氮和枯落物添加对闽江河口湿地土壤CO_2释放的影响

土壤CO_2释放是土壤碳转化的关键过程。氮(N)添加及植物枯落物的分解对湿地土壤CO_2释放速率有显著影响,在全球大气CO_2浓度和气候变化中具有重要作用。本研究选取闽江河口湿地土壤为研究对象,通过24 d的短期培养实验,研究不同氮浓度和不同枯落物添加对闽江河口湿地土壤CO_2释放速率的影响。结果表明:(1)短叶茳芏(Cyperus malaccensis)和互花米草(Spartina alterniflora)两种植物枯落物添加处理显著促进了湿地土壤CO_2释放速率(P0.05),也显著增加了闽江河口湿地土壤溶解性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)和pH(P0.05)。两种枯落物添加处理下,培养初期(0～9 d)枯落物可溶性有机碳快速释放和pH升高可能是导致土壤CO_2释放峰值时间提前的主要因素。(2)枯落物添加后不同浓度氮输入对湿地土壤CO_2释放速率均具有显著影响(P0.001),但两种枯落物对土壤CO_2释放速率的影响并无显著差异(P0.05)。土壤微生物量碳(MBC)、土壤微生物量氮(MBN)的变化是影响不同枯落物在氮添加后培养前、后期土壤CO_2释放差异的重要原因。     

不同水淹环境下河口感潮湿地枯落物分解及营养动态

采用分解袋法,以我国东南沿海典型的感潮河口--闽江河口最大的鳝鱼滩湿地为研究区域,选取2个潮水水淹环境差异显著的地段(一个为近潮沟地段,另一个为远潮沟地段)为研究样地,对闽江河口主要的本地种芦苇、短叶茳芏及外来人侵种互花米草枯落物分解过程及影响因素进行研究,结果表明:(1)经常性的潮汐水淹对3种植物枯落物分解速率的影响不显著;(2)经常性的潮汐水淹促进了短叶茳芏和互花米草枯落物N、P元素的损失,但对芦苇的影响不大;(3)在2种不同的水淹环境,3种植物枯落物分解速率由快到慢的顺序均是短叶茳芏>互花米草>和芦苇,分解速率在0.003166～0.005280 d-1之间,95%干物质分解需要的时间在1.56～2.61 a之间;(4)C浓度基本稳定,N浓度呈上升趋势,总N在研究末期表现为净损失,P浓度呈较大的波动,总P在研究末期也表现为净损失;(5)具有最低C/P的短叶茳芏枯落物分解速率最快.     

氮输入对闽江河口湿地土壤有机碳矿化的影响

以闽江河口湿地高潮滩和中潮滩短叶茳芏(Cyperus malaccensis L.)湿地土壤为研究对象,采用室内模拟实验,探讨不同形态及浓度氮(对照组—CK、氨态氮低氮组—N-1、氨态氮高氮组—N-2、硝态氮低氮组—X-1和硝态氮高氮组—X-2)输入对河口湿地(高、中潮滩)土壤有机碳矿化的影响。结果表明:1)随着培养时间的延长,在不同氮处理下的土壤有机碳矿化速率均表现为先增加后减少的趋势,总体上在培养的第4 d达到最大值,而后逐渐下降,15 d左右以后趋于稳定。2)氮输入对土壤有机碳矿化总体上起了一定的抑制作用,尤其在培养初期(第1 d和4 d),不同氮输入处理有机碳矿化速率均显著低于CK组(P0.05);培养15 d后,高潮滩各氮输入处理(N-1、N-2、X-1和X-2)土壤有机碳累积矿化量均显著低于CK,而中潮滩土壤累积矿化量表现为CKN-1N-2X-1X-2。3)不同氮浓度和形态的抑制程度有所不同,总体上随氮输入的增加,对有机碳矿化抑制作用增强,而同一浓度下,硝态氮的抑制作用较强于铵态氮。4)高潮滩土壤的有机碳矿化速率和碳的矿化累积量均显著高于中潮滩土壤(P0.05)。     

