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)。     

白洋淀不同年龄芦苇根状茎中氮和磷含量

芦苇(Phragmites australis)是白洋淀水陆交错带区域典型的湿地植物,其具有庞大的地下根状茎,面积约6000 hm2.2011年11月,在白洋淀马堡村苇地采集了土壤和芦苇根状茎样品;依据等级结构等指标,将芦苇根状茎分为3个年龄组;对不同年龄组芦苇根状茎中氮和磷含量进行了测定,并分别计算了氮磷比率和生物富集系数.结果表明,0～1 a年龄组的芦苇根状茎中氮和磷含量分别为0.700％～1.297％和0.054％～0.122％; 2～3 a年龄组的芦苇根状茎中氮和磷含量分别为0.718％～0.911％和0.063％～0.084％; ＞3 a年龄组的芦苇根状茎中氮和磷含量分别为0.460％～0.663％和0.025％～0.069％.对比年龄为0～1 a、2～3 a和＞3a的白洋淀马堡村芦苇根状茎氮和磷含量发现,总体上,随着芦苇根状茎年龄的增加,其氮和磷含量在减少.在0～100 cm土壤深度中,各年龄组的芦苇根状茎氮含量与磷含量显著相关(p＜0.05).与磷元素相比,氮元素是白洋淀马堡村芦苇生长的主要限制因子.白洋淀马堡村芦苇根状茎中的氮和磷元素的富集系数大体上随着根状茎年龄的增加而减小,这可能与不同年龄芦苇根状茎的代谢能力有关.     

闽江河口湿地芦苇和互花米草氮、磷养分季节动态

于2007年对闽江河口湿地优势本地种芦苇(Phragmites australis)和外来入侵种互花米草(Spartina alterniflora)N、P养分含量与生物量进行1 a的观测.结果表明,两种植物地上部分N、P含量的器官分配模式为叶最高,花次之,茎最低,其中芦苇叶N含量显著高于互花米草(n=3,p<0.05);两种植物绿色部分N、P含量高于立枯部分;季节动态为冬、春季节高于夏、秋季节;N、P积累在不同器官的分布大致趋势为叶最高,茎次之,花最低,其中互花米草绿色茎和绿色叶N、P积累量显著高于芦苇(n=3,p<0.05);芦苇地下部分N、P含量变化趋势为0～15 cm最高,15～30 cm次之,30～60 cm最低,而互花米草与之相反;两种植物地下N、P积累量变化都为0～15 cm最高,15～30 cm次之,30～60 cm最低;芦苇地下部分N、P积累量在各个季节始终高于地上部分,但互花米草与之相反.从N/P看,N素为两种植物生产力的重要限制营养因子.     

浙闽沪滨海感潮沼泽主要草本植物生物硅含量特征

硅元素是植物生长发育必需的生源元素之一,在湿地生物地球化学循环中起着重要作用。在福建省、浙江省和上海市的18处滨海感潮沼泽中,采集主要的草本植物样品,测定其生物硅含量。研究结果表明,同一种植物的生物硅含量在不同纬度的河口或海湾差异显著,呈线性变化规律;在区域尺度,不同草本植物的生物硅含量差异明显,禾本科(Poaceae)植物芦苇(Phragmites australis)、互花米草(Spartina alterniflora)和莎草科(Cyperaceae)植物短叶茳芏(Cyperus malaccensis)、海三棱藨草(Scirpus mariqueter)、藨草(Scirpus triqueter)的生物硅含量显著高于藜科(Chenopodiaceae)植物南方碱蓬(Suaeda australis),其中芦苇的生物硅含量[(43.3±3.5) mg/g]最高,南方碱蓬的生物硅含量[(5.1±0.6) mg/g]最低;同种植物不同器官的生物硅含量也具有显著差异,互花米草叶片和叶鞘的生物硅含量显著高于茎和穗,芦苇叶鞘的生物硅含量显著高于叶片、茎和穗;互花米草、芦苇、短叶茳芏和南方碱...     

