湿地生态系统硅生物地球化学循环研究进展

硅在地壳中的丰度仅次于氧,是地球表面大多数土壤和岩石的一种基本成分,也是水生植物（特别是硅藻类）以及多种作物生长所必需的营养元素,还是控制陆地、海洋、沿海和内陆水生态系统机能的重要营养元素。目前关于全球硅的生物地球化学循环的研究多集中在陆地和海洋两大生态系统,而湿地生态系统中硅的循环过程、储存量尚不清楚。虽然在河口湿地开展一些关于硅的相关研究,但是硅在湿地的循环机制研究不够全面,尤其相比碳、氮、磷等元素,硅素研究甚少。而且,国内关于硅的相关研究更为匮乏。本文在总结国内外关于湿地生态系统硅素研究的基础上,综述硅在湿地生态系统的存在形态与分布特征,阐述硅在湿地生态系统中的基本循环过程,列举影响硅在湿地生态系统中循环的主要因素,如：湿地类型、水淹时间、季节变化、人类干扰等;提出在今后研究工作中应进一步探索硅在湿地生态系统中迁移、转化的机制,加深研究人类活动对湿地生态系统硅循环的影响,特别是应该加强研究河口潮汐湿地和沿海湿地生态系统硅的生物地球化学循环过程和储存量,有助于明确湿地生态系统对于硅的截留量;并弄清湿地中碳与硅含量之间的关系,从水文学角度分析湿地中排水、蒸发、洪期及滞留时间等因素对硅循环的影响,从而试图建立湿地硅循环模型,有助于预测湿地生态系统硅循环对沿海地区赤潮等富营养化现象和全球气候变化的影响。     

河口盐度梯度下短叶茳芏沼泽湿地土壤间隙水溶解性甲烷时空特征

以闽江口短叶茳芏沼泽湿地为研究对象,沿半咸水至淡水的盐度梯度采集土壤样品,测定分析样品间隙水溶解性CH4浓度及其主要理化指标,探讨了河口沼泽湿地间隙水溶解性CH4浓度的时空特征及其影响因子.结果表明:1夏季鳝鱼滩、蝙蝠洲和下洋洲湿地间隙水CH4浓度均值分别为331.18、299.94和638.58μmol·L-1,冬季均值分别为9.04、266.67和322.68μmol·L-1,呈现夏季显著高于冬季的时间动态特征(P0.05);2沿半咸水至淡水的盐度梯度,间隙水溶解性CH4浓度呈现递增的空间分布特征;3土壤间隙水CH4浓度与土温、DOC呈显著正相关关系,与土壤p H、盐分和间隙水SO2-4、Cl-浓度呈显著(P0.05)或极显著负相关关系(P0.01),河口盐度梯度下短叶茳芏沼泽湿地间隙水CH4浓度时空特征是土壤理化性质和潮汐等综合作用的结果.     

恒定和波动盐度增加对河口淡水感潮湿地间隙水溶解性甲烷和间隙水化学特征的影响

以闽江河口区塔礁洲河岸分布的短叶茳芏(Cyperus malaccensis)淡水感潮沼泽湿地及其比邻的光滩为研究对象,通过采集土芯和土壤-植物连续体,构建中型生态系统(Mesocosm),并2016年12月—2017年10月模拟持续恒定盐度增加及波动短期盐度增加两种情景,测定间隙水溶解性甲烷(CH_4)浓度及其它理化因子,探讨持续恒定和短期波动盐度增加对河口淡水感潮湿地间隙水溶解性CH_4浓度的影响.结果表明:①2种处理均显著抑制了短叶茳芏沼泽及光滩湿地间隙水溶解性CH_4浓度,波动盐度对于短叶茳芏湿地间隙水溶解性CH_4浓度的抑制效果明显高于光滩;②恒定盐度及波动盐度增加主要通过提高间隙水SO_4~(2-)、Cl~-、NH~+_4-N和TN浓度,降低间隙水pH值,抑制间隙水溶解性CH_4浓度;③短叶茳芏沼泽间隙水溶解性CH_4浓度受间隙水pH值影响最为显著,而光滩间隙水溶解性CH_4浓度则受间隙水NH~+_4-N浓度及气温影响显著.研究表明,未来盐水入侵情景下,河口淡水感潮湿地间隙水溶解性CH_4浓度将下降,且在盐度短期增加情景下,河口淡水感潮沼泽湿地间隙水溶解性CH_4浓度下降幅度大于光滩湿地.     