氮输入条件下闽江河口沼泽土壤的反硝化速率

以闽江河口沼泽高潮滩和中潮滩短叶茳芏(Cyperus malaccensis)沼泽土壤为研究对象,通过室内培养,采用乙炔抑制法,研究不同形态和含量5种处理的氮输入对高潮滩和中潮滩土壤反硝化作用的影响。结果表明,铵态氮输入对高潮滩和中潮滩土壤反硝化速率无显著影响,而混合形态氮输入在一定程度上促进了土壤(高潮滩和中潮滩)反硝化速率;高潮滩和中潮滩土壤反硝化对混合形态氮输入响应存在差异,混合氮低氮和高氮处理都较大程度促进了高潮滩土壤反硝化速率,其增加比例分别为378.14%和475.17%,而混合氮低氮处理对中潮滩土壤反硝化速率促进作用较小,增加比例为147.86%,混合氮高氮处理土壤反硝化速率增加比例高达1 349.32%;28 d培养期间,对照处理、铵态氮输入处理和中潮滩混合氮低氮处理下,随着培养时间的延长,土壤反硝化速率略有升高,而混合形态氮输入(除中潮滩混合氮低氮处理外)下降。     

基于分解袋法的闽江河口芦苇和短叶茳芏枯落物的残留率和分解速率北大核心CSCD

以闽江河口鳝鱼滩的芦苇(Phragmites australis)群落、短叶茳芏(Cyperus malaccensis)群落和芦苇+短叶茳芏群落植物枯落物为研究对象,采用分解袋法,2016年2月19日～2017年2月28日期间,研究了不同群落中两种植物枯落物的残留率和分解速率。结果表明,芦苇群落和芦苇+短叶茳芏群落中的芦苇枯落物的残留率分别为35.87%和28.67%,短叶茳芏群落和芦苇+短叶茳芏群落中的短叶茳芏枯落物的残留率分别为7.00%和9.57%;短叶茳芏群落和芦苇+短叶茳芏群落中的短叶茳芏枯落物的分解速率分别为0.007 292 g/d和0.006 150g/d;芦苇+短叶茳芏群落和芦苇群落中的芦苇枯落物的分解速率分别为0.003 243 g/d和0.002 607 g/d。芦苇+短叶茳芏群落中的芦苇枯落物分解的更快;芦苇+短叶茳芏群落中的短叶茳芏枯落物分解的较慢。     

基于分解袋法的闽江河口芦苇和短叶茳芏枯落物的残留率和分解速率

以闽江河口鳝鱼滩的芦苇(Phragmites australis)群落、短叶茳芏(Cyperus malaccensis)群落和芦苇+短叶茳芏群落植物枯落物为研究对象,采用分解袋法,2016年2月19日～2017年2月28日期间,研究了不同群落中两种植物枯落物的残留率和分解速率。结果表明,芦苇群落和芦苇+短叶茳芏群落中的芦苇枯落物的残留率分别为35.87%和28.67%,短叶茳芏群落和芦苇+短叶茳芏群落中的短叶茳芏枯落物的残留率分别为7.00%和9.57%;短叶茳芏群落和芦苇+短叶茳芏群落中的短叶茳芏枯落物的分解速率分别为0.007 292 g/d和0.006 150g/d;芦苇+短叶茳芏群落和芦苇群落中的芦苇枯落物的分解速率分别为0.003 243 g/d和0.002 607 g/d。芦苇+短叶茳芏群落中的芦苇枯落物分解的更快;芦苇+短叶茳芏群落中的短叶茳芏枯落物分解的较慢。     

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。     

闽江河口湿地生物地球化学元素循环研究进展

河口湿地是陆地、海洋和大气之间各种过程相互作用最为活跃的地带,是对全球变化和人类活动响应最敏感的生态系统之一。围绕近10年来在闽江河口自然与人工湿地开展的生源元素生物地球化学循环、温室气体排放和生态化学计量学等方面取得的主要成果进行回顾与总结,并对今后开展氮负荷增强对湿地碳硫循环等关键过程(枯落物分解、甲烷排放通量和硫转化等)的影响,以及富硅生物炭对水稻土铁代谢与碳固持的影响等研究工作提出设想,以期为进一步深入开展闽江河口湿地研究提供参考。     

