三江平原湿地植物的土壤环境因子分析

 以三江平原毛果苔草(Carex lasiocarpa)湿地和小叶章(Deyeuxia angustifolia)湿地为研究对象,选取土壤全氮(TN)、全磷(TP)、有效氮、有效磷、有机质、pH值和土壤含水量为主要环境控制因子,通过主成分分析(PCA)和逐步多元回归分析,来确定环境因子对物种相对密度和地上生物量的贡献值.结果表明,2个样地中土壤全氮、全磷、有效氮和有效磷的贡献率能达50%左右.毛果苔草湿地中主成分1能够解释88%的物种相对密度和84%的地上生物量;小叶章湿地中主成分1对相对密度和地上生物量的解释量则分别为75%和58%.湿地营养状况决定着植物的生产量;土壤含水量的变化影响着植物对营养物质的吸收和利用.     

几种湿地植物对景观水体富营养化治理研究

研究了唐山南湖人工湿地中芦苇、酸模、石龙芮、车前草四种优势植物的生物量和污水净化效果,分析了根系和地上部分生物量与污水净化效果之间的关系,结果如下：不同湿地植物生物量变化比较大（1.38-5.212g/株）,地上部分植株氮、磷吸收量变化范围分别是3.48-4.37和2.27-3.36 mg/g,地下部分植株中氮、磷变化范围分别是2.77-3.06和2.14-2.88 mg/g。芦苇、车前草、石龙芮地上部分与地下部分植株中氮磷含量的比值大于1,说明这三种湿地植物地上部分积累的氮、磷比较高。湿地植物对氮、磷的吸收量与其生物量有关。酸模和芦苇有比较大的生物量,对氮、磷的吸收影响比较大。     

人工湿地系统中氮、磷迁移转化规律试验研究

基于美人蕉垂直流人工湿地装置,研究废水中不同形态的氮和磷在人工湿地中的迁移转化规律,探讨人工湿地在脱氮除磷过程中填料、植株与微生物之间的关系和作用.结果表明,湿地装置1#出水口中各种污染物的去除效率均优于其他出水口,处理效果总体上沿程下降;装置中的基质对废水中氮、磷的吸附能力在湿地运行初期最强;美人蕉对氮、磷的累积量地上部分为1 407.68 mg/m2和260.52 mg/m2,地下部分为460.76mg/m2和62.01 mg/m2.表明植物对氮、磷污染物的吸收主要集中在地上部分.     

不同水生植物在暴雨湿地中的水质净化作用

选择菖蒲、芦苇、美人蕉、鸢尾和水花生(空心莲子草)5种典型的湿地水生植物,以武汉动物园猩猩馆流域为研究区域,通过三年的长期定位试验,研究了这5种典型水生植物对暴雨径流湿地中氮、磷等不同污染物的吸收能力、养分负荷变化、吸附解析性能以及去除贡献率。结果表明,水生植物对氮、磷的吸附能力主要与水生植物的生物量有关,随着生物量的增加逐渐升高。在降雨量逐渐减少的情况下,植物体吸收的氮磷占流域年输入总氮的百分比可以从7.8%升高到35.9%,占流域输入总磷的百分比从21.8%升高到69.4%。在这5种典型水生植物中,芦苇对湿地中氮的吸收能力最强,鸢尾对湿地中磷的吸收能力最强;芦苇和菖蒲茎叶中的氮、磷、钾元素含量要高于根系中的养分含量;不同的植物种类在腐烂时污染物的释放量差异较大,其中鸢尾释放量最大,其次是菖蒲和美人蕉,芦苇释放量最少;而菖蒲对水中高锰酸盐指数和TP的吸附量最大,其次是鸢尾、美人蕉和芦苇。     

沼泽湿地植物光合特性及固“碳”潜势对外源氮输入的响应

以沼泽湿地典型草甸植被小叶章(Calamagrostis angustifolia)为研究对象,在三江平原进行了野外培养实验,探讨了4个不同氮素输入水平(0(NO)、6(N6),12(N12)、24(N24)g·m-2· a-1)下沼泽湿地植物生长与光合特性的响应特征,并从光合固"碳"的角度分析了小叶章沼泽湿地的固"碳"潜势.结果表明,外源氮输入明显促进了小叶章的株高、叶面积及植株数,显著增加了碳的生物量积累,到植物生长季结束,N6、N12和N24三个施氮水平下,小叶章地上部分生物量分别比对照增加了58.79%、133.11%和190.55%.同时,小叶章叶片全氮含量、叶绿素、可溶性蛋白和游离氨基酸含量也显著增加,净光合速率明显提高,分别比对照增加了20.70%、26.69%和53.54%.从光合固"碳"的角度来看,外源氮输入能够促使沼泽湿地植物通过光合作用固定更多CO2.     