三种水生植物枯落物分解特征与人工湿地渗透系数

于2015年5月6日,开展模拟人工湿地实验,研究美人蕉(Canna indica)、芦苇(Phragmites australias)和香蒲(Typha orientalis)地上部分(茎、叶)和地下部分(根)枯落物的分解特征及其对人工湿地渗透系数的影响。结果表明,在枯落物分解期间,美人蕉茎、叶枯落物的分解率最大,其次为芦苇的,香蒲的最小;在分解的第302天,香蒲、美人蕉和芦苇根枯落物的分解率分别为90.6%、89.3%和73.4%,美人蕉、芦苇和香蒲茎、叶枯落物的分解率分别为93.1%、54.7%和51.4%,美人蕉茎、叶枯落物分解率高与其初始氮含量较高和木质素含量较低有关。3种水生植物枯落物的分解率与植物枯落物中的碳氮比显著负相关(p0.01),与木质素与氮之比显著负相关(p0.05)。与未添加水生植物枯落物的人工湿地相比,添加香蒲、美人蕉和芦苇茎、叶枯落物的人工湿地渗透系数分别下降了24.1%、16.7%和23.4%。在人工湿地中,种植木质素含量低的美人蕉,有利于缓解人工湿地堵塞。     

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。     

九段沙上沙湿地植物钾元素的分布、积累与动态

2005年4～12月,逐月对长江口九段沙上沙湿地生态系统主要植物群落进行了定位样品采集与生态环境因子监测。通过对样品的分析化验,研究了该区典型湿地植物群落的海三棱蔗草（Scirpus mariqueter）、互花米草（Spartina alterniflora）和芦苇（Phragmites australis）3种植物中钾元素的空间分布特征和时间动态变化规律,揭示了上沙主要类型湿地植物钾元素的含量特征、分布、迁移与积累规律。结果表明：①上沙不同湿地群落植物钾元素的含量与分布规律存在差异,3种植物相比,叶、叶鞘和茎或秆的钾含量均以海三棱蔗草最高;果实和地下部分的钾含量以芦苇最高;叶和地下部分的钾含量以互花米草最低。3种植物果实钾含量的差异最大,地下部分钾含量的差异最小。海三棱蔗草叶的钾含量最高,其次为秆、叶鞘和根,果实的钾含量最低。互花米草茎的钾含量最高,其次为叶、果实、叶鞘与根,须根的钾含量最低。芦苇果实的钾含量最高,其次为叶、茎、根状茎与叶鞘,根的钾含量最低。②不同时期,植物钾元素贮量受钾元素含量和生物量的影响程度存在差异,但总体影响程度基本相当。芦苇钾元素贮量最高,互花米草其次,海三棱蔗草最低。3种植物叶的钾贮量差异最小,而地下部分的钾贮量差异最大。③植物中钾元素含量随植物生长发育过程而呈动态变化。不同植物以及不同植物构件中钾含量变化规律有明显的共性,3种植物总体表现为,随着生长进程,植物钾含量逐渐减少。植物生长初期,茎的钾含量最高,地下部分钾含量最低;旺盛生长期,叶的钾含量普遍比较高,最低值不一致;生长末期最后阶段,地下部分钾含量最高,叶鞘的钾含量最低。     

水文恢复与河蟹养殖对盐碱化沼泽芦苇种群有性生殖特征的影响

芦苇(Phragmites australis)是松嫩平原西部盐碱化沼泽植物群落的优势物种,恢复和扩大芦苇种群有利于松嫩平原西部生态脆弱区的保护和修复。与利用根状茎恢复方法相比,采集芦苇种子破坏性小、更易获取,但芦苇有性生殖能力弱,种子成熟率低。于2021年10月12日,在中国科学院东北地理与农业生态研究所松嫩平原西部盐碱湿地生态研究站的退化区、水文恢复区和养殖河蟹区,收割芦苇样品,测定芦苇的生长指标和有性生殖指标,分析水文恢复和河蟹养殖对芦苇有性生殖特征的影响。研究结果表明,河蟹养殖区和水文恢复区芦苇种群株高、穗长、抽穗数、抽穗率、单穗总花数和结实数的平均值都显著大于退化区(p<0.05),河蟹养殖区的芦苇种群株高和抽穗率的平均值显著大于水文恢复区(p<0.05);河蟹养殖区的芦苇种群密度平均值显著小于退化区(p<0.05);退化区芦苇种群穗的全碳和全氮含量平均值都显著小于水文恢复区和养殖河蟹区(p<0.05),碳氮比平均值显著大于水文恢复区和河蟹养殖区(p<0.05),退化区、水文恢复区和河蟹养殖区内芦苇种群茎叶的全碳、全氮含量以及碳氮比差异都不显著(...     

