氮输入对沼泽湿地碳平衡的影响

以小叶章沼泽化草甸为对象,利用静态箱-气相色谱法,在三江平原进行野外原位试验,研究氮输入对沼泽湿地碳平衡及其各分量的影响.氮素输入后,沼泽湿地生态系统总初级生产力提高,生物量增大,分别比对照处理增加了10%和26.8%.同时,CH₄和生态系统呼吸CO₂排放量提高,而生态系统CO₂净交换(NEE)和净碳(CO₂和CH₄都转化成对应的碳)交换降低,CO₂、CH₄和NEE的季节变化动态未改变.2004年整个生长季氮输入处理的CO₂和CH₄排放量分别比对照处理升高了34%和145%,NEE和净碳交换分别降低了70%和81.6%,但整个生长季2个处理仍然表现为碳的净吸收.氮输入没有改变沼泽湿地碳“汇”的功能,只是减弱了其作为碳“汇”的功能.     

闽江河口芦苇和短叶茳芏空间扩展对湿地植物-土壤系统氮分布及转运特征的影响

选取闽江河口鳝鱼滩芦苇湿地、短叶茳芏湿地及二者空间扩展过程中形成的交错带湿地为研究对象,探讨了空间扩展影响下湿地植物-土壤系统氮分布、转运特征及其影响因素.结果表明,空间扩展影响下交错带湿地土壤氮含量发生了较大改变,其全氮（TN）、铵态氮（NH₄⁺-N）含量相比芦苇湿地分别降低了15.52%和6.08%,但相比短叶茳芏湿地分别增加了20.61%和4.33%;其硝态氮（NO₃^--N）含量相比芦苇湿地及短叶茳芏湿地分别降低了5.79%和13.84%.空间扩展主要通过改变植物生态特征、土壤EC及其颗粒组成而对湿地土壤氮的空间分布产生影响.空间扩展影响下湿地植物不同器官的TN含量亦发生了明显变化.相对于空间扩展前的纯群落,空间扩展后交错带芦苇和交错带短叶茳芏各器官的TN含量均明显增加;同时,在空间扩展后的交错带群落中,短叶茳芏各器官的TN含量均高于芦苇,前者主要与交错带植被对悬浮颗粒物拦截作用增强从而导致更多养分输入有关,后者主要与交错带短叶茳芏和芦苇对氮养分吸收与转运能力的差异有关.研究发现,相较于 短叶茳芏,空间扩展过程中的芦苇无论在氮养分吸收利用还是在向地上转运氮养分方面均处于明显优势,而这可能是导致短叶茳芏生态空间逐步被芦苇占据的一个重要因素.     

互花米草入侵对闽江河口湿地土壤碳、氮、磷及CH4和CO2排放的影响

植物入侵是河口湿地土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）循环的主要驱动因素.为了探讨福建闽江河口互花米草入侵短叶茳芏湿地对碳输入和 碳排放的影响,对土壤C、N、P含量和储量及CH₄和CO₂排放进行了测定与分析.结果表明：①互花米草入侵短叶茳芏湿地显著增加了0~60 cm土壤C、N含量和0~15 cm土壤P含量（p<0.05）.②互花米草入侵短叶茳芏湿地后,0~60 cm土壤C、N、P储量分别增加了16%、46%、26%（p<0.05）.③互花米草入侵短叶茳芏湿地后,0~15 cm和15~30 cm土壤C/N显著降低了33%和24%,15~30 cm土壤C/P降低了31%（p<0.05）.④互花米草入侵短叶茳芏湿地显著增加了CH₄和CO₂平均和累积排放（p<0.05）.⑤土壤C、N、P与土壤CO₂和CH₄排放呈显著正相关（p<0.05,p<0.01）,微生物生物量碳（MBC）与土壤CH₄排放呈显著正相关（p<0.01）,土壤C/N与土壤CH₄排放呈显著负相关（p<0.05）.综合来看,互花米草入侵闽江 河口短叶茳芏湿地增强了土壤C、N、P的固持和CH₄、CO₂的排放,并受到生态化学计量比的调节.本研究拓展了对植物入侵情形下河口湿地 生物地球化学循环的认知.     

