湿地植物对外源氮、磷输入的响应研究

通过人工控制试验,研究了氮、磷输入对沼泽湿地植物地上生物量,相对密度以及植物对氮、磷吸收量的影响.结果表明:营养物质氮、磷的长时间累积,导致湿地植物地上生物量和相对密度均呈逐渐下降的年际变化趋势,地上生物量和相对密度之间表现为微弱的单峰变化关系.在氮输入下,随着氮施用量的升高,氮的吸收率从62.3%下降到5.5%;在磷输入下,随着磷施用量的升高,磷的吸收率从3.1%下降到0.8%.氮、磷的施用量愈高,植物对氮、磷的吸收率愈小.氮、磷输入有可能改变湿地生态系统的物种组成和结构及湿地生态系统的稳定和保护,应当考虑湿地中营养物质的长期作用.      

土地利用方式对土壤水溶性有机碳的影响

采集三江平原不同利用方式的土壤,测定土壤水溶性有机碳(DOC)含量,以及E₂₈₀值、E₂₅₀E₃₆₅和E₂₄₀/TOC比值,研究土地利用方式对土壤DOC的影响.结果表明,随着土地利用方式的变化,土壤DOC含量变化明显,土地开垦耕作是导致土壤DOC含量降低的主要原因.湿地土壤的开垦耕作,不仅导致土壤DOC数量的减少,而且DOC的质量也在下降.土壤DOC与土壤总有机碳含量呈正相关(R²=0.66),与游离态轻组有机碳的相关性更强(R²=0.84),与土壤重组有机碳呈明显的负相关(R²=0.52).     

季节性冻融期沼泽湿地CO2、CH4和N2O排放动态

三江平原季节性冻-融时间长达7～8个月,对沼泽湿地温室气体排放有重要影响.采用静态箱/气相色谱法研究了三江平原冻、融期沼泽湿地温室气体排放特征,表明三江平原不同类型沼泽湿地冬季都有明显的CH₄和CO₂排放,且冬季沼泽湿地CH₄排放量在全年CH₄排放中占有重要份额.融冻期沼泽湿地出现明显的CH₄和CO₂排放峰值,季节性积水沼泽化草甸CH₄和CO₂排放量大于常年积水沼泽湿地,而冬季常年积水沼泽湿地CH₄排放通量大于季节性积水沼泽化草甸.融冻期CO₂排放通量与土壤温度(5cm)呈指数相关关系(R²=0.912,p<0.001),沼泽湿地CO₂排放通量与CH₄通量间也呈显著正相关关系(R²=0.751,p<0.001).冬季三江平原沼泽湿地是N₂O的汇,融冻期随着土壤温度升高逐渐成为N₂O的源,且在5月份沼泽湿地表层土壤(0～20cm)融冻期间N₂O排放通量明显增大.三江平原土壤冻、融期间沼泽湿地温室气体的排放特征,反映了冬季微生物活性的存在及融冻作用对土壤碳矿化和氮硝化、反硝化作用有重要影响.     

淡水沼泽湿地CO2、CH4和N2O排放通量年际变化及其对氮输入的响应

利用静态暗箱-气相色谱法自2002～2004年连续3a观测了三江平原淡水沼泽湿地CO2、CH4和N2O 3种主要温室气体排放特征及外源氮素输入条件下温室气体通量的变化.结果表明,三江平原CO2、CH4和N2O 3种主要温室气体排放具有明显的季节及年际变化规律.其中生态系统呼吸CO1排放的最大值[779.33～965.40 mg·(m·h)-1]出现在7、8月份,CH4通量最大值[19.19～30.52 mg·(m·h)-1]出现在8月,N2O通量最大值[0.072～0.15 mg·(m·h)-1]出现在5月和9月,3种温室气体通量最小值CO2为2.36～18.73 mg·(m·h)-1;CH4为-0.35～0.59 mg·(m·h)-1;N2O为-0.032～-0.009 mg·(m·h)-1大都出现在冬季,且冬季淡水沼泽湿地表现为N2O的吸收.对气候因子的分析发现,温度条件是影响淡水沼泽湿地温室气体排放通量季节性变化的主要因子,而降水和积水水位变化是影响其排放年际变化的关键因素,特别是降水对CH4排放通量的影响较其它2种温室气体更显著,且冬季雪融水对夏季CH4的排放起重要作用.CO2和CH4排放与土壤温度(5cm)呈显著的指数相关关系,而N2O排放通量与土壤温度和水深相关性不显著.氮输入促进了三江平原CO2、CH4和N2O3种主要温室气体的排放,与对照处理相比,其排放通量分别升高了34%,145%和110%.     

三江平原不同土地利用方式下凋落物对土壤呼吸的贡献

运用Li-6400土壤呼吸配套系统研究了三江平原沼泽湿地不同土地利用方式下保留和去除凋落物的土壤呼吸特征,进而分析了不同土地利用方式下凋落物对土壤呼吸的贡献及其与凋落物输入量和环境因子(温度、降水等)之间的相互关系.结果表明,整个生长季4种土地利用方式下凋落物对土壤呼吸的平均贡献量在-0.21~0.64μmol/(m2.s)之间,贡献率表现为小叶章草甸湿地(14%)人工林地(12%)大豆田(8%)退耕还湿地(-5%).其中,退耕还湿后凋落物对土壤呼吸的贡献表现为负值,减少了土壤呼吸的排放,表明凋落物对土壤呼吸的贡献可能最终取决于凋落物分解与屏蔽作用之间的平衡.除大豆田外,不同土地利用方式下凋落物对土壤呼吸的贡献均与10 cm地温达到了极显著相关关系(p0.01).另外,降雨的影响与凋落物输入密切相关,表明凋落物除自身分解外,还可能参与到气候变化的生态效应中.     