氮输入和互花米草入侵下闽江河口潮滩土壤甲烷氧化速率研究北大核心CSCD

通过室内培养实验,研究了自然状态(对照)、外源铵态氮(NH_4Cl)和硝态氮(KNO_3)的3种浓度输入(1 g/m^2、2 g/m^2和4 g/m^2氮)和互花米草入侵下,闽江河口短叶茳芏(Cyperus malaccensis)潮滩土壤甲烷氧化速率。结果表明,与自然状态下相比,总体上,氨态氮输入促进了短叶茳芏潮滩土壤甲烷氧化,且随着氮输入浓度的增加,其促进作用逐渐增大;而硝态氮输入却抑制了短叶茳芏潮滩土壤的甲烷氧化,输入的硝态氮浓度越高,甲烷氧化速率越小;氮输入对潮滩土壤甲烷氧化速率无显著影响。互花米草(Spartina alterniflora)潮滩土壤的甲烷氧化速率高于短叶茳芏潮滩,互花米草入侵使潮滩土壤的甲烷氧化速率增加了22.66%。低、高浓度氮输入与互花米草入侵共同作用促进了潮滩土壤甲烷氧化,而中浓度氮输入与互花米草入侵共同作用却抑制了潮滩土壤甲烷氧化。潮滩土壤甲烷氧化速率与输入氮的类型、浓度、培养时间和土壤类型等有关。     

氮输入和互花米草入侵下闽江河口潮滩土壤甲烷氧化速率研究

通过室内培养实验,研究了自然状态(对照)、外源铵态氮(NH_4Cl)和硝态氮(KNO_3)的3种浓度输入(1 g/m~2、2 g/m~2和4 g/m~2氮)和互花米草入侵下,闽江河口短叶茳芏(Cyperus malaccensis)潮滩土壤甲烷氧化速率。结果表明,与自然状态下相比,总体上,氨态氮输入促进了短叶茳芏潮滩土壤甲烷氧化,且随着氮输入浓度的增加,其促进作用逐渐增大;而硝态氮输入却抑制了短叶茳芏潮滩土壤的甲烷氧化,输入的硝态氮浓度越高,甲烷氧化速率越小;氮输入对潮滩土壤甲烷氧化速率无显著影响。互花米草(Spartina alterniflora)潮滩土壤的甲烷氧化速率高于短叶茳芏潮滩,互花米草入侵使潮滩土壤的甲烷氧化速率增加了22.66%。低、高浓度氮输入与互花米草入侵共同作用促进了潮滩土壤甲烷氧化,而中浓度氮输入与互花米草入侵共同作用却抑制了潮滩土壤甲烷氧化。潮滩土壤甲烷氧化速率与输入氮的类型、浓度、培养时间和土壤类型等有关。     

闽江河口湿地互花米草与芦苇光合特性及适应性研究

互花米草在闽江河口鳝鱼滩湿地中潮滩的入侵及快速扩张,已严重威胁到鳝鱼滩湿地的生物多样性及土著种沼泽植物生态系统的结构与功能。为了从植物光合速率的角度分析互花米草入侵及快速扩张的生理生态学机制,利用Li-6400便携式光合作用仪测定了互花米草与土著种芦苇的光合速率日进程及光合光响应曲线。结果表明,互花米草净光合速率的日均值与最大值均大于芦苇,互花米草可积累更多的光合作用产物,使其具有更快的生长速率和初级生产力。根据两种植物的光合光响应曲线可以看出,互花米草利用光合有效辐射的能力更强,显示出互花米草的高适应性。     