恒定和波动盐度增加对河口淡水感潮湿地间隙水溶解性甲烷和间隙水化学特征的影响

以闽江河口区塔礁洲河岸分布的短叶茳芏(Cyperus malaccensis)淡水感潮沼泽湿地及其比邻的光滩为研究对象,通过采集土芯和土壤-植物连续体,构建中型生态系统(Mesocosm),并2016年12月—2017年10月模拟持续恒定盐度增加及波动短期盐度增加两种情景,测定间隙水溶解性甲烷(CH_4)浓度及其它理化因子,探讨持续恒定和短期波动盐度增加对河口淡水感潮湿地间隙水溶解性CH_4浓度的影响.结果表明:①2种处理均显著抑制了短叶茳芏沼泽及光滩湿地间隙水溶解性CH_4浓度,波动盐度对于短叶茳芏湿地间隙水溶解性CH_4浓度的抑制效果明显高于光滩;②恒定盐度及波动盐度增加主要通过提高间隙水SO_4~(2-)、Cl~-、NH~+_4-N和TN浓度,降低间隙水pH值,抑制间隙水溶解性CH_4浓度;③短叶茳芏沼泽间隙水溶解性CH_4浓度受间隙水pH值影响最为显著,而光滩间隙水溶解性CH_4浓度则受间隙水NH~+_4-N浓度及气温影响显著.研究表明,未来盐水入侵情景下,河口淡水感潮湿地间隙水溶解性CH_4浓度将下降,且在盐度短期增加情景下,河口淡水感潮沼泽湿地间隙水溶解性CH_4浓度下降幅度大于光滩湿地.     

闽江河口短叶茳芏湿地及其围垦的养虾塘CH4排放通量的比较

以闽江河口鳝鱼滩的短叶茳芏湿地及由其围垦而成的养虾塘为研究对象,2016年5月—2017年3月,分别采用静态箱-气相色谱法和悬浮箱/静态箱-气相色谱法对短叶茳芏湿地和养虾塘白天CH_4排放通量进行观测,并同步测定短叶茳芏湿地和养虾塘水体/沉积物理化指标.观测期间短叶茳芏湿地和养虾塘均表现为大气中CH_4的排放源,释放量变化范围分别为1.09~38.38 mg·m~(-2)·h~(-1)和0.01~65.38 mg·m~(-2)·h~(-1),均值分别为(11.67±1.99)mg·m~(-2)·h~(-1)和(18.69±4.84)mg·m~(-2)·h~(-1),重复测量方差分析统计结果表明:虽然在整个观测时间尺度上,养虾塘CH_4排放通量与短叶茳芏湿地无显著性差异(p0.05),但是在养殖期养虾塘CH_4排放通量显著高于同期短叶茳芏湿地(p0.05),增加了68.0%.短叶茳芏湿地CH_4排放通量与沉积物温度、间隙水总磷含量呈显著正相关关系(p0.01),养虾塘水-气界面CH_4排放通量与养殖水水深呈显著负相关关系(p0.01).亚热带河口感潮沼泽湿地围垦成为陆基养虾塘后增加了CH_4排放通量.     

河口盐度梯度下短叶茳芏沼泽湿地土壤间隙水溶解性甲烷时空特征

以闽江口短叶茳芏沼泽湿地为研究对象,沿半咸水至淡水的盐度梯度采集土壤样品,测定分析样品间隙水溶解性CH4浓度及其主要理化指标,探讨了河口沼泽湿地间隙水溶解性CH4浓度的时空特征及其影响因子.结果表明:1夏季鳝鱼滩、蝙蝠洲和下洋洲湿地间隙水CH4浓度均值分别为331.18、299.94和638.58μmol·L-1,冬季均值分别为9.04、266.67和322.68μmol·L-1,呈现夏季显著高于冬季的时间动态特征(P0.05);2沿半咸水至淡水的盐度梯度,间隙水溶解性CH4浓度呈现递增的空间分布特征;3土壤间隙水CH4浓度与土温、DOC呈显著正相关关系,与土壤p H、盐分和间隙水SO2-4、Cl-浓度呈显著(P0.05)或极显著负相关关系(P0.01),河口盐度梯度下短叶茳芏沼泽湿地间隙水CH4浓度时空特征是土壤理化性质和潮汐等综合作用的结果.     

