湿地植物对外源氮、磷输入的响应研究

通过人工控制试验,研究了氮、磷输入对沼泽湿地植物地上生物量,相对密度以及植物对氮、磷吸收量的影响.结果表明:营养物质氮、磷的长时间累积,导致湿地植物地上生物量和相对密度均呈逐渐下降的年际变化趋势,地上生物量和相对密度之间表现为微弱的单峰变化关系.在氮输入下,随着氮施用量的升高,氮的吸收率从62.3%下降到5.5%;在磷输入下,随着磷施用量的升高,磷的吸收率从3.1%下降到0.8%.氮、磷的施用量愈高,植物对氮、磷的吸收率愈小.氮、磷输入有可能改变湿地生态系统的物种组成和结构及湿地生态系统的稳定和保护,应当考虑湿地中营养物质的长期作用.      

三江平原典型湿地类型土壤微生物特征与土壤养分的研究

为探讨不同湿地类型土壤微生物数量和酶活性的分布特征及其与土壤养分的关系,本研究选择了三江平原洪河湿地保护区4种典型湿地类型(小叶章+沼柳湿地、小叶章湿地、毛苔草湿地和芦苇湿地)的土壤为研究对象.结果表明4种湿地类型在0~30 cm土层内:1土壤有机碳、全氮和全磷均随土层深度的增加而减少,速效钾、速效磷和速效氮则未表现出有规律的变化,且不同湿地类型土壤养分含量差异显著.2土壤微生物数量为细菌放线菌真菌,3种微生物菌落数量均随土层深度的增加而减少.土壤微生物总数量以小叶章湿地最多,毛苔草湿地最少.3土壤蔗糖酶和纤维素酶活性均随土层深度的增加而减少,而土壤过氧化氢酶活性未表现出有规律的变化.小叶章+沼柳湿地和小叶章湿地中3种酶活性显著性高于毛苔草湿地和芦苇湿地(P0.05).4相关性分析表明,土壤细菌、真菌和纤维素酶与土壤养分各指标均呈极显著或显著正相关,放线菌和蔗糖酶与速效钾、过氧化氢酶与速效钾、速效磷无显著相关性关系.因此,土壤微生物和酶活性是反映土壤养分状况的重要指标.     

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.     

沼泽湿地植物光合特性及固“碳”潜势对外源氮输入的响应

以沼泽湿地典型草甸植被小叶章(Calamagrostis angustifolia)为研究对象,在三江平原进行了野外培养实验,探讨了4个不同氮素输入水平(0(NO)、6(N6),12(N12)、24(N24)g·m-2· a-1)下沼泽湿地植物生长与光合特性的响应特征,并从光合固"碳"的角度分析了小叶章沼泽湿地的固"碳"潜势.结果表明,外源氮输入明显促进了小叶章的株高、叶面积及植株数,显著增加了碳的生物量积累,到植物生长季结束,N6、N12和N24三个施氮水平下,小叶章地上部分生物量分别比对照增加了58.79%、133.11%和190.55%.同时,小叶章叶片全氮含量、叶绿素、可溶性蛋白和游离氨基酸含量也显著增加,净光合速率明显提高,分别比对照增加了20.70%、26.69%和53.54%.从光合固"碳"的角度来看,外源氮输入能够促使沼泽湿地植物通过光合作用固定更多CO2.     

植物N/P与土壤pH值对湿地植物物种丰富度的影响

通过人工控制模拟试验,研究了植物中全氮与全磷之比(植物N/P)和土壤pH值与湿地植物物种丰富度的关系.结果表明,湿地物种丰富度与植物N/P之间呈单峰变化关系,当2.09.5时,氮、磷供应平衡系统可能被破坏,湿地物种逐渐减少.物种丰富度与土壤pH值表现为显著的正相关关系(R²=0.526),当pH值为5.6～6.8时,物种丰富度随着土壤pH值增加而增加.通过方差分析,土壤pH值和植物N/P对物种丰富度的影响分别为37.96%和15.29%.     

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.      

