三江平原不同水位梯度湿地地上生物量动态特征

水分条件变化直接影响湿地植物群落的分布及其生产量,为了阐明不同水分条件湿地初级生产力的形成规律,揭示水文格局对湿地生态系统物质生产过程的调控机理,采用收获法研究了三江平原不同水位梯度上的小叶章(Calamagrostics angustifolia)、乌拉苔草(Carex meyeriana)和毛苔草(Carex lasiocarpa)湿地地上生物量的结构动态及其增长速率,结果表明:3类湿地地上及其各器官生物量均呈单峰型变化,小叶章湿地和乌拉苔草湿地地上生物量的峰值出现的时间早于毛苔草湿地,而且小叶章湿地和乌拉苔草湿地各季节地上生物量均大于毛苔草湿地.茎对小叶章湿地地上生物量的平均贡献率与毛苔草湿地相近,均大于乌拉苔草湿地;叶对小叶章湿地地上生物量的平均贡献率与毛苔草湿地相近,均小于乌拉苔草湿地.3类湿地地上生物量的绝对增长率和相对增长率的变化趋势基本相同,但不同阶段绝对增长率和相对增长率值的大小存在差异.3类湿地地上生物量及各组分生物量的季节动态变化均符合抛物线模型,并且各模型拟合精度均较高,R2基本都在0.92以上.     

三江平原典型环型湿地主要植物群落枯落物的热值变化

研究了小叶章(Calamag rostis angustifolia)、毛果苔草(Carex lasiocarpa)和漂筏苔草(Carex pseudocuraica)群落枯落物在1个生长季内的分解热值变化特征,并初步探讨其影响因素。环型湿地3种植物群落由于各自的微环境不同致使其枯落物热值变化有所差异。6月至10月,小叶章群落枯落物热值呈现逐渐下降趋势,而毛果苔草群落和漂筏苔草群落由于所处环型湿地位置不同而形成不同于小叶章群落的湿地水热条件,从而造成其枯落物热值的总体变化趋势是先下降再上升,最后又下降。同时,同一群落不同深度枯落物热值变化也不同。0—10、10—20和20—30 cm土层热值变化相似,而30—40 cm土层热值变化规律不明显。     

氮输入对沼泽湿地植物生长和氮吸收的影响

氮是湿地植物生长必不可少的营养元素之一,但当外源氮输入超出植物生长需要时,氮素将抑制植物生长。不同植物对氮输入的响应不同,同一植物不同器官对氮输入的响应也不一致。为了探讨氮输入对湿地植物生长和氮吸收的影响机制,本文选取滇西北典型湖泊湿地纳帕海湖滨挺水植物茭草（Zizania caduciflora）和水葱（Scirpus validus）为对象,通过控制实验,研究了3个不同氮输入水平[0 g·m-2·a-1（对照,CK）、20 g·m-2·a-1（N20）、40 g·m-2·a-1（N40）]对茭草和水葱生物量积累、根冠比、氮吸收的影响。结果表明：培养期内,茭草地上生物量始终表现为N40〉N20〉CK,即氮输入促进茭草地上生物量积累;而水葱地上生物量随培养时间不同而发生变化,培养早期N20处理促进水葱地上生物量积累,N40处理抑制水葱地上生物量积累。茭草地下生物量表现为N40〉CK〉N20,即氮输入不足抑制茭草地下生物量积累,足够氮输入促进茭草地下生物量积累;水葱地下生物量表现为CK〉N20〉N40,即氮输入抑制水葱地下生物量积累。植物地上部分和地下部分生长对氮输入的响应也不一致,导致植物根冠比发生变化,茭草根冠比表现为N20     