水淹频率增加对闽江河口湿地土壤硝化作用的影响

研究河口湿地土壤硝化作用对水淹频率的响应,对于认识海平面上升背景下湿地土壤氮素循环具有重要意义。选取闽江河口湿地为研究区,通过测定区内6、7和8月高潮滩(偶尔水淹)和中潮滩(频繁水淹)表层土壤的硝化速率,并进一步通过原位培养实验,探讨水淹频率增加对土壤硝化作用的影响。结果表明:1)观测期内,偶尔水淹样地土壤硝化速率的平均值(8.02、2.82和4.28 nmol·g~(-1)·h~(-1))均小于频繁水淹样地土壤硝化速率的平均值(10.54、7.41和14.82 nmol·g~(-1)·h~(-1)),差异显著。2)原位培养实验表明,除了培养初期(30 d)外,水淹频率增加(从4.15%增加到37.11%)显著促进了土壤硝化作用,培养60 d和90 d后,硝化速率高出的比例分别为241%和121%。3)频繁水淹样地土壤pH、有机碳、全氮和全磷分别显著高于偶尔水淹样地的相应值。     

互花米草入侵闽江河口短叶茳芏湿地对沉积物硝化速率的影响

互花米草(Spartina alterniflora)入侵中国滨海湿地,对湿地沉积物氮循环产生重要影响。选取闽江河口互花米草和短叶茳芏(Cyperus malaccensis)沉积物为研究对象,测定沉积物潜在硝化速率(PNR)及其沉积物理化学性质,探讨河口湿地沉积物的硝化过程对互花米草入侵的响应。结果表明:短叶茳芏和互花米草沉积物PNR变化范围分别为0.19~2.18μg N·g~(-1)·d~(-1)和0~0.52μg N·g~(-1)·d~(-1),变异系数均为63%。短叶茳芏15~25 cm的PNR比表层0~15 cm低(P0.05),但PNR随月份的动态变化没有显著差异(P0.05)。互花米草沉积物PNR随沉积物深度变化无显著差异(P0.05)。互花米草沉积物的PNR显著低于短叶茳芏的(P0.01),PNR减少27.03%~100%,8月及20~25 cm沉积物减少最多。除含水率和沉积物深度与PNR显著相关外(P0.05),温度、氧化还原电位、pH和电导均与PNR不相关(P0.05)。     

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。     

沉积强度及氮养分改变对闽江河口短叶茳芏残体短期分解与养分释放的影响

互花米草入侵过程中较强的促淤作用可导致湿地沉积环境和养分状况发生明显变化.2017年4月,选择闽江河口鳝鱼滩西北部受互花米草入侵影响的短叶茳芏湿地为研究对象,基于野外原位沉积及养分改变模拟试验,设置无沉积强度(S0,0 cm·a-1)、当前沉积强度(S5,5 cm·a-1,氮养分水平为沉积物自然氮背景值)以及当前沉积强...     

互花米草引种对苏北潮滩湿地TOC、TN和TP分布的影响

分析了TOC、TN和TP在苏北潮滩湿地不同生态带沉积物和植被中的分布状况,结果表明:TOC和TN的水平和垂向平均含量以互花米草滩为最高,其次分别为盐蒿滩、芦苇滩和光滩。TP的平均含量以光滩为最高,依次由海向陆逐渐减小。在生物量最大期间(秋季),单位面积上互花米草体内TOC、TN和TP的累积量远大于盐蒿和芦苇。互花米草主要通过以下4个方面对研究区潮滩湿地TOC、TN和TP的分布产生影响:(1)互花米草滩面较高的沉积速率;(2)互花米草对整个潮滩湿地不同植被分布格局的改变;(3)互花米草有着高生产力以及巨大的地下生物量;(4)互花米草的生长特性使其在生长过程中对磷的需求量很大。     