白洋淀湿地芦苇生物量及氮、磷储量动态特征

作为由水陆相互作用形成的独特生境,湿地生态系统在氮、磷等营养元素的生物地球化学循环中发挥着重要的作用.本文在实地调查和实验室测定的基础上,研究了白洋淀湿地芦苇(Phragmites australis(Cav.)Trin.Ex Steudel)各构件的生物量和氮、磷含量,在此基础上估算了氮、磷储量并系统分析了各指标在生长季节的动态变化.结果表明,各构件生物量随时间的推移而逐渐增加,叶片生物量的最大值出现在6月,根状茎生物量的最大值则出现在8月,叶鞘、地上茎和地上部分生物量的最大值出现在10月;地上各部分氮、磷含量的最大值均出现在4月的生长初期,其后随时间的推移而逐渐降低,最小值出现的时间各不相同,根状茎氮、磷含量的最大值分别出现在8月和4月;各部分氮、磷储量与生物量间存在显著的相关性,地上部分氮、磷储量的最大值均出现在6月,分别为(18.91±2.12)g.m-2和(1.17±0.13)g.m-2.     

外源氮输入对生长季黄河口碱蓬-土壤系统磷分布规律的影响

为研究氮负荷不断增强情况下黄河口湿地磷的生物循环状况,选择黄河入海口北部滨岸高潮滩的碱蓬湿地为研究对象,基于野外原位氮（N）输入模拟试验,研究不同氮输入梯度[N0（对照处理）,6.0 g/（m2·a）;N1（低氮处理）,9.0 g/（m2·a）;N2（中氮处理）,12.0 g/（m2·a）;N3（高氮处理）,18.0 g/（m2·a）]下生长季碱蓬湿地植物-土壤系统中w（TP）分布特征的差异.结果表明:外源氮输入对湿地表层（0~10 cm）土壤中w（TP）变化的影响较为明显,N2和N3处理下w（TP）整体高于N0和N1处理.不同氮处理下植物各器官的w（TP）生长初期表现为根>叶>茎,生长旺期和末期表现为叶>根>茎,说明叶是磷的主要累积器官.外源氮输入改变了碱蓬湿地的养分限制状况,随着氮输入量的增加,土壤和植物-土壤系统磷储量、氮供给的增幅远低于植物亚系统,说明氮、磷之间的养分供给存在不同步性.研究显示,在未来黄河口氮养分负荷不断增加的情况下,碱蓬湿地植物-土壤系统极有可能通过加速磷的生物循环来缓解日益加剧的磷养分限制状况,进而使得氮、磷养分之间可能形成正反馈机制,而这将有利于维持湿地系统的稳定与健康.      