模拟水深和氮添加对三江平原湿地植物功能性状的影响

水深和氮素是影响湿地植物生长的关键因素,研究两者对功能性状的影响有助于预测未来环境变化下湿地植物的生长与分布趋势.以三江平原沼泽湿地3种优势植物(漂筏苔草Carex pseudocuraica、毛苔草Carex lasiocarpa和燕子花Iris laevigata)为研究对象,设置3个水深(0、5、15 cm)和3个氮浓度(0、12、36 mmol/L)的双因子控制实验,探讨不同水深和氮添加对3种湿地植物功能性状的影响.结果显示,水深和氮添加对漂筏苔草根冠比和燕子花株高、地下与地上生物量及根冠比存在交互影响.在0 mmol/L氮浓度下,随着水深的增加,漂筏苔草根冠比降低,燕子花根冠比呈先降低后上升的趋势.在12 mmol/L氮浓度下,随着水深的增加,燕子花地下与地上生物量降低,根冠比增加.随着氮浓度的增加,燕子花株高在0、5 cm水深时降低,在15 cm水深时增加.水深对漂筏苔草叶面积、地下与地上生物量和燕子花叶面积有显著影响,随着水深的增加,漂筏苔草叶面积、地下与地上生物量呈先增加后下降的趋势,燕子花叶面积降低.氮添加对毛苔草株高、叶面积及根冠比有显著影响,随着氮浓度的增加,毛苔草株高和叶面积降低,根冠比呈先降低后上升的趋势.本研究表明湿地植物对水深和氮添加水平的响应依赖具体物种和功能性状指标而不同,未来还应加强湿地植物地下性状的研究.(图3表1参56)     

土壤动物对三江平原典型毛果苔草湿地枯落物分解的影响

采用尼龙网分解袋法，从枯落物的分解量、组分含量和分解残留物的热能值3方面，研究了土壤动物对三江平原毛果苔草（Carex lasiocarpa）湿地枯落物分解的影响。结果表明，土壤动物加速了枯落物的分解，大中型土壤动物的分解作用大于小型土壤动物；土壤动物增加了枯落物中腐殖酸、纤维素和木质素等物质含量以及C／N比值的变化幅度，促进了枯落物组分的释放；土壤动物影响枯落物分解过程中的能量流动；但土壤动物并未影响枯落物分解的总体变化趋势，土壤动物对枯落物分解不起决定性作用。     

大气CO2浓度升高和氮肥施用对三江平原湿地小叶章生物量及根冠比的影响

利用开顶箱薰气室（open—top chamber）试验装置,研究了不施氮（NN）、施常氮（MN,5g·m^2）和施高氮（HN,15g·m^2）3个氮素水平下大气CO2浓度升高对小叶章（Calamagrostis angustifolia）生物量和根冠比的影响。结果表明,大气CO2浓度升高对小叶章生物量的影响因生长期而异。大气CO2浓度升高对小叶章地上生物量的促进作用主要表现在生长前期,拔节期和抽穗期地上生物量较正常大气CO2浓度增加12．42％～22．60％,而腊熟期和成熟期仅增加3．11％～12．97％;大气CO2浓度升高对小叶章地下生物量的促进作用在生长后期表现明显,除拔节期外,小叶章地下生物量增加17．63％～42．20％。小叶章生物量和根冠比对大气CO2浓度的响应与供N水平有关。在HN水平下,大气CO2浓度升高使小叶章生物量和根冠比明显增加,在NN条件下促进作用则不显著。小叶章根冠比明显增加主要是地下生物量显著增长引起的。     

碟形沼泽湿地水中氮的动态变化及影响因素分析

通过对三江平原碟形湿地不同植被类型沼泽水体中氮含量的研究表明,漂筏苔草、毛果苔草和乌拉苔草沼泽水体中各形态氮含量具有明显的季节变化特征.总氮(TN)含量在5-10月份的植物生长季节表现为先增加后降低的趋势,不同植被类型沼泽水体TN含量明显不同.NH4+-N是无机氮的主要存在形态,含量比例在44.81%～98.89%之间.在整个生长季,乌拉苔草沼泽水NH4+-N含量呈先增加后降低的趋势,毛果苔草沼泽水NH4+-N含量在8月份具有峰值,漂筏苔草沼泽水NH4+-N含量较低,波动不大.硝态氮(NO3--N)在生长季中期含量较低,而亚硝态氮(NO2--N)含量较高;生长季末期NO3--N含量增高,而NO2--N含量降低.沼泽水体中不同形态氮浓度与植被类型、植被生长阶段密切相关,并且受到水温、降雨、蒸发、农田排水等因素的影响.     