互花米草入侵下闽江河口沼泽土壤中各形态氮含量和储量

在闽江河口鳝鱼滩湿地,短叶茳芏(Cyperus malaccensis)为生长在闽江河口的本土植物,以短叶茳芏沼泽为对照,研究了互花米草(Spartina alterniflora)入侵0~4 a、入侵4~8 a和入侵8~12 a的0~50 cm深度互花米草沼泽土壤中的各形态氮含量和密度,同时测定其环境影响因子。研究结果表明,在互花米草入侵后,互花米草沼泽0~20 cm土壤全氮和总有机氮含量与短叶茳芏沼泽相比有所增大,并随着互花米草入侵时间延长而增大。在互花米草入侵初期,互花米草沼泽30~50 cm深度土壤全氮和总有机氮含量比短叶茳芏沼泽小,入侵4 a后超过短叶茳芏沼泽;土壤铵态氮和硝态氮含量在0~50 cm深度持续增大。0~10 cm、10~20 cm和20~30 cm深度土壤全氮和总有机氮密度分别在互花米草入侵8 a、入侵4 a和入侵初期开始增大;30~40 cm和40~50 cm深度土壤全氮和总有机氮密度在互花米草入侵初期比短叶茳芏沼泽小,分别在入侵4 a和入侵8 a开始增大;0~50 cm深度土壤铵态氮和硝态氮密度都持续增大。土壤各形态氮含量和氮密度主要受含水量、盐度、容重和土壤粒径等环境因子影响。     

黄河口潮滩盐沼沉积强度对碱蓬残体分解及氮动态的影响

2008年4月至2009年11月,基于野外原位分解实验,模拟研究了黄河口潮滩盐沼沉积强度对中潮滩碱蓬(Suaeda salsa)和低潮滩碱蓬残体分解及氮动态的可能影响。沿水盐梯度,设中潮滩和低潮滩2个分解小区,每个分解小区分别设无沉积(0 mm/a)、当前沉积增加(100 mm/a)和未来沉积增加(200 mm/a)3种固定沉积处理。结果表明,沉积强度对中潮滩和低潮滩碱蓬残体的分解具有一定影响,强沉积下残体的失重率和分解速率一般较高。当前或未来沉积增强后,二者残体的分解速率分别将增加138.10%~235.56%和8.89%~10.20%,95%分解时间分别将减少58.01%~70.24%和7.94%~9.13%。未来沉积增加处理下,中潮滩碱蓬残体的氮含量最大,其次为当前沉积增加处理下的氮含量,无沉积处理下的氮含量最小,3种处理下的氮含量无显著差异(p0.5);低潮滩碱蓬残体在未来和当前沉积增加处理下的氮含量相当,无沉积处理下的氮含量最小,3种处理下的氮含量无显著差异(p0.5)。当前或未来沉积增强后,中潮滩碱蓬残体在分解阶段将大多表现为氮累积特征,而低潮滩碱蓬残体将一直表现为较强氮释放特征,C/N对二者残体分解过程中氮养分的调控作用更为重要。研究发现,当不同沉积强度下潮滩环境养分状况不发生较大变化时,中潮滩和低潮滩碱蓬残体的相对分解速率可能取决于其基质质量;当养分状况发生较大改变时,其相对分解速率可能取决于分解环境的养分供给状况。     

闽江河口咸淡水短叶茳芏湿地沉积物碳、氮垂直分布特征

以闽江河口短叶茳芏盐淡水湿地为研究对象,测定湿地沉积物碳、氮垂直分布特征,并分析其主要环境影响因子。结果表明,0~50 cm湿地沉积物有机碳(OC)和有机氮(ON)含量范围分别为12.98~31.32 g·kg-1、1.37~2.46 g·kg-1,不同盐淡水湿地沉积物OC、ON含量的总体趋势分别为塔礁洲鳝鱼滩蝙蝠洲,鳝鱼滩蝙蝠洲塔礁洲。可交换态无机氮NH+4-N、NO-2-N、NO-3-N的含量范围分别为1.36~11.69、0.05~0.34和0.20~5.72 mg·kg-1。总无机氮(TIN)含量则表现为鳝鱼滩湿地明显高于蝙蝠洲、塔礁洲湿地。有机C/N与p H值、电导率和含水率均呈极显著负相关(P0.01),但盐度值主要通过影响ON来影响CN比,而含水率则主要影响OC;NH+4-N、NO-2-N与三者呈极显著正相关(P0.01),ON与电导率呈显著正相关(P0.05),沉积物有机碳氮和无机氮与平均粒径均无显著相关关系。