氮添加和地下水位交互作用对通江湖泊湿生植物陌上菅生长的影响

研究地下水位变化和氮沉降对植物功能性状的影响,有助于揭示植物对环境变化的响应和适应规律.采用原位试验的方法,选择不同地下水位梯度〔低水位（-75 cm）、中水位（-69 cm）、高水位（-39 cm）〕和氮添加〔缺氮处理（430 g/m2）、空白对照（0 g/m2）、低氮（4.32 g/m2）、中氮（8.64 g/m2）、高氮（17.28 g/m2）〕（其中缺氮处理添加量以碳元素含量计,其余处理以氮元素含量计）,研究升金湖消落带湿地物种丰富度、陌上菅（Carex thunbergii）地上生物量和根系形态学指标对地下水位和氮添加的响应.结果表明:①双因素方差分析显示,地下水位主要影响物种丰富度、陌上菅地上生物量和根系形态学指标;氮添加主要影响土壤养分含量和陌上菅比根长、根比表面积及根组织密度;地下水位和氮添加的交互作用对陌上菅比根长和根平均直径影响显著（P < 0.05）;相对而言,水位对陌上菅的影响大于氮添加.②地下水位对陌上菅地上生物量和根系形态学指标有显著影响.地下水位升高会降低陌上菅地上生物量、根系比根长和根组织密度,同时增加其根平均直径和根比表面积,且不同处理间差异显著（P < 0.05）.在空白对照处理下,相比于低水位,高水位下陌上菅地上生物量、比根长和根组织密度分别降低了97.6%、46.1%、86.1%,根平均直径和根比表面积分别增加了326.1%、198.5%.③氮添加主要影响陌上菅根系形态学指标.随着施氮水平的增加,陌上菅比根长和根比表面积呈现先减后增的趋势,根组织密度呈现先增后减的趋势.在高水位条件下,相比于空白对照,低氮处理下陌上菅比根长和根比表面积分别减少了36.1%、41.8%,陌上菅根组织密度增加了182.4%,且差异显著（P < 0.05）.研究显示,地下水位升高与氮添加对陌上菅地上生物量和陌上菅比根长的影响呈相互抵消的态势,这体现了土壤水分增加对陌上菅生长的胁迫作用;水位升高和氮添加对根比表面积和根组织密度的影响表现为协同效应,揭示了在水位胁迫条件下陌上菅对养分获取策略的变化.      

外源碳氮添加对草地碳循环关键过程的影响

人类活动引起的大量的活性氮从大气沉降到生物圈.当前氮沉降对草地生态系统碳循环过程的影响机制仍然存在较大的不确定性.本文综述草地生态系统碳循环过程（植物光合作用、地上生物量、地下生物量、土壤呼吸、凋落物分解和土壤有机碳含量）对添加不同的氮源水平和不同施氮年限的响应,并分析这些过程变化的可能原因,同时,也阐述草地碳循环关键过程对外源碳输入的响应,并进一步分析了外源碳和氮输入对草地碳循环关键过程影响的微生物学作用机制.通过上述总结旨在强调说明碳源可利用性变化作为氮沉降背景下草地生态系统碳循环关键过程重要调控因素之一,开展相关研究对科学的管理我国草地资源配置和增加土壤碳汇方面理论的重要意义.     

沼泽湿地生态系统呼吸与温度、氮素及植物生长的相互关系

沼泽湿地生态系统呼吸排放CO₂通量同时受温度、营养元素（N）和植物生长状况的共同影响和相互制约.通过对三江平原沼泽湿地小叶章（Doyeuxia angustifolia）草甸研究发现,CO₂排放通量与温度、氮素和植物生长状况（主要是株高、叶面积和生物量）均存在一定的非线性正相关的关系.其中,生态系统呼吸与温度的变化符合Arrhenius方程.整个生长季生态系统呼吸平均通量与氮输入水平存在指数相关的关系; 与植物体氮含量符合2次函数的关系;与生物量存在对数相关关系;与不同时期的株高均存在较显著的线性相关关系.不同水平的氮输入后,生态系统呼吸与对照处理比较分别升高了20％,42％和142％;生物量分别增大了26％,44％和375％;叶片和植株的氮含量均发生了相应地变化.     

聚丙烯小球对人工垂直潜流湿地氮磷去除性能的优化研究

采用页岩和香蒲(Typha latifolia L.)构建人工垂直潜流湿地处理津河富营养化水体,并用聚丙烯小球替代部分页岩研究其对垂直潜流湿地氮磷去除性能的影响.设计水力负荷800 mm/d,理论水力停留时间12h.试验期间(2006-06～2006-11),氮磷月平均去除率在8月份达到最大值.与全页岩湿地相比,聚丙烯小球使氨氮(NH 4-N)、总氮(TN)、溶解性活性磷(SRP)和总磷(TP)月平均去除率分别提高13.38%、8.9%、9.29%和8.25%,使用聚丙烯小球能够有效提高人工垂直潜流湿地氮磷去除效率.试验结束后收割香蒲地上组织(茎和叶),测定地上组织生物量及茎、叶中的氮磷含量.结果表明,聚丙烯小球虽然抑制香蒲地上组织生物量的增加,但却能够有效提高茎、叶中氮磷含量.通过收割香蒲地上组织可使TN和TP去除分别增加29.382 g·m-2和13.469 g·m-2.     