模拟湿地水分变化对小叶章枯落物分解及氮动态的影响

2005年5月-2006年9月,利用三江平原典型碟形洼地的自然水分梯度作为水分变化研究的替代系统,结合分解袋法,模拟研究了湿地水分变化对典型草甸小叶章(TMC)和沼泽化草甸小叶章(MMC)枯落物分解及氮动态的可能影响.试验沿水分梯度设漂筏苔草群落(PF)、毛果苔草群落(MG)、乌拉苔草群落(WL)、沼泽化草甸小叶章群落(XII)、典型草甸小叶章群落(XI)和岛状林群落(DZL)6个分解小区.研究表明.水分条件对枯落物分解有重要影响,当未来降水格局变化导致小叶章湿地形成积水环境后,TMC和MMC枯落物的失重率分别将增加4.33%-16.76%和24.84%-53.97%.分解速率将增加10.51%-32.73%和77.85%-93.92%,95%分解时间将减少0.72-1.85 a和3.67-4.05 a;TMC和MMC枯落物的氮含量及氮积累指数的变化较为一致.但不同小区间的变化模式差异较大.二者枯落物的氮在DZL、XI、WL、MG和PF小区整体上均表现处出释放累积的交替变化特征.但仍以释放过程为主.在XII小区,氮在整个时期一直表现为释放.C/N分解过程中氮养分的调控作用更为重要;TMC和MMC枯落物的氮现存量分别为12.75 g·m-2和8.29 g·m-2.氮年归还量分别大于1.95 g·(m2·a)-1和2.25g·(m2·a)-1;温度对枯落物相对分解速率具有促进作用,水分条件对其具有抑制作用.当分解环境的养分状况不发生较大变化时,相对分解速率取决于枯落物基质质量,当养分状况发生较大改变时,相对分解速率取决于环境养分供给状况.     

秋季湿地植物收割对氮、磷污染物去除能力影响浅析——以罗时江湿地为例

以洱海流域典型湿地——罗时江湿地为例,调查分析湿地内主要湿地植物物种,测定主要湿地植物秋季地上可收割部分生物量、植株含水率及氮磷含量,计算单位面积湿地植物氮、磷同化量。再依据各种湿地植物面积,初步估算开展秋季湿地植物收割可移除的氮、磷数量。     

三江平原不同退化阶段小叶章湿地土壤真菌群落结构组成变化

为了了解三江平原小叶章湿地真菌群落结构及多样性变化,探讨湿地水分下降对真菌群落结构的影响.本研究采用高通量测序技术,分析和比较了黑龙江省科学院自然与生态研究所三江平原野外试验研究站内3个不同退化阶段小叶章生态类型湿地真菌群落结构多样性,探讨真菌群落改变的原因.结果表明,从小叶章沼泽湿地(w0)→小叶章沼泽化草甸湿地(w1)→小叶章草甸湿地(w2)的变化,土壤Shannon-Wiener指数(H)呈现出逐步上升的规律,即:w0w1w2.序列比对结果显示,不同小叶章湿地土壤真菌分别属于子囊菌(Ascomycota)、担子菌(Basidiomycota)、壶菌(Chytridiomycota)、未知菌(Fungi_unclassified)、接合菌(Zygomycota)这5个真菌类群,优势菌门为未知菌门(75.12%)、子囊菌门(56.56%)、担子菌门(72.65%).而且Heatmap分析也显示沼泽化草甸湿地和草甸湿地的真菌群落结构和组成比较接近.真菌群落结构受到了土壤养分以及植物组成等影响,其中土壤养分解释贡献率达88.62%,植物组成解释贡献率达到9.85%.三江平原小叶章湿地不同退化阶段湿地真菌群落结构存在较大差异,土壤水分因子对真菌多样性影响较大.这为研究三江平原湿地退化后的真菌结构多样性及空间异质性提供了科学依据.     

三江平原小叶章湿地土壤微生物活性特征研究

选取三江平原河滨湿地、沼泽湿地和草甸化湿地3种类型小叶章湿地0~20cm土壤,研究了不同类型湿地土壤总有机碳(TOC)、微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、基础呼吸(BR)、呼吸势(PR)、微生物熵(Cmic/Corg)和代谢熵(qCO2)变化规律.结果表明,不同类型小叶章湿地土壤总有机碳、微生物生物量碳和基础呼吸分别为46.60~75.44g.kg-1、1106.86~2319.42mg.kg-1和5.72~10.10mg.kg-.1h-1.河滨湿地和沼泽湿地土壤总有机碳、微生物生物量碳、微生物生物量氮、基础呼吸、呼吸势和微生物熵均显著高于草甸化湿地(p0.01),而河滨湿地和沼泽湿地代谢熵明显低于草甸化湿地(p0.05).各土壤微生物活性指标在河滨湿地和沼泽湿地间均无明显差异.因而,相对于河滨湿地和沼泽湿地,草甸化湿地土壤微生物活性处于较低水平,土壤总有机碳和水分含量低是限制草甸化湿地土壤微生物活性的重要因素.     

