土地利用方式对土壤水溶性有机碳的影响

采集三江平原不同利用方式的土壤,测定土壤水溶性有机碳(DOC)含量,以及E₂₈₀值、E₂₅₀E₃₆₅和E₂₄₀/TOC比值,研究土地利用方式对土壤DOC的影响.结果表明,随着土地利用方式的变化,土壤DOC含量变化明显,土地开垦耕作是导致土壤DOC含量降低的主要原因.湿地土壤的开垦耕作,不仅导致土壤DOC数量的减少,而且DOC的质量也在下降.土壤DOC与土壤总有机碳含量呈正相关(R²=0.66),与游离态轻组有机碳的相关性更强(R²=0.84),与土壤重组有机碳呈明显的负相关(R²=0.52).     

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.     

不同水文情势下环形湿地土壤铁的时空分布特征

通过分季节原位采集三江平原环形湿地不同深度的土壤和土壤溶液,调查了土壤总铁的空间分布和土壤溶液中可溶性铁的时间变化,分析了水文情势对这种铁时空分异的影响.结果表明,环形湿地0～60 cm土层总铁的平均含量为（2.54±0.73）×10⁴mg·kg^-1,且随地表积水深度的增加由小叶章群落和乌拉苔草群落的（2.91±0.51）×10⁴ mg·kg^-1和（2.60±0.35）×10⁴mg·kg^-1逐渐下降到毛苔草和漂筏苔草群落的（2.48±0.31）×10⁴mg·kg^-1和（2.17 ± 0.31）×10⁴mg·kg^-1;常年积水土壤中铁的可溶性高于季节性积水土壤;从春季化冻开始,土壤溶液中的可溶性铁含量随积水时间的延长而逐渐增加,从6月的（0.35±0.086） mg·L^-1增加到10月上冻前的（12.67±2.92） mg·L^-1;以Fe³⁺/Fe²⁺表征的土壤还原性随积水深度或浸没时长的增加而增加;土壤溶液中的可溶性铁与pH、总有机碳、总氮和磷酸盐都具有显著或极显著相关,表明铁的分布还受土壤理化性质的影响,并与土壤碳、氮、磷的迁移转化相耦合.     

Dynamics of dissolved organic carbon in the mires in the Sanjiang Plain, Northeast China

Mires in boreal area had proved to be an important dissolved organic carbon (DOC) reserve for the sensitivity to climate change and human interfering. The study was focused on the temporal and spatial dynamics and controlling factors of DOC in a seasonallywaterlogged mire (SLM) and perennially-waterlogged mire (PLM) in the Sanjiang Plain, Northest China. In the two mires, DOC concentrations in both surface water and upper soil strata experienced pronounced seasonal variation. DOC concentrations in the surface waters were the greatest and averagely was 47.82 in SLM and 34.84 mg/L and PLM, whereas that in soil water at 0.3-m depth had little di erence (20.25 mg/L in SLM and 26.51 mg/L in PLM). Results revealed that DOC concentrations declined 5–8 times vertically from the surface down to groundwater. DOC in the groundwater only was in a very small part with the average concentration of 5.18 mg/L. In relation to the surface water, DOC concentrations varied positively with temperature just before 8 August, and only in early spring and later autumn DOC concentrations exhibited identifiable spatial trends along with standing water depths in PLM. It was supposed that the influences from standing water depth took e ect only in conditions of low temperature, and temperature should be the most powerful factor controlling DOC dynamics in the mires. Redox potential (Red) showed negative relationship with DOC values while total nitrogen (TN) and the majority of free ions in the soil solution exhibited no relationship. High soil TOC/TN ratio and low redox potentials also led to DOC accumulation in the mires in the Sanjiang Plain.     

贵州高原草海湿地土壤有机碳分布特征及其与酶活性的关系

基于时空替代的研究方法,对贵州草海湿地土壤有机碳和氧化还原酶活性分布进行了研究,分析了土壤总有机碳(TOC)和可溶性有机碳(DOC)与土壤酶活性、环境因子之间的关系.结果表明,不同退化梯度湿地土壤中有机碳存在较大的差异,沿着退化梯度表层土壤TOC、DOC含量和脱氢酶(DHA)活性逐渐降低(p0.05),而多酚酶(PPO)活性逐渐升高(p0.05);在垂直剖面上,原生湿地(CH1)和轻度退化湿地(CH_2)土壤TOC先增加后减少,而沼泽化湿地(CH3)和草甸湿地(CH_4)土壤TOC无明显的分层和富聚现象;相关性分析表明,TOC、DOC与PPO显著负相关(p0.01),而PPO与土壤含水率(WHC)、总氮(TN)和硝酸盐(NO-3-N)含量等显著负相关(p0.01),与pH显著正相关(p0.01).以上结果表明,土壤有机碳和酶活性的变化是对湿地退化的响应,湿地退化碳库的损失与PPO活性增加有关,而WHC、TN、NO-3-N和pH是影响PPO活性分布的重要因子.     

