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.      

典型湿地生态系统碳循环模拟与预测

以植物生理生态特性和有机碳周转动力学原理为基础,利用室内模拟培养试验结果率定了温度、积水强度、冻融交替对湿地有机碳分解矿化的影响参数,建立了典型湿地生态系统碳循环模拟模型.利用实地观测的数据对模型进行了检验,对模型的灵敏性进行了分析,同时利用该模型进行了情景预测.结果表明,所建模型能较好地模拟中温带（三江平原）和亚热带（洞庭湖）湿地生态系统的碳通量和碳累积特征,沉积物呼吸的模拟值与实测值呈极显著相关关系（p<0.01）;三江平原常年积水沼泽有机碳密度约为80×10⁹ g·km^-2,洞庭湖湿地碳密度约为20×10⁹ g·km^-2;三江平原常年积水沼泽和季节性积水沼泽每年碳的净固定速率分别为104　g·m^-2和76 g·m^-2;该模型对温度和大气CO₂浓度变化反应敏感.在既定的水文条件下,大气CO₂浓度升高和增温可能会使湿地生态系统的碳交换变得更为活跃;在CO₂浓度倍增和增温小于2.5℃的气候变化情景时,系统净初级生产力（NPP）和积累的有机碳密度增加,系统仍为大气的CO₂ 汇,但气候变暖的进一步加剧并不利于湿地有机碳的积累,由于CO₂施肥效应和温度升高增加的系统NPP补偿不了因温度升高导致的沉积物呼吸速率加快而损失的碳,季节性积水沼泽生态系统积累的有机碳甚至出现明显的下降趋势.     

季节性冻融期沼泽湿地CO2、CH4和N2O排放动态

三江平原季节性冻-融时间长达7～8个月,对沼泽湿地温室气体排放有重要影响.采用静态箱/气相色谱法研究了三江平原冻、融期沼泽湿地温室气体排放特征,表明三江平原不同类型沼泽湿地冬季都有明显的CH₄和CO₂排放,且冬季沼泽湿地CH₄排放量在全年CH₄排放中占有重要份额.融冻期沼泽湿地出现明显的CH₄和CO₂排放峰值,季节性积水沼泽化草甸CH₄和CO₂排放量大于常年积水沼泽湿地,而冬季常年积水沼泽湿地CH₄排放通量大于季节性积水沼泽化草甸.融冻期CO₂排放通量与土壤温度(5cm)呈指数相关关系(R²=0.912,p<0.001),沼泽湿地CO₂排放通量与CH₄通量间也呈显著正相关关系(R²=0.751,p<0.001).冬季三江平原沼泽湿地是N₂O的汇,融冻期随着土壤温度升高逐渐成为N₂O的源,且在5月份沼泽湿地表层土壤(0～20cm)融冻期间N₂O排放通量明显增大.三江平原土壤冻、融期间沼泽湿地温室气体的排放特征,反映了冬季微生物活性的存在及融冻作用对土壤碳矿化和氮硝化、反硝化作用有重要影响.     

三江平原湿地土壤活性有机碳组分特征及其与土壤酶活性的关系

对三江平原3种主要类型天然湿地(毛苔草湿地、小叶章湿地、岛状林湿地)O-20cm土壤活性有机碳(土壤微生物量碳、土壤可溶性有机碳)特征进行了研究,分析了不同湿地的土壤活性有机碳与土壤总有机碳及酶活性间的关系.结果表明:不同类型湿地的土壤活性有机碳组分含量存在较大的差异,土壤活性有机碳、土壤总有机碳及土壤脲酶、蔗糖酶、淀粉酶、过氧化氢酶的变化趋势具有基本近似的特征.表现为毛苔草湿地>小叶章湿地>岛状林湿地;土壤微生物量碳、可溶性有机碳与土壤总有机碳和酶活性存在显著正相关关系,其中,酶活性与土壤微生物量碳相关性最为显著.另外.毛苔草湿地土壤MBC/SOC、DOC/SOC的比值低于其它2种类型湿地,表明毛苔草湿地生物活性有机碳库的周转速率低.淹水抑制了微生物和酶的分解作用,有利于土壤有机碳的累积.因此,沼泽湿地水文条件的变化将会对土壤碳累积与分解过程产生较大的影响.     

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.     

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.     

不同土地利用下土壤呼吸温度敏感性差异及影响因素分析

通过野外观测和室内模拟试验,研究了三江平原不同土地利用方式下土壤呼吸温度敏感性及其影响因素．结果表明,指数模型能较好地表示不同土地利用方式下的土壤呼吸对温度变化的响应,但其在低温时拟合效果较好,高温时拟合效果较差．小叶章湿地Q10值最高（4．29）,垦殖15年农田的Q10值最低（1．45）．不同土地利用方式下Q10值从高到低的排列情况是：小叶章〉灌丛〉弃耕地〉垦殖9年农田〉垦殖15年农田．Q10值与土壤有机碳、水溶性有机碳、轻组有机碳和微生物量碳含量呈线性关系．因此,认为土壤有机碳的数量与结构是影响土壤呼吸温度敏感性的重要因素．不同土地利用方式下土壤Q10值与深度0．10cm处土壤的平均含水量呈线性关系．     

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.      

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).     

外源氮输入对湿地植物生长及光合特征的影响

选择三江平原沼泽湿地典型草甸植被小叶章(Calamagrostis angustifolia),在淹水和非淹水2个土壤水分条件下,分别以NH4NO3水溶液的形式均匀撒入0,6,12,24g/(m²·a)(以N元素量计),进行了野外培养实验.结果表明,小叶章的株高和地上部分生物量均随着氮输入的增多而增大,且土壤处于非淹水状态时差异达到显著水平;小叶章植株的分蘖能力则均表现为先增加后降低,在氮输入量为12g/(m²·a)时最大,随后减小.氮输入后,叶片的叶绿素含量与净光合速率表现出一致的变化趋势,土壤处于非淹水状态时随着氮输入的增加依次增大;而土壤淹水时则随着氮输入的增加先增大后减小;当氮输入量为24g/(m²·a)时表现出了抑制作用.