三江平原沼泽湿地污水处理的实地模拟研究

现场模拟发现，沼泽湿地生态系统对污水中N、P的净化速度随时间的延长呈指数规律下降，初期净化效果与污水中N、P的含量为正相关关系。毛果苔草（Carex lasiocarpa）生态系统和乌拉苔草（Carex meyeriana）生态系统对N、P的去除量大于纯沼泽水，毛果苔背系统又高于乌拉 苔草，表明植物各类和重量、泥炭土厚度等都影响净化效率。通过统计显示，毛果苔草生态系统不同组分对N的净化能力大小的排列次序为：茎叶＞泥炭＞根系＞枯落物；对P的净化能力排列次序为：根系＞泥炭＞茎叶＞枯落物。按单位质量组分对P的去除量由小到大对比，泥炭：茎叶：枯落物：根第为1.00:1.81:2.95:3.84；而对N的净化效果由小到大对比，泥炭：枯落物：根系：茎叶为1.00:1.62:2.00:5.11。毛果苔果地上部分单位干重对N的吸附量是地下部分的大约2.6倍，表现出N具有从根系向茎叶传递积累的特性；相反，毛果苔草地下部分单位干重对P的吸量是地上部分的大约2.1倍，显示P主要积累于毛苔草的根系中。     

陕北黄土丘陵区撂荒演替过程中的土壤水分效应

根据陕北黄土丘陵区17块不同撂荒年限样地土壤水分的普查和10块样地土壤水分的定位测定,利用多元回归分析和通径分析法研究了植被恢复过程中土壤水分的变化和各植被、土壤因子对土壤水分的作用效应:①农田撂荒后,随着植被的恢复,因群落生物量、植被盖度和土壤有机质等这些对土壤水分有直接作用因子的变化,而间接表现为随着撂荒年限的增加,土壤含水量越来越低,而土壤水分的波动却越来越大;②用地形因子(包括坡度、坡向和海拔)、土壤因子(地表土壤容重和有机质含量)和植被因子(地上生物量和植被盖度)可以较好地对土壤水分做出多元拟合,影响表层土壤水分含量和根系层水分波动的主导因子是植被盖度,而影响深层土壤水分波动的主导因子是地上生物量;③土壤水分两次测定期间深层储水量差值与累积降雨量成显著正相关,说明土壤水分测定下边界存在上渗与下渗运动,而且储水量差值多数为正值,说明是以下渗为主。因此O根据土壤水分来估算群落蒸散时会有正的系统误差。为此论文将深层储水量差值作为补偿调节因子自变量,以提高多元拟合精度。拟合结果说明群落蒸散可由群落生物量、群落盖度、坡度、坡向和土壤表层容重或坚实度来估计。在植被恢复过程中影响群落蒸散的最大因子是群落蒸腾,其次是植被盖度。     

三江平原湿地汞的地球化学特征

三江平原典型湿地土壤、植物、地表水中的总汞含量较高，表层土壤汞含量平均为88．4ng/g，高于本地区耕地土壤，并具有从上到下逐渐减少的趋势；在草根层和泥炭层土壤中，总汞含量为毛果苔草沼泽＞乌拉苔草沼泽＞小叶樟沼泽，与积水条件一致；湿地开垦以后总汞含量明显减少，耕地土壤在开垦初期降低速率很快。湿地植物汞含量较高，湿地水中的总汞含量春季为58．4－131．6ng/L。初步认为三江平原湿地汞的主要来源为大气沉降，湿地是河流和水库中汞的重要来源，人类活动增强了湿地中汞的迁移。     

生态修复区盐地碱蓬群落碳、氮储量及其影响因素分析——以辽河三角洲大凌河口湿地为例

为揭示土壤环境变化及植物群落结构对修复初期河口湿地碳汇格局的影响,本文运用方差分解方法测算了群落尺度辽河口湿地生态修复区碳、氮储量分配格局,并定量阐明了盐度、含水率、高程等环境因子对碳、氮储量的影响贡献率。结果表明：（1）春、秋季,土壤碳储量分别为41.93 t/ha和44.72 t/ha,氮储量分别为8.65 t/ha和8.80 t/ha;植物碳储量分别为8.97 kg/ha和180.48 kg/ha,氮储量分别为0.61 kg/ha和16.27 kg/ha。（2）植物碳氮储量与株高、盖度呈显著对数函数关系,与土壤微生物量碳氮及土壤氮的周转速率呈显著负相关性。（3）土壤含水率、群落盖度和高程是影响碳、氮储量的最主要因子,地形高程和含水率能解释幼苗期碳、氮储量分异的45.6%以及成熟期碳、氮储量分异的54.5%。研究结果证明了微地形改造、生态补水等措施对湿地碳汇能力的提升具有重要作用。     

Effects of elevated CO2 concentration and nitrogen supply on biomass and active carbon of freshwater marsh after two growing seasons in Sanjiang Plain, Northeast China