闽江河口湿地沉积物有机磷和无机磷含量及垂直分布特征

对闽江河口最大的鳝鱼滩湿地沉积物有机磷和无机磷含量及垂直分布特征研究表明:闽江河口湿地沉积物有机磷含量在0.01~0.21 g kg-1之间,占全磷含量的3.1%~28.8%,无机磷含量在0.14~1.40g kg-1之间,占全磷含量的60%~96.9%;无机磷是闽江河口湿地沉积物中磷的主要赋存形态;3种优势植物芦苇(Phragm ites australis)、咸草(Cyperus malaccensis var.)和藨草(Scirpus triqueter)湿地沉积物有机磷和无机磷含量的总体趋势为:芦苇湿地咸草湿地藨草湿地;沉积物有机磷和无机磷含量与有机碳和全氮含量均呈极显著正相关(P0.01),与沉积物容重呈极显著负相关(P0.01),与盐度呈显著负相关(P0.05),与pH呈极显著正相关(P0.01).     

太湖滨岸带芦苇区沉积物磷的特征

为了进一步揭示大型水生植物对湖泊滨岸带沉积物磷的生物地球化学影响,探讨芦苇(Phragmites austra-lis)群落对沉积物磷的生态效应,于2003年9月18日、10月17日和12月3日,用柱状采样器分别在太湖梅梁湾滨岸带芦苇区和无草对照区采样。用HClO4-H2SO4消化法和H2SO4-H2O2消煮法测定芦苇区和对照区沉积物及芦苇根、茎组织中的总磷含量。结果表明,在芦苇生长旺盛期(9月),芦苇区和对照区沉积物的总磷含量最高,在芦苇生长的衰弱期(10月),其总磷含量次之,在芦苇生长的枯萎期(12月),其总磷含量最低;对照区沉积物距地表0～2cm的表层是磷的富集峰值层,而芦苇生长区距地表4～7cm的沉积物层为磷的富集峰值层;芦苇须根对磷的富集效应大于其根状茎,而芦苇根状茎对磷的富集效应又大于其茎,但它们的总磷含量都小于距根0～2cm范围芦苇根际沉积物的总磷含量。     

河流氮输出对人类活动净氮输入的响应

由人类活动产生的氮排放是影响河流氮通量输出的关键,本研究基于人类活动净氮输入模型和流域分布式水文模型(SWAT),计算了山美水库流域2001—2010年人为氮排放强度,模拟估算了同期的河流氮通量,对山美水库河流氮输出与人类活动净氮输入(NANI)之间的响应特征进行研究。结果表明,2001—2010年间,山美水库流域年均人类活动净氮输入强度为11 023 kg N·km^-2,其中氮肥施用量占NANI总量的60%,是NANI的主要来源;河流氮通量的年际变化特征深受河流年径流变化影响,与NANI并无显著相关;NANI、滞留氮库以及自然背景源对流域河流氮输出总量的贡献率分别达到52%、44%和4%,包括NANI和滞留氮库在内的人为氮输入是影响山美水库流域河流氮通量输出的关键因素。     

