小叶章对氮沉降的生理生态响应

在非淹水(W1)和淹水(W2)条件下,分4个氮处理[分别相当于氮沉降率0 g/(m2·a)、1 g/(m2·a)、3 g/(m2·a)和5 g/(m2·a)]模拟了氮沉降对三江平原典型湿地植物小叶章(Calamagrostis angustifolia)生长及其碳、氮代谢等生理生态指标的影响.结果表明,随着氮沉降量的增加,小叶章的叶面积、株高、植株分蘖数、生物量(叶、茎、根)均呈增加趋势.两种水分条件下,氮沉降处理平均小叶章叶绿素、叶片可溶性蛋白和游离氨基酸含量分别较对照处理增长20.37%、10.52%和19.18%,而可溶性糖含量则下降了14.69%.1 g/(m2·a)、3 g/(m2·a)和5 g/(m2·a)氮沉降处理的净同化率分别为对照处理的1.10倍、2.80倍和3.81倍.与非淹水条件相比,淹水条件下小叶章对氮沉降率的适应能力较强,氮沉降显著促进了小叶章的碳、氮代谢水平.     

三江平原小叶章沼泽化草甸土壤呼吸对模拟氮沉降的响应

对三江平原小叶章(Calamagrostis angustifolia)沼泽化草甸进行为期2 a的模拟氮沉降实验,氮沉降水平分别为对照[0 g/(m2·a)氮]、低氮[4 g/(m2·a)氮]和高氮[8 g/(m2·a)氮]。采用动态气室法(LI-6400-09叶室连接到LI-6400便携式CO2/H2O分析系统)测定土壤呼吸速率。结果表明,小叶章沼泽化草甸土壤呼吸速率季节动态曲线呈抛物线模式,在7月达到最高值;土壤呼吸速率和土壤温度之间呈显著的指数相关关系(R2为0.47~0.69);仅高氮处理土壤呼吸速率与土壤含水量表现出负指数相关关系(p0.05,R2=0.27);氮沉降对土壤呼吸的影响依据氮沉降水平而异,低氮处理下,土壤呼吸速率为(5.57±0.91)μmol/(m2·s),比对照处理土壤呼吸速率(5.18±0.86)μmol/(m2·s)高8%(p0.05),高氮处理的土壤呼吸速率(4.93±0.53)μmol/(m2·s)则比对照处理稍低。不同氮沉降处理下,土壤呼吸温度系数Q10值分别为2.93、2.43和2.03,Q10值随着氮沉降水平呈现逐渐降低的趋势。氮沉降可能抑制了土壤呼吸的温度敏感性。     

外源氮输入对沼泽湿地小叶章枯落物性质及其早期分解的影响

在三江平原沼泽湿地,选取典型湿地植物小叶章(Calamagrostis angustifolia)为研究对象,对比研究了连续施氮[24g/(m2·a)]3a的小叶章立枯物(N24)与自然条件下形成的立枯物(CK)的差异;并采用分解袋法对此2种小叶章枯落物的早期分解过程进行了研究。结果表明,施氮处理下小叶章立枯物的氮、磷含量均高于CK,但碳含量显著降低(n=3,p<0.05)。施氮处理下形成的小叶章枯落物的分解速率明显大于CK,分解160d后两者的失重率分别为初始值的31.13%(N24)和28.50%(CK)。分解过程中,2种处理下枯落物有机碳的绝对含量都表现为净损失;其氮、磷浓度的变化趋势大致相同,分解160d后均发生了氮、磷的净释放,其中,N24的氮、磷净释放量分别是CK的64.91和2.11倍。外源氮输入影响下小叶章枯落物C/N和C/P值的降低,加快了该枯落物的分解速率,从而影响土壤有机质的累积和CO2的排放;而该枯落物分解过程中营养元素释放量的增大,还可能会影响土壤其它营养元素可利用性。     

三江平原湿地小叶章各器官主要营养元素特征

选择生长在三江平原湿草甸和沼泽化草甸上的小叶章(Calamagrostis angustifolia)为研究对象,在2004～2008年小叶章生长季,测定了其根、茎、叶和叶鞘内的有机碳含量、全氮含量、全磷含量和全硫含量,研究了小叶章体内营养元素含量特征及其生长限制元素。结果表明,在两种类型湿地上生长的小叶章,其体内各器官的有机碳含量、全氮含量、全磷含量和全硫含量都存在差异;两种类型湿地的小叶章地上部分各器官中,全氮含量、全磷含量和全硫含量都是在叶中最大,其次为叶鞘、茎;湿草甸小叶章根营养元素含量明显低于其地上部分各器官,而沼泽化草甸小叶章则相反;两种类型湿地上的小叶章地上部分器官中的各营养元素含量之间多存在显著相关关系,而根中各元素含量之间几乎不相关;氮是限制小叶章生长发育的最主要的营养元素;湿草甸小叶章相对更易受到硫元素的限制。     