地膜覆盖和施氮对菜地CO2通量的影响

为了探讨地膜覆盖和不同施氮处理对菜地生态系统CO₂净交换通量（Net CO₂ Ecosystem Exchange,简称NEE）、生态系统呼吸通量（Ecosystem Respiration,简称ER）及总初级生产力（Gross Primary Productivity,简称GPP）的影响,以辣椒-萝卜轮作菜地为研究对象,采用静态明/暗箱-气相色谱法,进行了为期1 a（2014年5月-2015年4月）的田间原位观测.试验设置8个处理,分别为常规无氮（CN0）、覆膜无氮（MN0）、常规低氮（CN1）、覆膜低氮（MN1）、常规中氮（CN2）、覆膜中氮（MN2）、常规高氮（CN3）、覆膜高氮（MN3）.结果表明,辣椒季累积NEE最大值分别为CN3和MN3处理下的-30.96和-29.83 t·hm^-2,累积ER排放量最大值分别为CN1和MN1处理下的40.18和39.16 t·hm^-2,累积GPP最大值分别为CN3和MN3处理下的70.60和68.61 t·hm^-2;萝卜季累积NEE最大值分别为CN3和MN3处理下的-22.25和-24.88 t·hm^-2,累积ER排放量最大值分别为CN2和MN2处理下的17.00和19.43 t·hm^-2,累积GPP最大值分别为CN3和MN3处理下的37.92和43.80 t·hm^-2.在两个生长季中,覆膜及覆膜和施氮的交互作用只对辣椒季中ER有显著影响,对于NEE和GPP均无显著影响（p>0.05）;施氮显著提高了菜地生态系统NEE和GPP而降低了辣椒季ER（p<0.05）,并且这种增加或降低效应随着施氮量的提高而逐渐增强.本研究中菜地呈现碳汇并随着施氮水平的提高碳汇逐渐增强,而覆膜对CO₂固定无显著影响,表明常规高氮的农田管理措施能够提高西南地区代表性的辣椒-萝卜轮作菜地的固碳潜力,对该地区农田生态系统碳的源/汇功能具有一定的参考意义.     

沼泽湿地生态系统土壤CO2和CH4排放动态及影响因素

湿地在全球陆地生态系统碳循环中具有重要的作用,沼泽湿地温室气体排放特别是CO₂和CH₄排放具有明显的时空变化特征.沼泽湿地CO₂和CH₄的产生和排放与土壤有机碳、溶解有机碳及氮素含量有密切关系,同时受土壤温度和水文条件的影响.三江平原沼泽湿地土壤中CO₂和CH₄具有较高的浓度值,浓集中心位于植物根层(10～35cm), 9月下旬到10月中旬沼泽湿地植物地上部分枯死后,土壤中CH₄和CO₂浓度有阶段性增加的趋势,且土壤中CO₂与CH₄间呈显著正相关关系.沼泽湿地生态系统呼吸及土壤呼吸对CH₄排放通量也有较大的影响,二者间呈显著正相关关系.     