温带典型草原土壤总有机碳及溶解性有机碳对模拟氮沉降的响应

2008年5月～2011年10月,以内蒙古温带典型草原为研究对象,利用小区模拟控制试验,设置对照[0 g·(m2·a)-1]、低氮[5 g·(m2·a)-1]、中氮[10 g·(m2·a)-1]、高氮[20 g·(m2·a)-1]这4个净氮输入量处理,模拟研究了大气氮沉降水平变化对土壤总有机碳(TOC)以及溶解性有机碳(DOC)含量、年际变化及其垂直分布格局的影响,并分析了两者之间的关系.结果表明,除个别年份外,土壤TOC与DOC含量均随土壤深度增加而递减,4 a的连续施氮并未改变土壤TOC与DOC的垂直分布规律,但施氮降低了土壤TOC的垂直变异,增加了土壤DOC的垂直变异;施氮4 a对于草地表层0～20 cm土壤TOC与DOC含量的变化并未表现出显著影响(P>0.05).不同氮输入水平处理0～20 cm土层有机碳密度在3.9～5.6 kg·m-2之间变动,试验前两年不同氮处理0～20 cm土壤有机碳密度均低于对照或与对照接近,试验后两年,施氮对土壤总有机碳密度逐渐呈现出一定的促进作用,但与对照的差异仍不显著(P>0.05);不同处理0～20 cm土层DOC/TOC约为0.32%～1.09%,氮输入增加普遍降低了DOC在整个TOC中所占的比例;草地土壤TOC与DOC的变化呈显著正相关(P<0.01).不同处理草地土壤DOC随时间的变异均远大于TOC,与TOC相比,草地土壤DOC的变化更为迅速,是研究草地土壤碳库对氮沉降变化响应的重要敏感性指标.     

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.     

黑龙江省粮食生产与三江平原湿地协调发展水平的评价

为寻求黑龙江省农作物播种面积和湿地面积两者间的合理比例,使之既能保证粮食生产,又能维持湿地的必要功能,论文首先用模糊评价方法对历年黑龙江省粮食生产效益和湿地效益分别进行了评价,在此基础上,对反映两方面和谐共存程度的协调发展水平进行了评价。评价结果显示,20世纪70年代末到80年代初这一时期的农业生产和湿地环境是比较协调的。该时期农作物播种面积为870×104hm₂,三江平原湿地面积约为195×104hm₂。此结果可以作为设定三江平原湿地恢复程度的一个参考标准。在该标准下,按高单产水平计算,黑龙江省可提供2930×104t粮食,而三江平原湿地植物和鸟类的种类数约可分别恢复到建国时水平的70%和80%。     

稻田水体可溶性有机碳与可溶性氮对大气CO2浓度增高的响应

为了增强对全球变化背景下湿地生态系统碳氮循环的整体认识,采用稻田FACE(Free Air CO2Enrichment)试验(位于江苏省江都市,始于2004年)方法,研究了2006年位于江都市的稻田水体中总有机碳、总氮、可溶性有机碳、可溶性氮的动态变化.结果表明:大气CO2浓度升高显著提高了稻田水体中以上各指标含量(p<0.01),其中各有机碳的增幅均大于相应的氮.与对照相比,FACE田块水体中总有机碳、总氮、可溶性有机碳和可溶性氮分别平均提高了31.2%、25.9%、28.3%和25.6%.不同生育时期各指标含量存在显著差异(p<0.01).上述结果还表明,大气CO2浓度增高不仅会通过富营养化稻田水体来影响水稻安全生产,而且还会提高其中可溶性碳氮含量,进而可能通过田间排水尤其是水稻生长前期暴雨导致的洪涝来增加稻田碳氮向周边水域的输送,从而影响到稻田生态系统的碳氮循环和土壤生产力.     