稳定氮同位素示踪技术在湿地脱氮研究中的应用进展

稳定同位素示踪技术广泛应用于现代环境科学研究中。其中,15^N作为氮循环过程唯一适用的示踪剂,在有关氮循环引发的环境污染问题的研究中发挥了极其重要的作用。湿地脱氮是湿地水质净化功能的重要体现,此过程有助于有效地减少受纳水体的外源氮负荷。在概述稳定氮同位素示踪原理和湿地脱氮过程的基础上,从湿地脱氮驱动机制、关键限制因素分析、脱氮定量研究3方面阐述15^N示踪技术在湿地脱氮研究中的应用,并展望了该技术在湿地脱氮研究中的应用前景。     

土壤氮、盐浓度对盐角草(Salicornia europaea)生长发育及氮素吸收的影响

以盐生植物盐角草(Salicornia europaea)为材料,以NaCl模拟不同盐度环境,盆栽试验了氮(0.3g·kg-1,N1;0.6g·kg-1,N2;1.2g·kg-1,N3;2.4g·kg-1,N4)、盐(2.5g·kg-1,S1;5.0g·kg-1,S2;7.5g·kg-1,S3)处理对其生长发育及氮素吸收利用的影响。结果表明:(1)不同盐度下施氮均可以显著促进盐角草的生长,地上部干质量均在N2处理下达到最大,而株高均在N1时达到最高,且施氮对盐角草生长的影响与盐度有关;(2)不同盐度环境下施氮所能达到的最高干物质产量及最高施氮限量不同,表现为S3S1S2,随着施氮量的增加,氮素生产力与氮素农学利用效率均表现出下降的趋势;(3)施氮显著增加了盐角草各器官含氮量及氮吸收量,同一施氮水平下盐角草各器官含氮量及氮吸收量均表现为同化枝茎根;(4)同一施氮水平下,随着盐度的增加,盐角草同化枝渗透势显著下降,同一盐度环境下,随着施氮量的增加,同化枝渗透势呈现出下降趋势,渗透调节能力增大;(5)3个盐度环境下,施氮均增加盐角草同化枝光合色素含量,从而提高光合效率,增强其对盐渍环境的适应能力。     

硝酸盐氮同位素指示的青海湟水河中可能的氮污染来源

系统测定了青海湟水河枯水期河水的硝酸盐(NO-₃)含量及其氮同位素组成(δ¹⁵N-NO-₃),详细分析了青海湟水河流域硝酸盐浓度及氮同位素组成的变化特征,基于此初步探讨了河水中可能的氮污染来源。结果显示,研究时段内湟水河河水的NO-₃浓度范围为0.1~38.0 mg/L,平均值为15.9 mg/L,约56%的河水样品中的NO-₃含量超过我国《地表水环境质量标准》中V类水氮含量的标准限值。湟水河河水δ¹⁵N-NO-₃值的变化范围为+2.7‰~+16.8‰,平均值为+8.5‰,反映出受不同氮来源的影响。总体而言,湟水河NO-₃浓度自源头至下游整体呈增大趋势,但各区段δ¹⁵N-NO-₃值的变化幅度却存在较大差异。对比分析发现,流域内河水较高的δ¹⁵N-NO-₃值可能指示河水中的硝态氮主要来源于工业生产以及人类生活排放的污水或粪便;而较低的δ¹⁵N-NO-₃值指示河水中的硝态氮主要来源于大气氮沉降或与农业活动有关的土壤。     

耕作方式对西南地区紫色水稻土全氮及碱解氮的影响

以位于西南大学试验农场的紫色土长期免耕试验田为研究对象,探讨了不同耕作方式-冬水田平作(DP)、水旱轮作(SH)、垄作免耕(LM)、厢作免耕(XM)和垄作翻耕(LF)对紫色水稻土全氮及碱解氮的影响。结果表明,在0~60 cm的土壤深度内,不同耕作方式下土壤全氮的含量为LM (1.53 g/kg)>DP (1.50 g/kg)>XM (1.32 g/kg)>LF (1.31 g/kg)>SH (1.16 g/kg),碱解氮为DP (111.48 mg/kg)>LM (105.20 mg/kg)>SH (101.97 mg/kg)>LF (97.26 mg/kg)>XM (95.19 mg/kg),长期垄作免耕有利于土壤中全氮的提高。不同耕作处理下土壤C/N在7.96~16.56之间,免耕农作更有利于有机质矿化过程中养分的释放。     