三江平原湿地土壤活性有机碳组分特征及其与土壤酶活性的关系

对三江平原3种主要类型天然湿地(毛苔草湿地、小叶章湿地、岛状林湿地)O-20cm土壤活性有机碳(土壤微生物量碳、土壤可溶性有机碳)特征进行了研究,分析了不同湿地的土壤活性有机碳与土壤总有机碳及酶活性间的关系.结果表明:不同类型湿地的土壤活性有机碳组分含量存在较大的差异,土壤活性有机碳、土壤总有机碳及土壤脲酶、蔗糖酶、淀粉酶、过氧化氢酶的变化趋势具有基本近似的特征.表现为毛苔草湿地>小叶章湿地>岛状林湿地;土壤微生物量碳、可溶性有机碳与土壤总有机碳和酶活性存在显著正相关关系,其中,酶活性与土壤微生物量碳相关性最为显著.另外.毛苔草湿地土壤MBC/SOC、DOC/SOC的比值低于其它2种类型湿地,表明毛苔草湿地生物活性有机碳库的周转速率低.淹水抑制了微生物和酶的分解作用,有利于土壤有机碳的累积.因此,沼泽湿地水文条件的变化将会对土壤碳累积与分解过程产生较大的影响.     

氮输入对沼泽湿地小叶章枯落物分解过程中酶活性的影响

以三江平原沼泽湿地典型湿地植物小叶章枯落物(Calamagrostis angustifolia)为研究对象,采用分解袋法研究了不同外源氮输入(N1、N2分别为6、12g·m-·2a-1)对小叶章枯落物分解过程酶活性的影响,并设置对照区(N0,0g·m-·2a-1)进行比较.研究结果表明,在枯落物最初分解的2个月里,氮输入会抑制蔗糖酶活性,尤其是低氮输入(N1)抑制作用显著(p<0.05),2个月后,氮输入显著促进了该酶活性(p<0.05);;氮输入除在160d时抑制了淀粉酶活性,其它时期均促进了该酶活性,且高氮输入(N2)促进作用显著;;氮输入提高了枯落物分解前2个月的脲酶活性,而在分解后期,低氮输入抑制脲酶活性,高氮输入则主要表现为促进脲酶活性;;低氮输入提高了小叶章枯落物分解前2个月的酸性磷酸酶活性,随后表现为抑制,高氮输入则只在分解后期(160d)抑制酸性磷酸酶活性,其它时期均表现为促进.总体而言,氮输入促进了蔗糖酶、淀粉酶活性,而对于脲酶及酸性磷酸酶活性来说,低氮输入抑制了酶活性,而高氮输入则表现为促进酶活性.     

不同土地利用下土壤呼吸温度敏感性差异及影响因素分析

通过野外观测和室内模拟试验,研究了三江平原不同土地利用方式下土壤呼吸温度敏感性及其影响因素．结果表明,指数模型能较好地表示不同土地利用方式下的土壤呼吸对温度变化的响应,但其在低温时拟合效果较好,高温时拟合效果较差．小叶章湿地Q10值最高（4．29）,垦殖15年农田的Q10值最低（1．45）．不同土地利用方式下Q10值从高到低的排列情况是：小叶章〉灌丛〉弃耕地〉垦殖9年农田〉垦殖15年农田．Q10值与土壤有机碳、水溶性有机碳、轻组有机碳和微生物量碳含量呈线性关系．因此,认为土壤有机碳的数量与结构是影响土壤呼吸温度敏感性的重要因素．不同土地利用方式下土壤Q10值与深度0．10cm处土壤的平均含水量呈线性关系．     

三江平原湿地土壤对苯胺的吸附-解吸作用

应用平衡法研究了苯胺在三江平原湿地土壤中的吸附-解吸特性.结果表明,湿地土壤对苯胺具有较强的吸附能力,其吸附行为主要是通过疏水分配作用和阳离子交换作用完成.吸附行为可以较好地用Freundlich 吸附等温式描述,但不同类型湿地土壤对苯胺的吸附和解吸能力有所不同.将吸附常数Kf 与湿地土壤的理化性质进行回归分析表明,Kf 与土壤有机质含量呈极显著正相关,与阳离子交换量呈显著正相关.不同类型湿地土壤对苯胺的解吸能力也有一定的差别,其中草甸白浆土的解吸率最大(47.51%),泥炭沼泽土表层解吸率最小(6.24%).     

磷输入对沼泽湿地小叶章枯落物分解过程酶活性的影响

在三江平原沼泽湿地布置外源磷输入小区,选取典型湿地植物小叶章Calamagrostis angustifolia枯落物为研究对象,采用分解袋法,研究了不同梯度外源磷输入(CK:0;P1:1.2 g·m-2·a-1;P2:4.8 g·m-2·a-1;P3:9.6 g·m-2·a-1)对小叶章枯落物分解过程中酶活性的影响.结果表明,在小叶章枯落物分解前期,低磷输入(P1)抑制了蔗糖酶和脲酶活性,继续分解的过程中则极显著促进了二者的酶活性(P<0.01),而低磷输入对淀粉酶活性的影响则与之相反;中磷输入(P2)在小叶章枯落物分解的整个过程都促进了蔗糖酶和淀粉酶的活性,对脲酶活性除在分解65 d时有抑制,其他时期均提高了其酶活性;高磷输入(P3)均提高了枯落物分解后期的蔗糖酶和脲酶活性,其对淀粉酶活性的影响无明显规律;3种磷输入均显著抑制了酸性磷酸酶活性(P<0.01).