垦成的养虾塘沉积物(0～30 cm)进行配对采集.通过室内厌氧培养实验,测定沼泽湿地土壤及由其围垦成的养虾塘沉积物的土壤胞外酶活性和CO₂、CH₄产生潜力.与河口沼泽湿地0～30 cm深度土壤相比,养虾塘0～30 cm深度沉积物4种土壤胞外酶活性均值降低27.3%.河口沼泽湿地转化为养虾塘后含碳温室气体产生潜力发生显著变化,芦苇沼泽、短叶茳芏沼泽、互花米草沼泽围垦成养虾塘后CO₂产生潜力分别增加5.1%、38.5%、38.8%,CH₄产生潜力分别降低24.9%、11.1%、21.1%,有机碳厌氧矿化速率分别增加4.9%、38.6%、38....     

滇西北纳帕海高原湿地区域退化草甸土壤有机碳含量特征

为了解气候变化和人类活动双重影响下纳帕海高原湿地区域有机碳含量特征,采用空间格网状抽样调查方法,对区域内退化系列下湿地草甸w（SOC）（SOC为土壤有机碳）特征进行研究.结果表明:① 随着草甸的退化及土壤深度的增加,土壤含水量呈下降趋势,土壤容重呈增加趋势;② 从无退化草甸到重度退化草甸,植被地上生物量从321.4 g/m2降至142.1 g/m2;③ 在地表至地下50 cm深度范围内,从无退化到重度退化草甸,w（SOC）分别为28.21、20.59、18.01、14.81 g/kg,湿地草甸退化导致w（SOC）下降了近50%,ρ（SOC）从40.92 kg/m3降至25.23 kg/m3;④ 狼毒草甸的w（SOC）、ρ（SOC）等均表现出相对较高的水平,仅次于无退化样地;⑤ w（SOC）与土壤含水量呈显著正相关（P < 0.05）、与土壤容重呈显著负相关（P < 0.01）.湿地草甸植被退化所形成的地上植被盖度及生物量的下降,以及土壤含水量的下降和土壤容重的增加,最终导致近50%左右的w（SOC）发生流失;此外,若从同类研究中季节性淹水的沼泽或沼泽化草甸转变为该研究中常年出露于水面的草甸景观后,在20 cm土壤深度内将导致45%以上的w（SOC）损失.      

垦殖对湿地土壤有机碳垂直分布及可溶性有机碳截留的影响

通过测定和计算兴凯湖地区沼泽湿地及由其垦殖而来的旱田和水田土壤剖面有机碳含量和密度及土壤剖面不同深度土壤溶液中可溶性有机碳含量,分析了垦殖对兴凯湖周边沼泽湿地土壤有机碳垂直分布及土壤剖面截留可溶性有机碳的影响.结果表明,垦殖显著影响湿地0～40 cm土壤有机碳含量,大豆田和水稻田0～10、10～20、20～30、30～40 cm土壤有机碳含量与湿地相比分别降低了79.07%和82.01%、79.01%和82.28%、79.86%和92.90%、37.49%和78.05%;40 cm以下土层土壤有机碳含量垦殖前后差异不显著.大豆田和水稻田有机碳密度相比沼泽湿地分别降低了25.50%和47.35%,但三者1 m深土壤中大部分的有机碳均是储存在0～50 cm土层中.垦殖前后土壤有机碳含量与深度之间的关系均可用指数函数来描述,垦殖改变了土壤有机碳含量但并未改变其随土壤深度的变化规律.垦殖为大豆田土壤剖面对可溶性有机碳的截留效果较湿地和水稻田更明显,沼泽湿地和水稻田对可溶性有机碳的截留效果大致相当.     

地下水位和土壤温度对若尔盖泥炭地CH4排放的影响

为了深入分析环境因子对湿地CH₄排放产生的影响,利用中型试验生态系对若尔盖典型泥炭地开展地下水位和土壤温度控制试验,比较不同条件下泥炭地2012年生长季(5—10月)CH₄排放通量的月变化情况. 结果表明:高水位(土壤表面0 cm)下CH₄排放通量最高,中水位(地表以下10 cm)下次之,低水位(地表以下20 cm)下最低;其中,10月CH₄排放通量变化不明显,不同地下水位下泥炭地的CH₄排放通量均在7月达到最大值,并且均呈明显的单峰曲线,高、中、低地下水位下CH₄排放通量平均值分别为6.263 3、4.754 4和3.949 8 mg/(m2·h). 而且,在一定温度范围内,不同地下水位条件下CH₄排放通量随土壤温度的升高均呈指数式增长. 其中,高水位下CH₄排放通量对土壤温度变化最为敏感,中水位下次之,低水位下相对最不敏感. 研究显示,若尔盖泥炭地CH₄排放通量表现出明显的季节性变化差异,并且季节性升温和涨水均会促进CH₄排放通量的增加.      