间歇曝气对人工垂直潜流湿地氮磷去除性能的影响

采用页岩和香蒲(Typha latifolia)构建人工垂直潜流湿地处理津河富营养化水体,研究间歇曝气对潜流湿地氮磷去除效果的影响.设计水力负荷800 mm/d,气水比5∶1.试验期间(2006-06～2006-11),氮磷月平均去除率在8月份达到最大值.与无曝气系统相比,中部曝气使氨氮(NH 4-N)、总氮(TN)、可溶性活性磷(SRP)和总磷(TP)月平均去除率分别提高10.1%、4.7%、10.2%和8.8%,底部曝气则为25.1%、10.0%、7.7%和7.4%,间歇曝气能够有效提高人工潜流湿地氮磷去除效率.曝气产生的有氧环境不利于硝酸盐氮(NO-3-N)去除,试验期间底部曝气和中部曝气NO-3-N月平均去除率一直低于无曝气系统.试验结束后收割香蒲地上组织(茎和叶),测定地上组织生物量及茎、叶中的氮磷含量,结果表明,间歇曝气虽然抑制香蒲地上组织生物量的增加,但却能够有效提高茎、叶中氮磷含量.与无曝气系统相比,通过收割香蒲地上组织可使TN去除分别增加11.6g·m-2(中部曝气)和12.6 g·m-2(底部曝气).     

杭州湾潮滩湿地3种优势植物碳氮磷储量特征研究

潮滩植物在碳氮磷生物地球化学循环中发挥着重要的作用.为探明杭州湾潮滩湿地植物碳氮磷储量特征,对植物生物量、碳氮磷含量及储量的季节动态进行了分析.结果表明,3种优势植物芦苇(Phragmites australis)、互花米草(Spartina alterniflora)和海三棱藨草(Scirpus mariqueter)地上生物量呈典型的单峰值曲线.地上部有机碳含量全年变化幅度相对较小,氮磷含量随植物生长而明显下降.植物碳氮磷储量与植物生物量显著正相关.海三棱藨草碳氮磷储量显著低于芦苇和互花米草,芦苇地上部总氮储量显著高于互花米草,但总磷储量则相反,有机碳储量两种植物差异不显著.芦苇、互花米草和海三棱藨草年固碳能力分别是中国陆地植被平均固碳能力的380%、376%和55.5%,以及全球植被平均固碳能力的463%、458%和67.7%.从净化氮磷功能上考虑,7月可认为是本研究区域3种植物的最佳收割时间,且以收获互花米草对水体富营养化的限制性因子磷的去处效果最佳.因此,潮滩植物具有较好的储碳固碳能力和氮磷净化效应.     

接种丛枝菌根真菌对诸葛菜生理指标和氮磷钙吸收的影响

为了探究AM（Arbuscular mycorrhiza fungi,丛枝菌根）真菌对于喀斯特地区石漠化治理的应用,以石灰土为培养基质模拟喀斯特高钙环境,选用4种球囊霉属的AM真菌（BEG-141、BEG-167、BEG-168、BEG-193）作为供试菌种接种喀斯特适生植物——诸葛菜（Orychophragmus violaceus）进行模拟研究.选取诸葛菜的全株生物量、净光合速率值、水分利用率为生理指标同时以氮磷钙为代表元素,通过对比接种和非接种试验,研究AM真菌对宿主植物生理状态的影响.结果表明:接种AM真菌对喀斯特适生植物诸葛菜的生长有显著的促进作用,对全株生物量的促进效应达到了3~5倍;对净光合速率值比较分析,接种组显著高于对照组,与对照组相比接种组净光合速率提高了2~3倍,其中BEG-167接种组的净光合速率〔33.14 μmol/（m2·s）〕最大;从水分利用率来看,只有BEG-168和BEG-141的水分利用率显著高于对照组,分别为对照组的1.8和1.4倍;所有接种组地下部的TP含量都显著高于对照组,提高了9.71%~34.39%,只有BEG-193接种组的地上部分TP含量显著高于对照组,整体而言,接种促进了诸葛菜地下部分对TP的吸收;接种组地上部TN含量均显著低于对照组,而地下部的TN吸收提高了38.07%~138.04%,均显著高于对照组;此外,接种后诸葛菜地上部TCa（总钙）含量降低了7.61%~55.58%,接种减少了TCa向其地上部的运输,从而减少TCa过量对植物体的伤害.研究显示,AM真菌对诸葛菜的促进效应很可能是通过提高植株净光合速率、水分利用率、TP和TN的吸收,抑制钙向植物体地上部转移等途径实现的.      