河口潮滩湿地CH4、CO2排放通量对氮硫负荷增强的响应

以闽江河口区高、中潮滩短叶茳芏湿地为研究对象,于2014年6—11月植物生长季进行氮硫负荷增强实验,利用静态箱-气象色谱法测定土壤CH_4、CO_2排放通量,并同步观测相关环境因子.结果表明,氮硫负荷增强对潮滩湿地CH_4、CO_2排放通量的影响不尽一致.与对照相比,NH_4~+-N输入使高、中潮滩CH4排放通量分别提高了(107.53%,7.19%),使高潮滩CO_2排放通量增加了3.39%,中潮滩减少了3.00%;NO_3~--N输入使高潮滩CH4、CO_2排放通量分别增加了(29.99%,16.99%),使中潮滩分别减少了(3.45%,4.77%);SO_4~(2-)-S输入使高、中潮滩CH4排放通量分别减少了(8.99%,7.67%),使高潮滩CO_2排放通量减少了3.87%,中潮滩增加了5.44%;N-S复合输入使高、中潮滩CH4排放通量分别提高了(72.48%,25.66%),CO_2排放通量提高了(13.32%,13.48%).氮硫负荷增强改变了短叶茳芏沼泽生长季CH_4、CO_2排放通量变化规律,但除了NH+4-N处理对高潮滩CH4通量的影响显著外,其他处理影响均未达到显著性水平.相关分析显示,高、中潮滩湿地CH_4、CO_2排放通量与土壤温度,含水率具有显著的正线性相关关系,与土壤电导率相关性不显著.在全球环境问题日益严重背景下,系统研究湿地生态系统温室气体排放的机制与规律,对于准确估算全球温室气体排放量具有重要而直接的意义.     

亚热带河口潮滩湿地N2O排放对氮硫增强输入的响应

以亚热带区域闽江河口短叶茳芏中、高潮滩湿地为研究对象,于2014年7月至11月进行氮硫增强输入的实验,利用静态箱-气相色谱法测定潮滩湿地中N_2O排放通量,并同步测量相关的环境因子.结果显示,不同潮滩湿地N_2O排放通量对氮硫增强输入的响应存在差异,但总体上看均促进了N_2O的排放.与对照相比,NH_4~+-N输入使中、高潮滩排放通量分别提高了157.97%和236.36%;NO_3~--N输入使中潮滩提高了60.95%,而使高潮滩N_2O排放通量提高了246.77%;SO_4~(2-)-S输入分别使中、高潮滩N_2O通量提高50.68%和87.17%;而N-S复合输入则使中、高潮滩N_2O通量分别增加了84.20%和117.79%.不同的处理组对中、高潮滩的N_2O排放通量的促进作用分别表现为:NH_4~+-NN-SNO_3~--NSO_4~(2-)-S及NO_3~--NNH_4~+-NN-SSO_4~(2-)-S.氮硫增强输入改变了短叶茳芏潮滩湿地N_2O排放通量的变化规律,但除了NH_4~+-N处理对高潮滩N_2O排放通量的影响显著外,其他处理组的影响均未达到显著性水平.中、高潮滩湿地N_2O的排放通量与沉积物温度、含水率具有显著的相关关系,而与电导率相关性不显著.随着全球环境问题的日益严重,系统研究湿地生态系统N_2O排放的机制与规律,对于科学准确的估算全球温室气体排放量具有重要的意义.     

闽江河口互花米草与短叶茳芏湿地土壤无机硫形态分布特征及其影响因素

选择闽江口鳝鱼滩不同淹水环境下两条样带(A样带,远离主潮沟且退潮后无积水;B样带,靠近主潮沟且退潮后有积水)上的短叶茳芏湿地和已被互花米草入侵(入侵前为短叶茳芏湿地)的互花米草湿地为研究对象,探讨不同类型湿地土壤无机硫赋存形态的分布特征及其主控因素.结果表明,B样带上互花米草湿地和短叶茳芏湿地土壤中的水溶性硫(H_2O-S)和吸附性硫(Adsorbed-S)含量总体上低于A样带,而盐酸可溶性硫(HCl-Soluble-S)和盐酸挥发性硫(HCl-Volatile-S)含量则高于A样带.短叶茳芏湿地和互米草湿地土壤中不同形态无机硫的含量在两条样带上整体均表现为HCl-Soluble-SH_2O-SAdsorbed-SHCl-Volatile-S,且二者的总无机硫含量分别占其TS含量的9.02%~15.50%和8.04%~12.73%.与短叶茳芏湿地相比,互花米草入侵分别使A样带土壤中H_2O-S、Adsorbed-S、HCl-Soluble-S、HCl-Volatile-S和总无机硫含量减少了35.2%、36.4%、16.8%、1.8%和26.12%;但使B样带表层土壤的总无机硫含量及0~20 cm土层的HCl-Soluble-S和HCl-Volatile-S含量分别增加了8.34%、15.34%和5.71%.研究发现,非长期淹水条件下,互花米草入侵后可降低湿地土壤有效硫的供给能力;长期淹水条件下,互花米草入侵可通过提高土壤中HCl-Soluble-S的含量增加金属硫化物沉淀,而挥发性硫含量的同步增加则可能对植被生长(特别是根系发育)产生不利影响.     