An experiments were carried out with treatments di ering in nitrogen supply (0, 5 and 15 g N/m2) and CO2 levels (350 and 700 mol/mol) using OTC (open top chamber) equipment to investigate the biomass of Calamagrostis angustifolia and soil active carbon contents after two years. The results showed that elevated CO2 concentration increased the biomass of C. angustifolia and the magnitude of response varied with each growth period. Elevated CO2 concentration has increased aboveground biomass by 16.7% and 17.6% during the jointing and heading periods and only 3.5% and 9.4% during dough and maturity periods. The increases in belowground biomass due to CO2 elevation was 26.5%, 34.0% and 28.7% during the heading, dough and maturity periods, respectively. The responses of biomass to enhanced CO2 concentrations are di ered in N levels. Both the increase of aboveground biomass and belowground biomass were greater under high level of N supply (15 g N/m2). Elevated CO2 concentration also increased the allocation of biomass and carbon in root. Under elevated CO2 concentration, the average values of active carbon tended to increase. The increases of soil active soil contents followed the sequence of microbial biomass carbon (10.6%) > dissolved organic carbon (7.5%) > labile oxidable carbon (6.6%) > carbohydrate carbon (4.1%). Stepwise regressions indicated there were significant correlations between the soil active carbon contents and plant biomass. Particularly, microbial biomass carbon, labile oxidable carbon and carbohydrate carbon were found to be correlated with belowground biomass, while dissolved organic carbon has correlation with aboveground biomass. Therefore, increased biomass was regarded as the main driving force for the increase in soil active organic carbon under elevated CO2 concentration.     

Influence of environment and substrate quality on the decomposition of wetland plant root in the Sanjiang Plain, Northeast China

The litterbag method was used to study the decomposition of wetland plant root in three wetlands along a water level gradient in the Sanjiang Plain,Northeast China.These wetlands are Calamagrostis angustifolia(C.aa),Carex meyeriana(C.ma)and Carex lasiocarpa (C.la).The objective of our study is to evaluate the influence of environment and substrate quality on decomposition rates in the three wetlands.Calico material was used as a standard substrate to evaluate environmental influences.Roots native to each we...     

湿地垦殖对土壤微生物量及土壤溶解有机碳、氮的影响

对三江平原天然沼泽湿地及湿地垦殖后的农田、弃耕还湿地、人工林地等不同土地利用方式下表层土壤(0～10cm)的活性碳、氮组分:微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、溶解有机碳(DOC)、溶解有机氮(DON)进行了研究.结果表明,天然小叶章沼泽湿地垦殖为农田后,表层土壤各活性碳、氮组分显著降低:MBC减少了63.8%～80.5%; MBN减少了56.3%～67.1%; DOC减少了43.1%～44.3%; DON减少了25.2%～56.1%.农田弃耕还湿和人工造林后表层土壤的活性碳、氮组分有明显恢复的趋势,各组分恢复到天然小叶章湿地土壤水平的36.1%～59.9%(MBC);46.7%～65.9%(MBN);67.0%～69.3%(DOC);81.2%～88.3%(DON),土地利用方式是影响土壤MBC、MBN、DOC、DON变化的重要因素;各土地利用方式表层土壤的DOC、DON、MBC、MBN呈显著的正相关关系,土地利用方式对表层土壤DOC的影响大于对DON的影响;各土地利用方式下土壤微生物可利用碳、氮的来源不同是影响DOC、DON与MBC、MBN相关性差别明显的主要原因.     

Contribution of winter fluxes to the annual CH4, CO2 and N2O emissions from freshwater marshes in the Sanjiang Plain

Introduction C arbon dioxide, m ethane and nitrous oxide play im portant roles in the radiation balance of the earth contributing to the greenhouse effect (Rodhe, 1990). N 2O also takes part in the destruction of stratospheric ozone (W ang, 1999). N atura…     

聚丙烯小球对人工垂直潜流湿地氮磷去除性能的优化研究

采用页岩和香蒲(Typha latifolia L.)构建人工垂直潜流湿地处理津河富营养化水体,并用聚丙烯小球替代部分页岩研究其对垂直潜流湿地氮磷去除性能的影响.设计水力负荷800 mm/d,理论水力停留时间12h.试验期间(2006-06～2006-11),氮磷月平均去除率在8月份达到最大值.与全页岩湿地相比,聚丙烯小球使氨氮(NH 4-N)、总氮(TN)、溶解性活性磷(SRP)和总磷(TP)月平均去除率分别提高13.38%、8.9%、9.29%和8.25%,使用聚丙烯小球能够有效提高人工垂直潜流湿地氮磷去除效率.试验结束后收割香蒲地上组织(茎和叶),测定地上组织生物量及茎、叶中的氮磷含量.结果表明,聚丙烯小球虽然抑制香蒲地上组织生物量的增加,但却能够有效提高茎、叶中氮磷含量.通过收割香蒲地上组织可使TN和TP去除分别增加29.382 g·m-2和13.469 g·m-2.