土壤碳储存功能价值评估方法探讨——以三江平原湿地土壤为例

天然湿地土壤具有碳储存的功能,能够减缓全球气候变化。以三江平原湿地土壤为例,提出储碳功能价值评估方法的分类体系,介绍了不同方法的基本原理、适用条件和局限性,并根据理论上的合理性、方法上的简便可行性、现实的不确定性以及对于当地的适用性等原则对各种方法进行评价和排序,试图从多种货币化方法的评价结果中找到一个比较合理的单位储碳价值量取值范围,用来估算湿地土壤的储碳价值。评价对单位储碳功能的价值估算取5～25US＄/t碳,三江平原湿地土壤储碳总价值为31.0×108～155.2×108US＄,农业开发造成的湿地储碳功能的经济损失为10.8×108～53.8×108US＄,平均每年每hm₂的碳损失约为4.3～21.5US＄。     

不同生态带下盐城滩涂湿地土壤颗粒和矿物结合有机碳特征

通过对比不同生态带下盐城滩涂湿地表层土壤中颗粒有机碳(POC)和矿物结合有机碳(MOC)含量与分布,探讨不同生态带下滩涂植被对土壤环境特别是土壤有机质组分分布及其累积的影响。结果表明:不同生态带的滩涂湿地表层土壤总有机碳(TOC)和总氮(TN)含量分布规律为:芦苇地互花米草滩盐蒿滩光滩,反映了盐城滩涂湿地土壤由海向陆土壤质地由砂到粉砂,最后为粘土的变化规律;互花米草滩对土壤有机质有着比光滩和盐蒿滩更高的富集能力,芦苇地的颗粒有机碳(POCf+POCo)含量为4.17 g/kg,互花米草滩的POC含量为2.14 g/kg,远高于盐蒿滩(1.92 g/kg)和光滩(0.31 g/kg)。互花米草的引种从有机碳物理分级组分上改变了TOC的分配,有利于提高土壤中游离态颗粒有机物、闭蓄态颗粒有机物的含量以及占土壤有机碳的比例。该研究能够为沿海滩涂湿地碳存储和固碳潜力以及评价和保护湿地生态系统提供一定的科学依据。     

不同水分条件下小叶章湿地表土有机碳及活性有机碳组分季节动态

通过野外试验与室内分析,考察了三江平原生长季内不同水分条件小叶章(Calamagrostis anguatifolia)湿地表层0～20cm土壤有机碳(SOC)、轻组有机碳(LFOC)与微生物生物量碳(MBC)的季节变化动态.结果表明,不同水分条件小叶章湿地表土SOC及各组分含量季节变化明显.季节性积水条件对表土活性有...     

三江平原湿地沉积物有机碳与水分的关系

研究了三江平原开垦湿地和3类典型天然湿地(泥炭沼泽、腐殖质沼泽和沼泽化草甸)沉积物剖面有机碳和水分含量特征,分析了湿地沉积物有机碳和水分含量的关系.结果表明:4类湿地沉积物储碳层厚度,剖面有机碳和水分含量存在明显的差异.其同一类型湿地沉积物剖面有机碳与水分含量之间为极显著(p<0.01)相关关系.通过探讨湿地沉积物有机碳和水分的关系,阐明了湿地生态环境功能的演变趋势.研究结果进一步说明了加强湿地的保护和湿地恢复,可以缓解由大气CO₂浓度升高所引起的全球气候变化.     

三江平原湿地生态环境受威胁现状及其保育研究

三江平原位于黑龙江省东北隅,是全国著名的面积最大的自然湿地集中分布区之一。经过近50年大面积开发,天然湿地面积约从原来的534×10⁴hm²减少到113×10⁴hm²,仅占本区土地总面积10.39%的现有湿地基本上镶嵌在大型现代化农场群的耕地之中。自然湿地大量丧失,湿地景观破碎化,受到水源不足、水质下降威胁;湿地变成"孤岛"。湿地功能退化,湿地植物丰度下降,生物生产量下降,濒危植物增加,濒危动物,特别是珍稀水禽数量逐年减少。湿地资源开发对区域环境的影响应引起重视。为了改变湿地受威胁、生态与环境退化现状,必须实施湿地恢复、保育工程:即引水灌溉工程、廊道建设工程和关爱湿地工程。     

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.     

盐城滨海湿地表层沉积物有机碳特征

对比研究盐城滨海湿地表层沉积物总有机碳(TOC)含量及其时空分布,揭示不同季节,不同植被覆盖对滨海湿地TOC分布的影响。结果表明,盐城滨海湿地表层沉积物TOC含量为0.69~10.34 g/kg,平均值4.55 g/kg。TOC含量的季节变化表现为:光滩呈单峰型分布,最高值出现在秋季(0.86±0.11 g/kg),除光滩外,TOC含量峰值均出现在冬季,即植被非生长季。TOC含量的空间变化表现为:互花米草滩(10.34±2.42 g/kg)>芦苇滩(3.90±1.11 g/kg)>盐蒿滩(3.28±1.86 g/kg)>光滩(0.69±0.16 g/kg);不同生态带内TOC 含量差异显著,光滩空间变异性最小(0.06),芦苇滩最大(0.14)。此外,湿地表层沉积物中TOC含量与总氮(TN, g/kg)、含水量(WFPS,%)、平均粒径(Φ)、分选系数以及C/N均呈显著正相关。通过研究发现,互花米草相对于其他植被类型由于其对有机碳很好的富集能力,可以有效增强滨海湿地生态系统土壤的固碳潜力。     

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.     