沼生植物过渡金属元素含量季节变化特征——以三江平原典型湿地植物为例

三江平原沼泽湿地生态系统不同水文条件下(高、中、低位区),同种植物和不同植物不同器官中过渡金属元素Fe、Mn、Zn、Cu含量季节变化规律基本相似,亦表现出一定的时间分配差异。高、中和低位区小叶章茎、叶、根中Fe含量季节变化规律为幼苗时期最高,成熟后含量减少(高位区根除外);高、中和低位区茎、叶中Mn含量随季节分配趋势是先减少后增加,而根中Mn含量变化较复杂;高、中和低位区茎、叶和根中Zn含量随季节变化呈初期含量高,后期含量低(低位区茎、根除外)的趋势,而中期变化复杂;各区植物茎、叶和根中Cu含量基本呈随时间变化含量逐渐下降,高位区根和低位区的叶含量变化趋势较特殊;从元素含量水平比较,高、中小叶章和低位区毛果苔草表现为茎、叶Mn含量>Fe含量,根中Fe>Mn;茎、叶、根中Zn>Cu。     

汉石桥湿地芦苇生长季末地上部分各器官中碳、氮和磷的生态化学计量特征及对其的固持能力

2017年11月15～17日,在北京汉石桥湿地自然保护区核心区蔡家河流入的主进水口区、核心区中央区和蔡家河流出的出水口区的芦苇(Phragmites australis)群落中,布设了9个样方,采集芦苇样品,测定芦苇叶片、叶鞘、穗和茎的生物量和全碳、全氮、全磷含量,研究芦苇生长季末地上部分各器官中碳、氮、磷的生态化学计量特征及对其的固持能力。研究结果表明,在芦苇地上部分的各器官中,芦苇茎中的全碳质量比相对最高,为(452.00±1.77) mg/g,穗、叶鞘和叶片中的全碳含量依次减小;芦苇穗中的全氮和全磷质量比都相对最高,分别为(22.06±1.24) mg/g和(7.24±0.38) mg/g,叶片、叶鞘和茎中的全氮和全磷含量依次减小;芦苇茎的碳氮比和碳磷比高于其它器官,叶片的氮磷比高于其它器官;芦苇茎的固碳和固磷能力分别为2 705.58 g/(m~2·a)和19.11 g/(m~2·a),高于其它器官;穗的固氮能力为19.54 g/(m~2·a),高于其它器官;蔡家河流入的主进水口区芦苇地上部分各器官对碳、氮、磷元素的固持能力高于其它区域;芦苇地上部分各器官总固碳、总固氮和总固磷能力分别为3 939.57g/(m~2·a)、56.42 g/(m~2·a)和33.10 g/(m~2·a)。     

氮沉降对长白山苔原植被影响的试验研究

为了探讨氮沉降增加对苔原植被的影响,特别是对草本植物侵入苔原的作用,在长白山高山苔原带进行了连续4 a的人工氮沉降模拟实验,测定3种设定的氮沉降水平下牛皮杜鹃(Rhododendron chrysanthum)、笃斯越橘(Vaccinium uliginosum)和小叶章(Deyeuxia angustifolia)的生长状况和群落结构变化。研究结果表明:1与牛皮杜鹃、笃斯越橘等苔原本地种相比,氮沉降量增加更有利于侵入的小叶章生长;牛皮杜鹃生长对氮沉降量变化响应微弱,氮沉降量增加能明显抑制笃斯越橘的生长。2无小叶章侵入的牛皮杜鹃和笃斯越橘斑块在不同氮沉降量条件下,群落结构变化不明显,氮沉降增加不是小叶章侵入苔原带的直接原因。3在小叶章侵入牛皮杜鹃和笃斯越橘斑块后,氮沉降量增加强化了小叶章的竞争能力,逐渐取代牛皮杜鹃或笃斯越橘,成为优势种,推动高山苔原向高山草甸转化。因此,随着氮沉降量的不断增加,长白山苔原带将面临退化与草甸化。     

