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.     

互花米草入侵盐沼湿地CH4和N2O排放日变化特征研究

甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）是导致全球气候变暖的2种重要温室气体,探索其源汇及地域排放特征一直是全球变化研究领域的核心内容。CH4和N2O通量的日变化研究是正确估算大时间尺度下CH4和N2O排放量的基础。利用静态箱法原位观测了江苏沿海芦苇（Phragmites australis）、盐蒿（Suada salsa）、光滩、水面以及互花米草（Spartina alterniflora）入侵湿地CH4和N2O排放的日变化特征。结果表明,1）互花米草湿地地上部生物量为1.70 kg·m^-2,土壤有机碳质量分数为13.55 g·kg^-1;分别是芦苇和盐蒿湿地的2.50-3.43和2.15-4.15倍。2）互花米草和芦苇湿地土壤10 cm处氧化还原电位（Eh）有明显日变化,最低值出现在3：00,最高值出现在12：00;光滩和盐蒿湿地没有明显的日变化。3）互花米草湿地 CH4日平均排放通量为0.52 mg·m^-2·h^-1,是其他湿地的2.12-6.40倍;N2O日平均通量为-3.24μg·m^-2·h^-1,显著低于盐蒿湿地、光滩和水面（P＜0.05）。互花米草和芦苇湿地CH4排放通量最高值（0.73 mg·m^-2·h^-1和0.30 mg·m^-2·h^-1）出现在15：00,最低值（0.37 mg·m^-2·h^-1和0.17 mg·m^-2·h^-1）出现在3：00,均与土壤孔隙水中CH4浓度呈显著负相关（P＜0.05）。互花米草湿地CH4排放通量与10 cm土温、Eh和生态系统CO2净交换量（NEE）显著正相关（P＜0.05）。互花米草和芦苇湿地N2O通量9：00-18：00为负值,21：00—6：00为正值,均与NEE呈显著负相关（P＜0.05）。盐蒿湿地、光滩和水面CH4和N2O排放通量没有明显日变化特征。互花米草入侵提高了沿海湿地CH4排放,但降低了N2O排放,植物对CH4传输作用以及向根际传输O2和易分解有机物是导致互花米草和芦苇湿地CH4和N2O排放表现出日变化特征的原因。     

三江平原湿地不同土地利用方式下土壤有机碳储量研究

选取东北三江平原沼泽湿地5种土地利用方式,共16个土壤剖面,对土壤有机碳储量分布特征进行了研究.结果表明,不同土地利用方式下,土壤剖面有机碳含量与有机碳密度均呈自上而下降低的趋势,且随着深度的增加,垂直差异变小.开垦降低了土壤有机碳含量和有机碳密度,并改变了其在表层的分布结构特征.初步估算5种土地利用方式下土壤有机碳储量分别为:沼泽湿地1.58×104t/km2、退耕还湿地1.23×104t/km2、林地1.01×104t/km2、水田0.85×104t/km2、旱田0.99×104t/km2.开垦降低了湿地土壤有机碳储量,且对耕地的影响大于林地,而退耕还湿有利于土壤有机碳的固定及储量的增加.     

磷输入对湿地土壤有机碳矿化及可溶性碳组分的影响

采用室内培养试验,研究了土壤非淹水(土壤含水量为田间最大持水量60%)和淹水条件下,外源磷输入对沼泽湿地土壤有机碳矿化和土壤可溶性有机碳(DOC)及可溶性无机碳(DIC)含量的影响.结果表明,不同土壤水分条件下,土壤有机碳的矿化速率和累积矿化量均随着外源磷输入量的增加而增大;培养65d 后,土壤DOC 含量表现为先降低后升高,而DIC 含量则逐渐增大.不同磷处理下土壤有机碳的累积矿化量与土壤DOC 含量之间的相关关系并不显著,但是与土壤DIC 含量之间呈显著的正相关关系[R 为0.98 (淹水),0.99 (非淹水);P<0.05].相同磷输入水平下,淹水处理时土壤有机碳的累积矿化量、DOC 和DIC 含量均高于非淹水处理.外源磷输入沼泽湿地后,会通过提高土壤有机碳的矿化速率和土壤可溶性碳组分的淋失,加快土壤有机碳的损失速率及土壤CO2 的排放量.     