Contaminant removal from low-concentration polluted river water by the bio-rack wetlands

The bio-rack is a new approach for treating low-concentration polluted river water in wetland systems. A comparative study of the efficiency of contaminant removal between four plant species in bio-rack wetlands and between a bio-rack system and control system was conducted on a small-scale (500 mm length × 400 mm width × 400 mm height) to evaluate the decontamination effects of four different wetland plants. There was generally a significant difference in the removal of total nitrogen (TN), ammonia nitrogen (NH₃-N) and total phosphorus (TP), but no significant difference in the removal of permanganate index (COD_Mn) between the bio-rack wetland and control system. Bio-rack wetland planted with Thalia dealbata had higher nutrient removal rates than wetlands planted with other species. Plant fine-root (root diameter ≤ 3 mm) biomass rather than total plant biomass was related to nutrient removal efficiency. The study suggested that the nutrient removal rates are influenced by plant species, and high fine-root biomass is an important factor in selecting highly effective wetland plants for a bio-rack system. According to the mass balance, the TN and TP removal were in the range of 61.03--73.27 g/m² and 4.14--5.20 g/m² in four bio-rack wetlands during the whole operational period. The N and P removal by plant uptake constituted 34.9%--43.81% of the mass N removal and 62.05%--74.81% of the mass P removal. The study showed that the nitrification/denitrification process and plant uptake process are major removal pathways for TN, while plant uptake is an effective removal pathway for TP.     

潜流湿地中植物对脱氮除磷效果的影响中试研究

通过潜流湿地的中试,研究了芦苇和茭草在潜流湿地中的氮磷吸收量变化,植物收割对系统的影响以及植物对改善系统流态的作用.结果表明,依靠收割植物去除氮磷是不显著的,氮磷吸收量占去除量在5%左右.同时证明植物在进入冬季前开始出现释放氮磷现象,最佳收割期应该在9～10月份.植物对维持根系周围微生态环境起着重要的作用,收割会导致系统出水水质的波动.流态试验表明,植物根系能够改善系统的流态,植物床较空白床死区率减少5%～10%,增加系统的空间利用率,延长系统的水力停留时间.     

生物炭负载氮还田对水稻生长、根系形态及氮素利用的影响

建立连接富营养化水体养分与农田养分的枢纽是减少农田养分投入、缓解水体富营养化的难点.为探明生物炭材料负载氮还田的可行性,开展了基于溶液氮及生物炭负载氮两种氮源添加方式的水稻根箱试验.结果表明,生物炭负载氮添加方式分别较溶液氮添加方式降低了水稻地上部分生物量及氮累积16%及14%,提高了生物量根冠比25%～27%,降低了氮利用效率.不定根的根长及体积是两种氮源添加方式在水稻地下部分差异的体现,地下部分生物量及氮累积与土壤铵态氮含量呈正相关关系,而地上部分氮累积与根尖数呈负相关关系.生物炭负载氮完全替代化学肥料施用农田会影响水稻生物量及氮素利用.但生物炭负载氮与普通化学肥料共同施用,水稻并不会显现利用偏好.生物炭负载氮对水稻氮素利用无不良影响,且能有效提高土壤矿质态氮固持量.因此,生物炭可以作为载体实现水体到农田土壤的氮素迁移,鉴于化肥氮替代比例对作物生长的影响,适宜替代比例还需进一步研究确定.     

有机物对人工湿地基质除磷影响研究

以页岩陶粒为基质,在水力停留时间2d,连续进出水条件下,研究分析了进出水中磷素、基质中磷的形态和附着生物量的变化情况.结果表明,基质的除磷效率随有机物浓度的增加而降低,有机物对页岩磷吸附能力有一定的抑制作用.当进水COD浓度分别为100mg/和200mg/L时,其吸附能力分别下降了49%和62%.有机态松散结合磷、腐殖质态磷和钙镁结合磷明显提高,而铁铝结合磷从36.75%分别降到18%和11.77%,证明有机物累积对铁铝结合磷形成的抑制是磷吸附能力下降的主要原因.另外,进水有机物浓度越高,反应器中基质附着的生物膜量就越大,生物膜的厚度可能会影响水中磷元素向基质扩散时传质的过程.