三江平原挠力河流域湿地生态特征变化研究

经过近半个世纪的垦荒,挠力河流域湿地生态特征发生了明显的改变,大量湿地被垦殖,湿地面积逐年减少;湿地资源的破坏,造成环境污染严重,土壤有机质含量大大降低;土地沙化、盐碱化面积不断扩大;灾害性气候发生频率增加;动植物等多样性资源急剧减少。挠力河流域作为“北大荒”的重要组成部分,生态环境的剧烈变化也就很具有代表性了。伴随着新千年“北大荒”停止一切垦殖湿地、草地和林地的措施出台,挠力河流域也迎来了退耕还林、还牧、还湿的调整时期。     

Sulfur cycle in the typical meadow Calamagrostis angustifolia wetland ecosystem in the Sanjiang Plain, Northeast China

The sulfur cycle and its compartmental distribution within an atmosphere-plant-soil system was studied using a compartment model in the typical meadow Calamagrostis angustifolia wetland in the Sanjiang Plain Northeast China. The results showed that in the typical meadow C. angustifolia wetland ecosystem, soil was the main storage compartment and current hinge of sulfur in which 98.4% sulfur was accumulated, while only 1.6% sulfur was accumulated in the plant compartment. In the plant subsystem, roots and litters were the main storage compartment of sulfur and they remained 83.5% of the total plant sulfur. The calculations of sulfur turnover through the compartments of the typical meadow C. angustifolia wetland ecosystem demonstrated that the above-ground component took up 0.99 gS/m2 from the root, of which 0.16 gS/m2 was translocated to the roots and 0.83 gS/m2 to the litter. The roots took in 1.05 gS/m2 from the soil, subsequent translocation back to the soil accounted for 1.31 gS/m2, while there was 1.84 gS/m2 in the litter and the net transfer of sulfur to the soil was more than 0.44 gS/(m2·a). The emission of H2S from the typical meadow C. angustifolia wetland ecosystem to the atmosphere was 1.83 mgS/(m2·a), while carbonyl sulfide (COS) was absorbed by the typical meadow C. angustifolia wetland ecosystem from the atmosphere at the rate of 1.76 mgS/(m2·a). The input of sulfur by the rainfall to the ecosystem was 4.85 mgS/m2 during the growing season. The difference between input and output was 4.78 mgS/m2, which indicated that sulfur was accumulated in the ecosystem and may cause wetland acidify in the future.     

Dissolved Organic Carbon in Upland Forested Watersheds Underlain by Continuous Permafrost in Central Siberia

Hydroclimatic variability and plant species ecology cause mosaics in forested watersheds in permafrost zones. Measurements of organic matter accumulation, stock of dissolved organic carbon (DOC), DOC concentrations in litter leachates, subsurface flow, stream and seasonal and annual export were made in two contrasting slopes and valleys in the northern taiga of Central Siberia. Increased organic carbon accumulation in litter was found in poor hydroclimatic conditions of the north-facing slope and bottom valleys. In contrast, DOC contents and its export to soil were almost two-fold higher in warmer well-drained sites of the south-facing slope. The overall DOC flux to mineral soil from the beginning of June to mid-September was 17 g C m⁻² in the south-facing slope sites and only 9 g C m⁻² in the north-facing slope sites. DOC export was positively correlated with precipitation stimulating leaching of mobilizable organic matter. Accordingly intra-seasonal and inter-annual variability of the DOC fluxes was tightly coupled with water input. Meanwhile DOC export in Sphagnum and feathermoss sites showed different behavior in dry and wet years. The presence of permafrost preventing deep seepage of organic solutes results in higher stream DOC fluxes compared to permafrost-free or island permafrost regions. However, thawing of seasonally frozen soil layer during the growing season led to the decreasing concentrations of DOC in the stream from June to September. For two seasons of continuous stream water sampling (June and August–September), the riverine DOC flux constituted about 14% of DOC entering mineral soil on both slopes. The ratio of hydrologic DOC loss to NPP of larch forests of the region was estimated to be 1.1%.