半干旱区湿地地下水埋深对芦苇SPAC系统水分运移耗散的影响

准确把握土壤-植被-大气系统（简称"SPAC"）中水分的运输和耗散规律是区域水资源可持续管理的重要前提。以白洋淀湿地为研究区,结合现场实测和模型模拟方法,探讨台田地下水埋深变化对芦苇SPAC系统中的水分运移耗散影响。结果表明:1）随着地下水埋深的增加,芦苇蒸散发（ET_a）开始下降,ET_a下降的地下水埋深阈值在100 cm左右;随着地下水埋深的降低,生长季0~120 cm土壤剖面由水分亏损转为盈余,亏盈转换的地下水埋深阈值在60 cm左右,并且亏损量与地下水埋深呈正相关。2）相同的地下水埋深变化对不同月的土壤水分储量、蒸散发的影响程度均存在差异,其中6月影响程度最高。在对白洋淀进行生态补水时,应避免在汛期前的春季进行大量的生态补水,可以优先考虑在生长末期的秋冬季来进行生态补水。3）综合考虑植被生长需求和生态节水,白洋淀芦苇最优的地下水埋深区间在110~150 cm,此时生长季内芦苇蒸散发具有10%~20%的节水潜力。     

三江平原不同类型小叶章湿地土壤细菌群落功能多样性

为全面了解三江平原小叶章湿地土壤细菌功能多样性的变化规律,采用Biolog-ECO微平板法对三江平原内不同类型小叶章湿地(草甸化小叶章湿地、沼泽化草甸小叶章湿地和沼泽化小叶章湿地)的土壤细菌群落功能多样性变化规律和特点进行分析.结果表明:不同类型小叶章湿地土壤理化性质差异显著(P<0.05).土壤细菌群落平均颜色变化率(AWCD)随培养时间的延长而增加,不同类型湿地土壤细菌群落代谢活性表现为草甸化小叶章湿地>沼泽化草甸小叶章湿地>沼泽化小叶章湿地;土壤细菌群落多样性之间差异显著(P<0.05),草甸小叶章湿地土壤微生物的Shannon-Wiener多样性指数和McIntosh指数最高,分别为3.30和64.03;沼泽化草甸小叶章湿地次之,分别为3.23和60.63;沼泽化小叶章湿地最低,分别为3.19和54.21.Shannon-Wiener多样性指数和McIntosh指数与平均颜色变化率变化规律一致,说明土壤细菌群落结构受到土壤理化性质的影响,并且随着土壤含水量的升高,土壤细菌群落的平均颜色变化率和多样性均呈下降趋势.土壤细菌群落对不同碳源的利用强度上存在明显差异,其中对碳水化合物类、氨基酸类碳源的利用强度差异不大(P>0.05),但是对羧酸类、胺类、酚酸类、多聚物类碳源的利用强度差异显著(P<0.05).主成分分析(PCA)表明,两个主成分累计贡献率为80%,能够很好地解释不同湿地土壤细菌在碳源利用上有明显的空间分异这一现象.碳水化合物类碳源对土壤细菌群落多样性的影响最高,其次是氨基酸类和羧酸类碳源.研究显示,土壤理化性质及植被群落组成是影响小叶章湿地土壤细菌群落组成和功能活性的重要因素.      

黄土高原延河流域不同植被类型下土壤生态化学计量学特征

植被类型对黄土高原土壤质量的改善具有重要的作用,而土壤碳、氮、磷生态化学计量比是体现生态系统变化过程的重要依据。研究森林、森林草原、草原植被类型对土壤碳、氮、磷含量及其生态化学计量学特征的影响,对于深入认识黄土高原植被恢复对土壤质量的改良、完善生态化学计量学理论和准确评价植被恢复的生态环境效益具有重要的现实意义。延河流域是黄河的一级支流,自然环境脆弱,植被破坏和土壤侵蚀严重,因此,论文选取延河流域为研究对象,分析不同植被类型对土壤碳、氮、磷养分和生态化学计量学特征的影响。结果表明：3种植被带下,表层土壤有机碳、全氮含量显著高于下层土壤,森林带>森林草原带>草原带;森林草原带、草原带下土壤全磷含量在两层土壤中差异不显著,森林植被对土壤碳、氮、磷具有显著的累积作用,对于提高土壤碳、氮、磷含量具有重要的意义。土壤C∶N在3种植被带下较为稳定,土壤有机碳与全氮存在极显著的正相关关系（P<0.01）;土壤C∶P、N∶P受植被类型的影响较大,森林带显著高于森林草原带和草原带,土壤C∶P、N∶P和C∶N之间存在极显著的正相关关系（P<0.01）。总体来说,植被恢复对土壤质量的改善作用明显,森林植被对该区土壤碳、氮、磷等养分含量的累积作用较好,森林植被具有较大的N∶P,其植被生长主要受P含量的限制;草原植被与森林草原植被N∶P比较低,其植被生长主要受N含量的限制。     

不同水分条件沼泽湿地土壤轻组有机碳与微生物活性动态

通过野外实验与室内分析,对三江平原生长季内毛果苔草(Carex lasiocapa)沼泽湿地生物量及0~20cm土壤不同有机碳组分进行观测,分析了不同水分条件下毛果苔草湿地土壤轻组有机碳(LFOC)与微生物量碳(MBC)的变化动态.结果表明,随水位增加毛果苔草群落地上生物量积累明显,与10~20cm积水条件相比,17~30cm水位状况下湿地土壤具有较高的轻组有机质含量与比例.生长季初期冻融过程提高了土壤轻组分(LF)有机碳含量与LFOC含量,之后随植物生长毛果苔草沼泽湿地土壤重组有机碳(HFOC)含量增长快于LFOC,说明毛果苔草沼泽湿地土壤具有较高的重组有机质持有能力.此外不同水位条件下毛果苔草沼泽湿地微生物活性受到土壤有机碳含量影响不同,低水位条件下微生物量碳与SOC呈显著正相关关系(R2=0.859),17~30cm水位条件下二者关系不显著,并且高水位毛果苔草沼泽湿地具有较低的MBC与微生物熵,表明该条件下土壤碳库具有较高的稳定性.