湿地植物香蒲光合特性及其影响因素分析

以湿地植物香蒲为材料,在水平潜流人工湿地处理单元中,采用便携式LI-6400光合作用测定仪测定其成熟叶片净光合速率(Pn)日变化,研究其光合生理生态特性。结果表明:香蒲叶片净光合速率(Pn)日变化呈双峰曲线,主峰(22.0μmol.m-2.s-1)出现在9:00左右,次峰(16.9μmol.m-2.s-1)出现在15:00,光合"午休"现象明显,且非气孔限制是产生光合"午休"的主要原因。用逐步多元回归方法得到净光合速率日变化与主要生理生态因子的回归方程为:yPn=0.7692+29.7059 xGs-0.7689xTr+0.014 2 xPAR(复相关系数0.9563,显著水平P=0.0001;叶片净光合速率Pn,μmol.m-2.s-1;气孔导度Gs,mol.m-2.s-1;蒸腾速率Tr,mmol.m-2.s-1;光合有效辐射PAR,μmol.m-2.s-1)。偏相关分析和通径分析的结果表明Gs、Tr和PAR与Pn的日变化显著相关,是影响香蒲Pn的主要因子,影响大小的顺序为:Gs>PAR>Tr。香蒲叶片Pn-PAR的响应曲线方程为yPn=-5×10-6 xPAR 2+0.0207 xPAR-1.3728(相关系数0.9935,显著水平p=0.000 1),光补偿点、光饱和点和表观量子效率分别为32.9μmol.m-2.s-1、147 6μmol.m-2.s-1、0.023 3 mol.mol-1;Pn-CO2的响应曲线方程为yPn=-2×10-5 w(CO2)2+0.054 9 w(CO2)-1.44 4(相关系数0.9694,显著水平p=0.000 1;w(CO2)单位为μmol.mol-1),CO2补偿点、CO2饱和点和羧化效率分别为23.7μmol.mol-1、621.4μmol.mol-1和0.0768 mol.m-2.s-1。     

Effects of Nitrogen Addition on Plant Functional Traits in Freshwater Wetland of Sanjiang Plain,Northeast China

To clarify the responses of plant functional traits to nitrogen（N） enrichment, we investigated the whole-plant traits（plant height and aboveground biomass）, leaf morphological（specific leaf area（SLA） and leaf dry mass content（LDMC）） and chemical traits（leaf N concentration（LNC） and leaf phosphorus（P） concentration（LPC）） of Deyeuxia angustifolia and Glyceria spiculosa following seven consecutive years of N addition at four rates（0 g N/（m^2·yr）, 6 g N/（m^2·yr）, 12 g N/（m^2·yr） and 24 g N/（m^2·yr）） in a freshwater marsh in the Sanjiang Plain, Northeast China. The results showed that, for both D. angustifolia and G. spiculosa, N addition generally increased plant height, leaf, stem and total aboveground biomass, but did not cause changes in SLA and LDMC. Moreover, increased N availability caused an increase in LNC, and did not affect LPC. Thus, N addition decreased leaf C∶N ratio, but caused an increase in leaf N∶P ratio, and did not affect leaf C∶P ratio. Our results suggest that, in the mid-term, elevated N loading does not alter leaf morphological traits, but causes substantial changes in whole-plant traits and leaf chemical traits in temperate freshwater wetlands. These may help to better understand the effects of N enrichment on plant functional traits and thus ecosystem structure and functioning in freshwater wetlands.     

模拟氮沉降对三江平原湿地小叶章生物量及分配的影响

在非淹水、淹水两种水分条件下模拟氮沉降变化(分别相当于氮沉降0g/(m2.a)、1g/(m2.a)、3g/(m2.a)、5g/(m2.a))对三江平原典型湿地植物小叶章生物量及其分配的影响。结果表明,不同水分状况下氮沉降均促进小叶章生物量的积累,且以N5水平下生物量增加最多(p<0.05)。小叶章各器官生物量增长程度对氮沉降的响应并不一致:非淹水条件下根生物量平均增长最大(54.5%),其次是叶(31%)、茎(19.2%);淹水条件下小叶章各部位的生物量增长更为显著,其中根生物量平均增长124.7%,叶、茎生物量分别增长62%和61.1%。氮沉降明显促进了根生物量的积累,提高根生物量的分配比例。生长季的氮沉降对于改变湿地的营养状况、刺激植物生长具有直接的生态意义。     

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。     

三江平原小叶章湿地枯落物和根分解及其硫元素释放动态

在三江平原小叶章(Calamagrostis angustifolia)典型草甸湿地和小叶章沼泽化草甸湿地中,利用分解袋法研究了小叶章的枯落物和根的分解及其硫元素释放动态。结果表明,在两种类型湿地中,小叶章枯落物和根的分解模式相同,都为快、慢交替的变化模式;但它们的分解速率不同,其原因主要是两种湿地的微环境和分解袋的投放方式不同。经过450 d的分解之后,在小叶章典型草甸和小叶章沼泽化草甸湿地中,小叶章枯落物的干物质损失率分别为32.31%和36.10%,相应的分解速率分别为0.0005797 d-1和0.0006321 d-1,而小叶章根的干物质损失率分别为60.75%和33.68%,其相应的分解速率分别为0.00153 d-1和0.0006412 d-1。在两种类型湿地中,小叶章枯落物和根中的总硫含量都呈波动性变化,小叶章枯落物中硫的释放模式为淋溶、固持、释放,根中硫的释放模式为固持、释放,C/S比值是影响硫发生固持或释放的主要因素。     