氮输入和水淹对闽江河口短叶茳芏光合特性的影响

由于人类活动导致的外源氮(N)输入增加强烈影响着河口湿地生态系统.本研究采用中型生态系方法,以闽江河口潮滩湿地主要土著种短叶茳芏(Cyperus malaccensis)为研究对象,探讨不同外源N输入水平(0、8和16 g·m~(-2)·a~(-1))和水淹(短时水淹和中度水淹)对短叶茳芏的生长和光合特性的影响.结果表明,实验6个月后,短时水淹的地上、地下生物量显著高于中度水淹(p0.05);N输入主要通过提高光饱和点(LSP)和叶绿素相对含量(SPAD值),同时降低暗呼吸速率(Rd值),提高光合性能,进而显著提高植物的生物量.短叶茳芏各个生长期净光合速率(Pn)日变化与胞间CO_2浓度(Ci)日变化大致相反,短时水淹在各个生长期Pn日变化都为"单峰"曲线,中度水淹则在第15个月变为"双峰"曲线,出现明显的"光合午休"现象.N输入增强条件下,非气孔因素是短叶茳芏植株日均Pn值显著提高的重要光合生理因素.     

外源氮、硫添加对闽江河口湿地CH4、CO2排放的短期影响

于2015年4月在闽江河口鳝鱼滩湿地原位开展氮、硫添加实验,研究外源氮、硫添加对河口湿地CH_4、CO_2排放通量的短期影响,并同步观测相关环境因子.结果表明,NH_4Cl(NH)和NH_4NO_3+K_2SO_4(NS)添加显著促进了河口湿地CH_4平均排放通量(P0.01),NS耦合添加显著促进了湿地CO_2平均排放通量(P0.05);KNO_3(NO)和K_2SO_4(S)处理在实验期间对CH_4、CO_2排放通量表现为促进与抑制作用的交互影响,并且影响均不显著(P0.05).与对照(CK)相比,NH和NS添加使CH_4平均排放通量分别提高了(286.36%、122.73%),使CO_2平均排放通量分别提高了(39.92%、34.24%).氮、硫添加对河口潮滩湿地CH_4、CO_2排放的影响具有明显的时间变异性,改变了短叶茳芏湿地生长季CH_4排放时间变化规律,但未改变CO_2排放时间规律.相关分析显示,NH和NS添加处理下河口湿地土壤CH_4、CO_2排放通量主要受土温、EC、DOC以及NH+4-N的控制(P0.05或P0.01),NO和S处理主要受土温、EC、pH、DOC、NO_3~--N的控制(P0.05或P0.01),CK处理则主要受土温的影响(P0.01).温度、盐度、氮有效性是影响河口湿地CO_2、CH_4排放的主要因素.     