有机肥与无机肥配施对潮土N2O排放的影响

华北平原是我国重要的粮食主产区,由于土壤有机质含量低,增加氮肥用量并不能导致玉米产量持续增加.有机肥和无机肥配施被广泛认为是同时实现粮食增产和提高土壤有机质的双赢措施,但是有机肥和无机肥配施对华北平原农田N_2O排放的影响尚不明确.本研究在华北平原潮土区,通过测定不同种类有机肥与无机肥配施后农田N_2O排放通量和作物产量,旨在揭示不同种类有机肥及其用量对潮土N_2O排放和作物产量的影响效应.田间试验共设置8个处理,分别为不施肥(CK)、化肥氮(NPK)、 40%牛粪氮+60%化肥氮(CM)、 40%鸡粪氮+60%化肥氮(FC)、 40%猪粪氮+60%化肥氮(FP)、 20%牛粪氮+80%化肥氮(1/2CM)、 20%鸡粪氮+80%化肥氮(1/2FC)和20%猪粪氮+80%化肥氮(1/2FP).整个玉米季N_2O排放通量均与土壤WFPS显著正相关(P0.05).除NPK处理外,玉米季N_2O排放量与土壤可溶性有机碳(DOC)平均含量存在显著的线性关系.玉米季CK处理N_2O排放量为0.50 kg·hm~(-2),NPK处理增加到2.28 kg·hm~(-2).相同用量不同种类有机肥处理,N_2O排放未出现显著差异. 40%有机肥氮用量处理下N_2O排放量与NPK处理无显著差异,而用量减少至20%后, 1/2CM、 1/2FC和1/2FP处理N_2O排放量分别较CM、 FC和FP减少了33.6%、 43.7%和12.1%,其主要原因为易分解有机碳输入减少,土壤DOC含量降低,但玉米产量未出现显著差异.因此,从减少温室效应的角度,玉米季80%化肥氮配施20%有机肥氮为本地区农田施肥的较佳选择.     

外源氮输入对湿地土壤有机碳矿化及可溶性有机碳的影响

采用室内模拟试验,在好气和淹水2个土壤水分条件下,研究了外源氮输入对沼泽湿地土壤有机碳矿化和土壤可溶性有机碳（DOC）含量的影响.结果表明,好气条件下,净氮输入量为1 mg·g^-1（N1）的氮处理水平对土壤有机碳矿化和DOC含量的影响不显著,而净氮输入量为2和5 mg·g^-1（N2、N3）时,土壤DOC含量显著增加,分别比对照（250.62 mg·kg^-1）增加了187.22％和203.25％,并显著促进了土壤有机碳的矿化;淹水条件下,外源氮输入则抑制了土壤有机碳的矿化, N1、N2、N3处理下土壤DOC含量分别比对照（642.52 mg·kg^-1）降低了88.34％、 82.69％、 80.04％;不同水分条件下,土壤DOC含量与有机碳的累积矿化量均呈显著正相关关系（r²分别为0.939、 0.843）,由外源氮输入引起土壤DOC含量的变化可能是导致土壤有机碳矿化差异的主要原因之一.研究结果还表明,伴随着沼泽湿地积水消退和外源氮输入的增多,将会加快湿地土壤有机碳的矿化和土壤DOC的淋失,造成湿地土壤有机碳的大量损失.     

三江平原不同土地利用方式下凋落物对土壤呼吸的贡献

运用Li-6400土壤呼吸配套系统研究了三江平原沼泽湿地不同土地利用方式下保留和去除凋落物的土壤呼吸特征,进而分析了不同土地利用方式下凋落物对土壤呼吸的贡献及其与凋落物输入量和环境因子(温度、降水等)之间的相互关系.结果表明,整个生长季4种土地利用方式下凋落物对土壤呼吸的平均贡献量在-0.21~0.64μmol/(m2.s)之间,贡献率表现为小叶章草甸湿地(14%)人工林地(12%)大豆田(8%)退耕还湿地(-5%).其中,退耕还湿后凋落物对土壤呼吸的贡献表现为负值,减少了土壤呼吸的排放,表明凋落物对土壤呼吸的贡献可能最终取决于凋落物分解与屏蔽作用之间的平衡.除大豆田外,不同土地利用方式下凋落物对土壤呼吸的贡献均与10 cm地温达到了极显著相关关系(p0.01).另外,降雨的影响与凋落物输入密切相关,表明凋落物除自身分解外,还可能参与到气候变化的生态效应中.     