荒漠草原4种典型植物群落夏季土壤呼吸及枯枝落叶分解释放CO2贡献量

采用动态密闭气室分析法测定了沙蒿（Artemisia desertorum）群落、赖草（Leymus secalinus）群落、甘草（Glycyrrhizauralensis）群落和冰草（Agropyron crisatum）群落4种典型荒漠草原植物群落土壤呼吸和枯落物分解的CO2释放速率（RS＋L）、土壤呼吸CO2释放速率（RS）,利用推导法估算得到了枯落物分解的CO2释放速率（RL）及其对总释放的贡献。得到了如下结论：（1）4种群落的RS＋L差异较大,其平均值大小排序分别为冰草群落〉赖草群落〉甘草群落〉沙蒿群落,且各群落的RS＋L在1 d中是不稳定的,均表现为不对称的单峰曲线形式;土壤基础呼吸大小排序分别为冰草群落〉甘草群落〉赖草群落〉沙蒿群落,且土壤基础呼吸高的土壤,其土壤养分状况较好。（2）RS相对于气温具有时滞性,4个群落的平均值大小为冰草群落〉赖草群落〉沙蒿群落〉甘草群落。（3）RL平均值大小排序分别为冰草群落〉甘草群落〉赖草群落〉沙蒿群落;对RS＋L的贡献率大小排序为甘草群落〉冰草群落〉沙蒿群落〉赖草群落,表明RL值大的,其对RS＋L的贡献率不一定大,两者之间不存在正相关关系。不同植物群落枯落物对土壤呼吸的贡献与枯落物量、温度因子的相关关系并未表现出一致性,但与15 cm处的地温相关性最高。夏季RL对RS＋L的平均贡献量（以CO2计）在0.05~0.16 g.m-2.h-1之间,平均贡献率在12.88%~35.33%,是大气CO2的一个重要的排放源。     

荒漠草原典型植物群落枯落物生态水文功能

在退化荒漠草原生态系统恢复过程中,枯落物是联系植被和土壤物质循环与能量流动的重要中间环节,且发挥着重要的生态水文功能。通过调查荒漠草原5种典型植物群落（蒙古冰草群落、甘草群落、赖草群落、杂类草群落和沙蒿群落）枯落物蓄积量、持水性能、对降雨的截留和对土壤水分蒸发的抑制作用,分析了荒漠草原不同植被类型枯落物的生态水文功能。结果表明：枯落物蓄积量和最大持水量均为蒙古冰草群落〉甘草群落〉赖草群落〉杂类草群落〉沙蒿群落;5种群落枯落物层对降雨的截留量在3.36～5.27 mm,截留率在3.40%～6.82%,枯落物对降雨的截留量与降雨量呈正相关,而降雨量与截留率呈负相关,且枯落物对降雨的截留具有显著的季节变化规律。在不同枯落物覆盖下,枯落物对土壤的抑制效应也存在显著差异,0.5~2 cm覆盖厚度比不盖枯落物土壤水分蒸发减少了19.25%～76.82%,枯落物层减少土壤水分蒸发效应随枯落物层厚度增大而增加。枯落物的蓄积与覆盖对土壤水分的运移和蓄存产生明显的生物学作用,已经成为荒漠草原最重要的生态过程之一。     

几种不同更新的森林群落碳储量结构特征分析

森林更新是维持和扩大森林资源的主要途径,也是森林结构调整、森林可持续经营和构建多功能高效的森林生态系统的过程。在安徽南部的岭南林场,选择了马尾松（Pinus massoniana Lamb）人工林（MP）、杉木（Cunninghamia lanceolata）人工林（CF）、阔叶混交天然次生林（MB）和针阔混交人工次生林（MN）等4种具有典型代表性的森林群落类型,研究了不同更新方式形成的森林群落的碳储量结构特征。结果表明：（1）针阔混交次生林树干生物量密度最大,为（67.32±56.57）mg.hm-2,杉木人工林生物量密度最小,为（43.79±9.13）mg.hm-2,而马尾松树干生物量所占比例最大,为（64.04±1.49）%。阔叶混交次生林碳储量最高,为（126.47±90.75）mg.hm-2;（2）4种群落类型中,阔叶混交林与马尾松群落碳密度最大,分别为95.67和98.21mg.hm-2,杉木群落碳密度最小,为55.41 mg.hm-2。阔叶混交林中的灌木层生物量碳密度最大,为（17.438±24.627）mg hm-2,马尾松林的草本层和枯落层生物量碳密度最高,分别为（1.326±0.431）、（5.517±2.846）mg.hm-2;（3）阔叶混交林群落的地下碳储量最高,为（10.5±9.8）mg.hm-2,群落地下碳储量从大到小的顺序是阔叶混交林〉针阔混交林〉杉木林〉马尾松林。相应的群落地上碳储量从大到小的顺序是阔叶混交林〉针阔混交林〉马尾松林〉杉木林。杉木林根茎比（R/S）最大,为0.21±0.01,杉木林群落中的灌木层根茎比（R/S）最大,为1.61±0.11;（4）在阔叶混交林中,株数密度与乔木层、草本层的碳比例正相关。在杉木林群落中,平均胸径、株数密度与乔木层碳所占比例成负相关。除杉木林群落外,灌木层碳含量之比与胸径及密度等调查因子都呈负相关。     