亚热带地区典型林分氮保留能力的差异及δ~(15)N空间垂直分异特征

δ~(15)N空间垂直分异特征可以有效指示森林生态系统土壤氮保留能力。以中国亚热带典型林分(天然林、格氏栲人工林、杉木人工林、闽粤栲人工林、闽楠人工林)为对象,通过对比其当年生叶片、凋落物及不同深度的土壤氮稳定同位素,研究林分类型对植物、土壤氮稳定同位素的影响及森林生态系统垂直空间氮稳定同位素分异特征,并探讨了不同林分土壤氮保留能力的差异。结果表明:不同林分当年生叶片、凋落物及0~10 cm和10~20 cm土壤δ~(15)N均具有显著差异,其中杉木人工林中这些δ~(15)N值显著高于其他4种林分类型,δ~(15)N在0~40 cm土层随深度的增加而显著增加,40~100 cm各土层δ~(15)N差异均不显著。另外,不同林分叶片~(15)N富集指数(EF)存在显著差异,呈现出杉木人工林的EF值较接近于0的趋势。研究表明,与阔叶人工林相比,杉木人工林由于较高的土壤净硝化速率、硝态氮含量及叶片、凋落物、土壤δ~(15)N值和较接近于0的叶片~(15)N富集指数,其土壤氮保留能力较阔叶人工林和天然林更差。     

北江流域氮收支估算

根据2006年北江流域的基本统计数据和相关参数,对该地区氮的收支进行了估算和环境影响分析.2006年北江流域的氮输入量为39.52×104 t,单位国土面积接收的氮量为84.61 kg/hm2·a,稍高于全国和长江流域,也高于世界一些大河流域.在氮的输出中,约38.61﹪的氮通过珠江口输送到中国南海,27.80﹪的氮通过反硝化和9.13﹪的氮通过氨挥发进入大气,剩余24.46﹪的氮储存在流域内.研究发现,北江流域的主要氮输入源均与农业活动有关,氮输入源分布的地区差异较大,单位面积接收总氮量主要受经济发达程度的影响.     

植被功能型、气候和土壤氮素对中国东部南北样带叶片氮浓度空间格局的影响

我们通过采集中国东部南北样带（NSTEC）上112个样点的102种植物叶片样品,分析了植物叶片氮浓度对植被功能型（PFTs）以及环境因素的响应特征。研究结果表明：（1）植物叶片氮浓度均值为17．7mg.g^-1,最大值和最小值分别出现在落叶阔叶植物和常绿针叶植物中。对乔木而言,叶片氮浓度表现为落叶植物〉常绿植物,阔叶植物〉针叶植物;乔木和灌木的叶片氮浓度显著高于草本植物,而乔木和灌木之间则无显著差异。（2）叶片氮浓度与年均温度（MAT）呈现凸型二次曲线关系,与年均降水量（MAP）则呈现显著的线性负相关关系,与土壤氮素浓度（Nsoil）则线性正相关,并且这种关系并不随着植被功能型的改变而改变。（3）PFTs,气候和Nsoil共同解释植物叶片氮浓度空间格局变异的46．1％,其中PFTs,气候和Nsoil可分别独立解释植物叶片氮浓度空间格局变异的15．6％,2．3％,4．7％。该研究结果表明,气候和土壤氮素对植物叶片氮浓度的影响主要是通过作用于生态系统中的物种组成,而非直接作用实现的。这种基于较大区域尺度上的野外观测分析有助于我们准确的理解植被功能型和环境因素对叶片氮浓度变异的影响机制。     

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.     

曝气对人工湿地氮去除效果的影响

选择不同的植物组合,分别在6组复合垂直流人工湿地的下行池、上行池种植金边石菖蒲(Acorus gramineus)、宽叶泽苔(Caldesia renif ormis);慈姑(Sagittaria sagittif olia)、水葱(Scirpus validus);灯芯草(Juncus effuses)、梭鱼草(Po...