施加不同量外源氮和互为伴生种下碱蓬和盐地碱蓬生物量变化的野外模拟实验

2017年5月2日～6月27日,在黄河三角洲滨海湿地生态试验站中,采用野外模拟实验方法,布设了108根PVC管,在盐地碱蓬(Suaeda salsa)和碱蓬(Suaeda glauca)互为伴生种条件下,移栽两种植物,在每根管中,优势种的种植密度分别为4株和2株,伴生种的种植密度为1株;在无伴生种条件下,优势种的种植密度为1株。考虑黄河三角洲地区氮沉降情况,以尿素作为外源氮,设置了0 g/m~2氮、15 g/m~2氮和30 g/m~2氮3种外源氮输入量,开展了碱蓬和盐地碱蓬的生物量变化研究。研究结果表明,在有伴生种条件下,当每根PVC管中优势种的种植密度为4株和2株时,随着氮输入量提高,碱蓬和盐地碱蓬平均单株生物量都显著增高;在无伴生种的条件下,当外源氮输入量为15 g/m~2氮和30 g/m~2氮时,碱蓬生物量[(58.050±2.560) g/株和(58.740±3.170) g/株]显著高于无外源氮输入[(20.850±0.640) g/株],盐地碱蓬生物量[(82.640±1.330) g/株和(111.960±6.400) g/株]显著高于无外源氮输入[(37.500±1.750) g/株]。外源氮输入量提高促进了盐地碱蓬和碱蓬生物量的积累,盐地碱蓬生物量增加幅度更大,对盐地碱蓬生长的促进作用更强。     

长江口淡水潮滩芦苇地上与地下部分月生物量变化比较研究

于2010年3月～2011年2月,对长江口淡水潮滩——崇西湿地潮间带芦苇(Phragmites australis)群落的地上与地下部分月生物量及其营养结构变化进行了研究.结果表明,芦苇地上与地下部分生物量的变化可分为3个阶段:此消彼长期(3～5月)、共同增长期(6～9月)和共同降低期(10～11月).除花序外,芦苇地上各构件的生物量自3月开始逐渐增长;8月末,叶和叶鞘的生物量达到最大值,分别为(808.3±30.2) g/m2和(671.9±19.2) g/m2;9月末,茎的生物量达到最大值,为(3 193.0±93.9) g/m2;芦苇花序出现于8月,秋季一直呈现增长态势.芦苇地下部分的根状茎和须根的生物量都呈单峰变化,但须根的生物量变化幅度较小;根状茎的生物量的最小值和最大值分别出现在5月和9月,为(1 933.3-±-93.1) g/m2和(3 679.2±202.7) g/m2;须根生物量的最小值和最大值分别出现在6月和9月,为(695.8±7.2) g/m2和(1 017.2±60.6) g/m2.9月末,芦苇总生物量达到最大值,为(9 351.0-±381.5)g/m2.3～11月,芦苇根冠比变化范围为0.89～19.19,与其他河口、滨海湿地相比,崇西湿地潮间带芦苇地上部分生物量年积累水平较高.     

三江平原不同土地利用方式下湿地土壤CO2通量研究

利用暗箱-气相色谱法,同步测量了三江平原几种主要生态类型湿地土壤原始的小叶章草甸白浆土、毛果苔草泥炭沼泽土、已垦旱作草甸白浆土和人工水田草甸白浆土,进行CO2排放通量的对比研究.结果表明不同土地利用方式下,旱作草甸白浆土土壤CO2排放通量最大,平均值为775.38mg/(m2@h);小叶章草甸白浆土土壤次之,平均值为439.02mg/(m2@h);人工水稻田草甸白浆土土壤CO2通量最小,平均值为128.96mg/(m2@h);毛果苔草泥炭沼泽土土壤CO2排放通量介于小叶章草甸白浆土土壤和水稻田草甸白浆土土壤之间,平均值为247.08mg/(m2@h).湿地开垦为旱田,使湿地"碳汇"功能减弱或丧失,变成"碳源";湿地开垦为水田,是比较合理的湿地农业利用方式.     