三江平原典型湿地的土壤植物总硫及水中硫酸盐的分布特征

以三江平原的3种主要沼泽类型——小叶樟沼泽、乌拉苔草沼泽、毛果苔草沼泽为研究对象,对其土壤和植物中的总硫质量分数及水中硫酸盐质量分数进行分析。3种沼泽土壤总硫质量分数的顺序为小叶樟沼泽(622.4 mg/kg)<乌拉苔草沼泽(820.5 mg/kg)<毛果苔草沼泽(1022.4 mg/kg);植物总硫质量分数的顺序为小叶樟(1638.5 mg/kg)<乌拉苔草(1796.9 mg/kg)<毛果苔草(1892.8 mg/kg);水中硫酸盐的质量分数为小叶樟沼泽(1.69 mg/kg)<乌拉苔草沼泽(1.81 mg/kg)<毛果苔草沼泽(2.00 mg/kg)。并探讨了典型湿地生态系统中硫质量分数的影响因素。     

植物对沼泽湿地生态系统N2O排放的影响

利用静态暗箱/气相色谱法连续3个生长季(2003-2005年)对三江平原小叶章草甸和毛果苔草沼泽N2O排放通量进行野外对比观测试验.结果表明,植物不同生长阶段对湿地生态系统N2O排放通量的影响不尽相同.植物的参与促进了湿地生态系统N2O的排放,2003-2005年生长季小叶章草甸土壤-植物系统N2O排放通量分别是土壤表观N2O排放通量的1.58倍、2.09倍和2.34倍,同期毛果苔草沼泽土壤-植物系统N2O排放通量分别是土壤表观N2O排放通量的1.86倍、1.50倍和1.33倍.3个生长季小叶章草甸N2O排放通量均大于毛果苔草沼泽,这主要是由土壤理化性质的空间变异性以及水文情况的差异造成的.     

三江平原典型环型湿地生物多样性

以三江平原典型环型湿地为研究对象,在前人研究的基础上,结合野外调查,研究环型湿地生境多样性和物种多样性的现状及其形成原因,并探讨2者之间的关系。研究表明,三江平原环型湿地生境较为复杂,生境多样性高,生境多样性主要是由水文和地貌在不同层次的时空尺度上相互作用而形成和维持的;由环型湿地中心向边缘,湿地植物的丰富度指数和多样性指数呈先增加后减少的趋势,在塔头苔草(Carexcasiocaepa)群落处达到最大值,而漂筏苔草(Carexpseudocuraica)群落和沼柳-越菊柳(Salixbrachypoda Salixmyrtilloides)群落较低。湿地动物物种多样性丰富,大型土壤动物多样性与均匀性以芦苇-苔草群落为最高而其优势度最低,中小型土壤动物的均匀度和多样性以小叶章(Calamagrosticsangustifolia)沼泽化草甸最高而其优势度最低;三江平原环型湿地物种多样性和生境多样性关系密切。     

Nutrient subsidies to belowground microbes impact aboveground food web interactions