水盐梯度对闽江河口湿地土壤水稳性团聚体分布及稳定性的影响

为了揭示水盐梯度对河口湿地土壤水稳性团聚体分布及稳定性的影响,对闽江河口不同淹水环境和盐度下短叶茳芏(Cyperus malaccensis)湿地土壤水稳性团聚体进行了测定与分析.结果表明:①闽江河口半咸水湿地和淡水湿地0～30 cm土壤粉+黏团聚体、微团聚体和大团聚体的含量分别为63.12%～77.49%、6.82%～31.64%、4.38%～22.63%.除20～30 cm土层外,高潮滩0～20 cm土壤粉+黏团聚体和大团聚体含量均随盐度的增加而增加,增幅分别为8.74%～9.85%和105.54%～144.40%;0～20 cm土壤微团聚体含量均随盐度的增加而降低,高潮滩降幅为59.56%～65.20%,低潮滩降幅为55.65%～60.92%.②高潮滩土壤团聚体稳定性随盐度的增加而增加,盐度对微团聚体、大团聚体含量(DR_(0.25))和平均重量直径(MWD)的作用力在不同土层均影响显著,盐度和淹水的交互作用对各级土壤水稳性团聚体分布及稳定性的影响均不显著.③土壤团聚体稳定性与土壤TC含量呈倒"U"型关系.综上,淹水环境变化对土壤水稳性团聚体分布及稳定性的影响较小,盐度和有机碳含量是影响闽江河口湿地土壤水稳性团聚体分布及稳定性的重要限制性参数.     

Response of gaseous carbon emissions to low-level salinity increase in tidal marsh ecosystem of the Min River estuary, southeastern China

Although estuarine tidal marshes are important contributors to the emission of greenhouse gases into the atmosphere, the relationship between carbon dioxide(CO_2), methane(CH_4)emission, and environmental factors, with respect to estuarine marshes, has not been clarified thoroughly. This study investigated the crucial factors controlling the emission of CO_2 and CH_4from a freshwater marsh and a brackish marsh located in a subtropical estuary in southeastern China, as well as their magnitude. The duration of the study period was November 2013 to October 2014. Relevant to both the field and incubation experiments, the CO_2 and CH_4emissions from the two marshes showed pronounced seasonal variations. The CO_2 and CH_4emissions from both marshes demonstrated significant positive correlations with the air/soil temperature(p 0.01), but negative correlations with the soil electrical conductivity and the pore water/tide water Cl-and SO_4~(2-)(p 0.01). The results indicate no significant difference in the CO_2 emissions between the freshwater and brackish marshes in the subtropical estuary, whereas there was a difference in the CH_4 emissions between the two sites(p 0.01). Although future sea-level rise and saltwater intrusion could reduce the CH_4 emissions from the estuarine freshwater marshes, these factors had little effect on the CO_2 emissions with respect to an increase in salinity of less than 5‰. The findings of this study could have important implications for estimating the global warming contributions of estuarine marshes along differing salinity gradients.     

外源氮输入对生长季黄河口碱蓬-土壤系统磷分布规律的影响

为研究氮负荷不断增强情况下黄河口湿地磷的生物循环状况,选择黄河入海口北部滨岸高潮滩的碱蓬湿地为研究对象,基于野外原位氮（N）输入模拟试验,研究不同氮输入梯度[N0（对照处理）,6.0 g/（m2·a）;N1（低氮处理）,9.0 g/（m2·a）;N2（中氮处理）,12.0 g/（m2·a）;N3（高氮处理）,18.0 g/（m2·a）]下生长季碱蓬湿地植物-土壤系统中w（TP）分布特征的差异.结果表明:外源氮输入对湿地表层（0~10 cm）土壤中w（TP）变化的影响较为明显,N2和N3处理下w（TP）整体高于N0和N1处理.不同氮处理下植物各器官的w（TP）生长初期表现为根>叶>茎,生长旺期和末期表现为叶>根>茎,说明叶是磷的主要累积器官.外源氮输入改变了碱蓬湿地的养分限制状况,随着氮输入量的增加,土壤和植物-土壤系统磷储量、氮供给的增幅远低于植物亚系统,说明氮、磷之间的养分供给存在不同步性.研究显示,在未来黄河口氮养分负荷不断增加的情况下,碱蓬湿地植物-土壤系统极有可能通过加速磷的生物循环来缓解日益加剧的磷养分限制状况,进而使得氮、磷养分之间可能形成正反馈机制,而这将有利于维持湿地系统的稳定与健康.