氮素及水分添加对科尔沁沙地4种优势植物地上生物量分配的影响

氮素和水分是半干旱沙地生态系统植物生长主要的影响因素,氮沉降和降水量与降水格局的变化可能会对植物生长产生深刻影响,进而影响沙地生态系统功能。本文通过科尔沁沙地草地连续2年增加水分（夏季增雨,冬季增雪）、添加氮素和同时添加氮素和水分的田间试验,分析了不同处理对4种优势草本植物种（尖头叶藜Chenopodium acuminatum 、白草Pennisetum centrasiaticum 、糙隐子草Cleistogenes squarrosa 和狗尾草Setaria viridi ）地上生物量积累和分配的影响。结果表明：单纯添加氮素或水分对当地4种优势植物平均地上总生物量、各构件平均生物量及繁殖体和茎平均生物量分配无显著影响。夏季增雨×氮素添加使4种植物平均地上总生物量及各构件平均生物量在2010年显著增加,冬季增雪×氮素添加使叶生物量分配在2010年显著增加;但是在2012年各处理对生物量的分配影响不显著。这说明夏季增雨×氮素添加能够解除氮素对水分的限制作用,使植物将所获得的有限资源供于叶片生物量的积累和分配。但是添加氮素与水分影响的生物量分配变化程度因物种而异,对尖头叶藜、白草、糙隐子草的影响不明显,对狗尾草的影响显著。     

CO2浓度升高对三江平原湿地活性有机碳及土壤微生物的影响

利用开顶箱薰气室,设置正常大气CO2浓度(Ambient CO2,350 umol·mol-1)和高CO2浓度(Elevated CO2,700μmol·mol-1)2个水平和不施氮(NN,0 gN·m-2)、常氮(MN,5 gN·m-2)、高氮(HN,15 gN·m-2)3个氮素水平,研究CO2浓度升高和氮肥施用对三江平原草甸小叶章湿地(Calamagrostis angustifolia)土壤活性有机碳及微生物的影响。结果表明,CO2浓度升高条件下,土壤微生物量碳(MBC)和溶解性有机碳(DOC)呈增加趋势,易氧化有机碳(LOC)和水溶性碳水化合物碳(CHC)的变化因生长期和氮素水平而异。CO2浓度升高,小叶章湿地土壤微生物数量在不同的生长时期呈现不同的响应趋势。细菌数量在腊熟期增幅最大,为31.4%;真菌数量在腊熟期增加16.6%,成熟期增加24.3%;放线菌数量没有发生明显变化。相关分析表明,细菌、真菌和放线菌数量都与土壤微生物量碳呈显著相关。湿地土壤中的活性有机碳可以为土壤微生物提供更多的有效能量,从而加快湿地生态系统养分循环过程。     

大、小潮日闽江口短叶茳芏+芦苇沼泽甲烷排放通量日变化特征

利用"静态箱-悬浮箱-气相色谱法",分别在小潮日(2010年4月4～5日和9月2～3日)和大潮日(2010年4月14～15日和9月9～10日),在闽江口鳝鱼滩湿地的中高潮滩过渡区短叶茳芏(Cyperus malaccensis)+芦苇(Phragmites australis)沼泽中,取样并测定了该沼泽24h的甲烷排放通量,并同步对潮水水位、温度等环境因子进行了观测。研究结果表明,不论大、小潮日,总体上,沼泽是甲烷排放源,白天的甲烷排放通量大于夜间;4月、9月的2个小潮日的甲烷排放通量分别为4.43mg/(m2·h)和8.13mg/(m2·h),2个大潮日的甲烷排放通量分别为1.39mg/(m2·h)和3.25mg/(m2·h),小潮日甲烷排放通量明显大于大潮日;大潮日,涨落潮阶段的沼泽水-气界面甲烷排放通量低于非涨落潮阶段;温度和潮水水位是控制甲烷排放通量日变化的重要环境因子。     

板寨地下河大型水生植物调查及其固碳评价

为深入研究板寨地下河流域水生植物种类及其固碳潜力,于2014―2016年在植物高生长期和生长结束期对流域内水生植物进行物种鉴定及优势水生物种确定。最终通过对优势种群开展生物量及δ13Ｃ测试,推算其固碳潜力。结果表明：1）该地下河有大型水生植物28科、35属、41种,按其经济价值来分,可食用的6种,药用的33种,观赏的20种,具有较大经济开发潜力。2）流域内黑藻（Hydrilla verticillata）、竹叶眼子菜（Potamogeton malaianus）、小眼子菜（Potamogeton pusillus）、普生轮藻（Chara vulgaris）和金鱼藻（Ceratophyllum demersum）为优势种群,其生物量依次为136.70、225.00、16.00、172.00、17.00 g/m2。3）板寨地下河水生植物光合作用的固碳能力竹叶眼子菜最大,为111.83 gC/（a·m2）,小眼子菜最小,为7.95 gC/（a·m2）。4）板寨地下河水生植物利用作用碳源的比例平均为23.21％,即板寨地下河出口至下游无机碳年通量的损失量中,约23.21％是被水生植物固定下来,其固定的碳量为14.39 gC/（a·m2）,说明水生植物光合作用与岩溶作用相结合表现出巨大的固碳潜力。     