Historically, terrestrial food web theory has been compartmentalized into interactions among aboveground or belowground communities. In this study we took a more synthetic approach to understanding food web interactions by simultaneously examining four trophic levels and investigating how nutrient (nitrogen and carbon) and detrital subsidies impact the ability of the belowground microbial community to alter the abundance of aboveground arthropods (herbivores and predators) associated with the intertidal cord grass Spartina alterniflora. We manipulated carbon, nitrogen, and detrital resources in a field experiment and measured decomposition rate, soil nitrogen pools, plant biomass and quality, herbivore density, and arthropod predator abundance. Because carbon subsidies impact plant growth only indirectly (microbial pathways), whereas nitrogen additions both directly (plant uptake) and indirectly (microbial pathways) impact plant primary productivity, we were able to assess the effect of both belowground soil microbes and nutrient availability on aboveground herbivores and their predators. Herbivore density in the field was suppressed by carbon supplements. Carbon addition altered soil microbial dynamics (net potential ammonification, litter decomposition rate, DON [dissolved organic N] concentration), which limited inorganic soil nitrogen availability and reduced plant size as well as predator abundance. Nitrogen addition enhanced herbivore density by increasing plant size and quality directly by increasing inorganic soil nitrogen pools, and indirectly by enhancing microbial nitrification. Detritus adversely affected aboveground herbivores mainly by promoting predator aggregation. To date, the effects of carbon and nitrogen subsidies on salt marshes have been examined as isolated effects on either the aboveground or the belowground community. Our results emphasize the importance of directly addressing the soil microbial community as a factor that influences aboveground food web structure by affecting plant size and aboveground plant nitrogen.     

Plant genes link forests and streams

Although it is understood that the composition of riparian trees can affect stream function through leaf litter fall, the potential effects of genetic variation within species are less understood. Using a naturally hybridizing cottonwood system, we examined the hypothesis that genetic differences among two parental species (Populus fremontii and P. angustifolia) and two groups of their hybrids (F1 and backcrosses to P. angustifolia) would affect litter decomposition rates and the composition of the aquatic invertebrate community that colonizes leaves. Three major findings emerged: (1) parental and hybrid types differ in litter quality, (2) decomposition differs between two groups, a fast group (P. fremontii and F1 hybrid), and a slow group (P. angustifolia and backcross hybrids), and (3) aquatic invertebrate communities colonizing P. fremontii litter differed significantly in composition from all other cross types, even though P. fremontii and the F1 hybrid decomposed at similar rates. These findings are in agreement with terrestrial arthropod studies in the same cottonwood system. However, the effects are less pronounced aquatically than those observed in the adjacent terrestrial community, which supports a genetic diffusion hypothesis. Importantly, these findings argue that genetic interactions link terrestrial and aquatic communities and may have significant evolutionary and conservation implications.     

不同空间配置的湿地植物群落对生活污水的净化作用研究

植物是湿地生态系统的重要组分,湿地湖滨植物群落物种组成和空间格局对湿地水体净化功能具有重要作用。选择茭草（Zizania caduciflora）、野菱（Trapa incisa）、金鱼藻（Ceratophyllum demersum）和蓖齿眼子菜（Potamogeton pectinatus）等4种云南高原湿地常见湖滨带植物物种,以不同配置方式分别构建4种不同植物群落：茭草-金鱼藻-金鱼藻（Z-C-C）、茭草-野菱-金鱼藻（Z-T-C）、茭草-蓖齿眼子菜-蓖齿眼子菜（Z-P-P）、和茭草-蓖齿眼子菜-金鱼藻（Z-P-C）,对不同植物群落净化污水的效果进行对比研究。结果表明：4种不同植物群落人工湿地对生活污水净化效果不同,经过Z-C-C群落处理后水体的COD降低率为（50.56±1.98）%,显著低于Z-T-C群落（69.66±4.15）%、Z-P-P群落（64.29±1.05）%,Z-P-C群落（66.67±1.13）%,（P〈0.05）;经过Z-T-C群落处理后水体TN降低率为（24.69±4.64）%,显著低于Z-C-C群落（53.29±0.71）%、Z-P-P群落（53.36±2.04）%、Z-P-C群落（54.44±0.29）%,（P〈0.05）;各群落对NH4＋-N去除率有显著差异（P〈0.05）,分别为（71.77±0.37）%,（67.22±0.53）%,（69.22±0.13）%,（80.85±0.31）%。研究表明：3种植物配置模式对生活污水的净化效果比2种植物配置模式的好;适当增加沉水植物的配置比例,可提高人工湿地对氮的去除效果;根系发达的植物具有更强的净化效果。