氮输入对沼泽湿地小叶章枯落物分解过程中酶活性的影响

以三江平原沼泽湿地典型湿地植物小叶章枯落物(Calamagrostis angustifolia)为研究对象,采用分解袋法研究了不同外源氮输入(N1、N2分别为6、12g·m-·2a-1)对小叶章枯落物分解过程酶活性的影响,并设置对照区(N0,0g·m-·2a-1)进行比较.研究结果表明,在枯落物最初分解的2个月里,氮输入会抑制蔗糖酶活性,尤其是低氮输入(N1)抑制作用显著(p<0.05),2个月后,氮输入显著促进了该酶活性(p<0.05);;氮输入除在160d时抑制了淀粉酶活性,其它时期均促进了该酶活性,且高氮输入(N2)促进作用显著;;氮输入提高了枯落物分解前2个月的脲酶活性,而在分解后期,低氮输入抑制脲酶活性,高氮输入则主要表现为促进脲酶活性;;低氮输入提高了小叶章枯落物分解前2个月的酸性磷酸酶活性,随后表现为抑制,高氮输入则只在分解后期(160d)抑制酸性磷酸酶活性,其它时期均表现为促进.总体而言,氮输入促进了蔗糖酶、淀粉酶活性,而对于脲酶及酸性磷酸酶活性来说,低氮输入抑制了酶活性,而高氮输入则表现为促进酶活性.     

磷输入对沼泽湿地小叶章枯落物分解过程酶活性的影响

在三江平原沼泽湿地布置外源磷输入小区,选取典型湿地植物小叶章Calamagrostis angustifolia枯落物为研究对象,采用分解袋法,研究了不同梯度外源磷输入(CK:0;P1:1.2 g·m-2·a-1;P2:4.8 g·m-2·a-1;P3:9.6 g·m-2·a-1)对小叶章枯落物分解过程中酶活性的影响.结果表明,在小叶章枯落物分解前期,低磷输入(P1)抑制了蔗糖酶和脲酶活性,继续分解的过程中则极显著促进了二者的酶活性(P<0.01),而低磷输入对淀粉酶活性的影响则与之相反;中磷输入(P2)在小叶章枯落物分解的整个过程都促进了蔗糖酶和淀粉酶的活性,对脲酶活性除在分解65 d时有抑制,其他时期均提高了其酶活性;高磷输入(P3)均提高了枯落物分解后期的蔗糖酶和脲酶活性,其对淀粉酶活性的影响无明显规律;3种磷输入均显著抑制了酸性磷酸酶活性(P<0.01).     

不同氮输入梯度下草甸沼泽土反硝化损失和N2O排放

在实验室培养条件下,设计N0,N1,N2,N3 4种氮输入梯度,净氮输入量分别为0,1,2 和5 mg/g,采用乙炔抑制技术,研究草甸沼泽土反硝化损失和N₂O排放. 结果表明:培养期间(23 d)N1,N2和N3梯度的N₂O排放速率平均值分别为12.55,7.59和4.04 μg/(kg·h),反硝化损失速率平均值分别为11.52,9.87和3.10 μg/(kg·h),二者均明显高于对照(N0)〔0.09和0.10 μg/(kg·h)〕;但高氮输入(N2和N3梯度)会对N₂O排放速率和反硝化损失速率产生一定的抑制作用,且随着梯度增大而加强,差异达到显著水平(P<0.05). 24 h时土壤有机碳矿化速率随氮输入梯度升高而增大,表明氮输入初期能对土壤有机碳矿化产生激发效应;但在整个培养期,有机碳矿化速率却随氮输入增加而降低,表明只有适当的氮输入才能促进土壤有机碳矿化,过量氮输入反而会对其产生抑制作用.