准噶尔荒漠小山蒜的形态与生物量特征及其相互关系

小山蒜(Allium pallasii)是中国新疆特有的类短命植物。调查了准噶尔荒漠16个20 m×20 m样地内小山蒜种群的分布概况,研究了小山蒜盛花期的生物学特征、器官生物量分配及其相互关系。结果表明:①小山蒜多生于沙丘中下部,密度为0.187株·m–2;平均株高为(22.93±5.15)cm,多为3片叶;花序近球形,平均半径(2.44±0.37)cm,纵断面角度211.39°±60.4°,表面积和体积分别为(50.95±34.19)cm2和(43.37±29.45)cm3。②其形态指标(平均叶长、4个花球指标及鳞茎直径)间、生物量指标(根生物量除外)间,及二者之间多为显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)正相关,协同生长关系较强。③小山蒜生物量分配呈鳞茎>花葶>花球>叶片>根的格局,根冠比为0.873,生殖分配占49.66%。④形态指标与生物量间均呈α<1的异速生长关系,而生物量指标间多为等速关系,其中地上、地下生物量间符合α=3/4的异速关系。⑤生物量估测表明,小山蒜单株地上生物量平均为0.312 g,单株地下生物量平均为0.264 g,种群总生物量密度仅为0.106 g·m-2,其生物量在整个荒漠生态系统中可忽略不计,但它作为准噶尔荒漠重要而独特的种质资源,应从多个方面深入研究,同时进行适当保护。     

古尔班通古特沙漠草本植物生物量分配特征

草本植物层片是古尔班通古特沙漠早春生产力的主要贡献者,为深入了解荒漠草本植物在群落水平上对荒漠环境的整体适应性,分析了沙漠中部1 hm2样地中草本植物层片地上与地下生物量分配关系,并验证了草本植物层片生物量与根冠比、物种丰富度以及植株密度之间的关系.结果 表明:(1)类短命植物囊果苔草(Carex physodes)是...     

干旱对陆地生态系统水碳过程的影响研究进展

在全球气候变化与生态系统研究领域中, 干旱对生态系统水碳过程的影响越来越受到重 视。在植物个体水平上, 干旱会引起植物叶片气孔导度降低, 溶质含量增加, 叶片变厚、地下生物 量比例增加等以减少水分损失。与此同时, 植物叶片的光合速率也因气孔导度的降低而下降。适 度的干旱通常会使植物利用效率得到提高。不同植物具有不同的水分利用策略, 它们的生理和形 态特征对干旱的响应表现出显著的差异性; 在群落或生态系统水平上, 干旱会影响群落冠层的生 理特性以及群落的结构组成, 从而引起生态系统的水碳循环过程的改变。主要体现为植被的光合 速率、呼吸速率、蒸腾速率降低, 而生态系统的水分利用效率在极端干旱条件下也可能降低。受干 旱影响, 植物群落耐旱植物所占比例增加, 群落的物种多样性和生产力也会降低。尽管目前有关 干旱对生态系统水碳过程影响在各个层面都已涉及, 但这些研究内容多是彼此孤立的, 为了深入 认识生态系统对干旱的响应机理, 还需要结合多种技术手段, 综合考虑生态系统水循环、碳循环、 氮循环等多过程间的耦合关系, 并建立生态系统不同层次间和时间尺度间机理联系的理论体系。     

Biomass and water partitioning in two age-related Caragana korshinskii plantations in desert steppe, northern China

Understanding of biomass and water allocation in plant populations will provide useful information on their growth pattern and resource allocation dynamics. By direct measurement, the biomass and water...     

人类活动影响下淡水沼泽湿地温室气体排放变化

利用静态箱/气相色谱法,研究了三江平原淡水沼泽湿地及垦殖农业利用下CO₂、CH₄、N₂O排放变化。不同类型湿地生长季土壤呼吸速率以季节性积水的小叶章草甸最大,湿地垦殖后土壤呼吸速率明显增大。不同类型沼泽湿地CH₄排放在时空两个方面都有明显的变化,与土壤水分条件、植物群落类型和生长状况有密切关系。沼泽湿地及垦殖后农田土壤在植物生长季都为N₂O的源,常年积水沼泽湿地在植物生长季N₂O排放通量值较小,而土壤水分常年处于非饱和的草甸灌丛土壤N₂O排放相对较高,垦殖后农田土壤N₂O排放通量最大,沼泽湿地土壤N₂O排放通量与土壤温度呈正相关关系,而垦殖后农田土壤不显著。