沙枣树干液流的动态研究

利用热平衡方法,研究了黑河下游额济纳绿洲中沙枣(Elaeagnus angustifolia L.)树干液流的特点及其与环境因子的关系,结果表明：①在整个生长季的晴天, 沙枣树干液流的日变化呈现明显的单峰窄峰曲线;液流在10：00时迅速上升,在12：00时达到高峰,14：00时又迅速下降;日累计液流为2.43 L·d－1,白天液流量占全天的92.6%~93.9％,晚上占6.1%~7.4％;由于存在根压,沙枣在夜间有微弱上升液流。② 1月份液流量最小为22.0 L;7月份最大,为76.6 L;非生长季节的液流量占全年液流的35.6％;生长季节占64.4％。③生长季液流速率与环境因子逐步回归分析表明,树干液流受环境因子的综合影响,在日变化中大小依次是净辐射、总辐射、空气温度、风速和相对湿度,相关系数为0.69,决定系数为0.49;在季节变化中影响大小依次是空气温度、总辐射、净辐射、相对湿度和风速,相关系数和决定系数都是0.91。     

黑河中游沙枣树干液流的动态变化及其与林木个体生长的关系

利用热脉冲树干液流仪, 在生长季节对黑河中游防风固沙树种沙枣树干液流速率进行了连续观测, 结果表明: 沙枣树干液流速率没有明显的昼夜变化规律, 树干液流日平均值在(1.41±0.52)~(2.00±0.66)g·cm^-2·h^-1之间; 树干液流速率8月份最高, 7月份次之, 6月与9月份基本一致。不同的单株在相同月份平均树干液流速率存在差异。树干液流与树木的胸径、胸径的平方与树高之积呈复合指数函数关系, 与边材面积呈线性关系, 与叶面积指数呈现三次幂函数关系。     

极度干旱区不同灌水量下沙枣防护林根系分布特征

研究滴灌条件下极端干旱区防护林的根系生长, 对研究制定科学的防护林灌溉制度和维护绿洲防护林稳定性有重要意义。以塔里木河下游尾闾绿洲--喀拉米吉绿洲滴灌沙枣防护林体系为研究对象, 设置了3 个滴灌量梯度(18 L、30 L、48 L), 分析了极端干旱区沙枣防护林在不同灌水量处理下的根系分布特征。结果表明:①长期采用滴灌后, 沙枣根系大部分分布在较浅的土层(以地下0～40 cm为主), 越往下分枝能力越小, 沙枣根系生物量在0～60 cm土层中累计百分比达86%。②灌水量梯度不断增加后, 导致了根系总生物量随之增加, 但不会导致深层土壤根系持续增加, 因此, 即使用48 L的灌水量形成更深的土壤湿润层, 林木根系下扎能力与深度没有表现出随之增加的趋势。48 L滴灌量处理下, 土层根系含量20～40cm/0～20cm的比值较小(仅为0.6), 生物量主要集中在表层;30 L处理下, 土层根系含量20～40cm/0～20cm的比值较大(0.75)。③粗根(φ≥5 mm)数量随着滴灌量的增大而增多, 30 L滴灌量处理下, 5 mm>φ>2 mm的根最多;18 L滴灌量处理下, φ≥5 mm的根与φ≤2 mm的根系数量均最少。建议大规模防护林的灌溉中应采取多样化的灌溉制度, 才可达到极端干旱区防护林体系的可持续发展:棉林争水季节(5-7 月)适当亏缺灌溉, 8月以后可增加灌水量或1～2 次灌水。     

小叶章湿地系统对污水中磷的净化模拟研究

2008年5～9月,在三江平原小叶章(Calamagrostis angustifolia)湿地中,通过在模拟桶中人工加入3种浓度的含磷污水进行湿地系统对污水中磷的净化模拟研究.结果表明,小叶章湿地系统对污水中正磷酸盐的净化效率较高,平均净化率为85.26%;小叶章主要生长过程中的各生长阶段对湿地系统净化污水中正磷酸盐效率的影响显著(n=60, p<0.05);在小叶章慢速生长阶段至衰老阶段(7月8日～9月30日),湿地系统对污水中正磷酸盐的净化率逐渐降低;小叶章湿地系统对污水中有机磷的净化效率较差,平均净化率为11.64%;生长阶段对小叶章湿地系统净化污水中有机磷效率的影响显著(n=60, p<0.01);小叶章慢速生长阶段至衰老阶段,湿地系统对污水中有机磷的净化率逐渐降低.磷输入浓度由5 mg/L增加到10 mg/L时,磷输入浓度增加对小叶章湿地系统净化污水中正磷酸盐效率的影响不明显,对净化污水中有机磷效率的影响显著(n=60, p<0.01),且在小叶章不同生长阶段,其影响也不同.在小叶章快速生长阶段(6月10日～7月7日);磷输入浓度由10 mg/L增加到20 mg/L时,小叶章湿地系统净化污水中正磷酸盐的效率显著降低(n=24, p<0.01),净化污水中有机磷的效率显著升高(n=24, p<0.05).