河口区养殖塘水-气界面N2O扩散通量比较

以闽江河口区水产养虾塘为研究对象,于2017年6~11月,采用漂浮箱法和扩散模型法同步原位观测了养殖塘N₂O排放通量.结果表明,研究期间悬浮箱法和扩散模型法获得的养殖塘水－气界面N₂O通量变化范围分别为（0.38±0.05）~（20.63±5.63）μg/（m²·h）和（2.77±0.52）~（17.23±2.27）μg/（m²·h）,随时间推移均呈现“增加-降低-增加-降低”的双峰变化特征.两种方法观测的N₂O通量均与水温、水体硝酸盐氮（NO₃^--N）和氨氮（NH₄⁺-N）浓度呈现显著正相关关系（P<0.05）,与水体溶解氧（DO）呈现出显著负相关关系（P<0.05）.悬浮箱法与不同扩散模型法测定的N₂O排放通量大小排序表现为：模型DM_RC01>悬浮箱法>模型DM_CL98>模型DM_W92a>模型DM_MY95>模型DM_CW03>模型DM_LM86.相比其他几种模型方法,模型RC01与悬浮箱法测得的养殖塘水－气界面N₂O通量相关性系数最高.本研究结果初步表明,今后进行东南沿海河口区养殖塘N₂O通量的大尺度观测研究时,可考虑选择RC01模型法来代替悬浮箱法进行测定,进而减小人力及物力的投入.     

闽江河口区文武砂水库水体溶存CH4浓度时空变化特征

甲烷（CH₄）是一种重要的温室气体,在全球气候变化中扮演着重要角色.水库作为大气库中CH₄的重要来源而备受关注.为探究亚热带河口区水库溶存CH₄浓度时空变化特征及其影响因素,于2018年11月（秋季）、2019年3月（春季）和6月（夏季）分别对文武砂水库表层水进行高精度多空间点位采样分析.结果表明,文武砂水库表层水体CH₄浓度在研究期间的变化范围为0.03～27.35μmol·L^-1,呈现春、夏季显著高于秋季的时间变化特征（p<0.01）;在空间变化上,外源输入强度大的库区水体溶存CH₄浓度显著较高,且呈现出由库区沿海区向中心区递减的趋势.相关分析结果显示,水库表层水体CH₄浓度与水温、DOC浓度呈显著正相关关系（p<0.05或p<0.01）,与水体盐度和溶解氧呈显著负相关关系（p<0.01）.本研究结果证实亚热带水库是一个重要的CH₄排放源,库区周边的废水排入等因素影响了CH_4...     

滨海沼泽湿地转化为养殖塘对其碳储量的影响

以闽江河口为研究区域,配对采集芦苇(Phragmites australis)湿地、短叶茳芏(Cyperus malaccensis)湿地和互花米草(Spartina alterniflora)湿地的植物、土壤(0~100cm)及由其围垦而成的水产养殖塘沉积物(0~100cm)样品,测定其有机碳含量,计算生态系统碳储量,并估算沼泽湿地围垦造成的碳释放量.结果表明,闽江河口芦苇湿地、短叶茳芏湿地、互花米草湿地生态系统碳储量分别为(152.85±8.88),(151.63±6.33),(155.85±10.82)Mg C/hm²,其转化成的养殖塘沉积物碳储量分别为(112.69±4.26),(128.24±15.81),(118.59±8.26)Mg C/hm²,转化后生态系统碳储量分别下降26.3%、15.4%和23.9%,引发的碳排放分别为(145.49±33.00),(120.66±26.49),(136.76±27.61)Mg CO₂-eq/hm².上述生态系统碳储量下降的64%来自植物碳库的损失,36%来自土壤碳库的减少.滨海沼泽湿地围垦为养殖塘明显降低滨海湿地碳储量,因此,退塘还湿生态恢复可对滨海湿地固碳增汇起到重要作用.     

闽江河口湿地互花米草入侵机制

为了阐明湿地植物入侵的机制,选择闽江河口湿地为研究区域,通过野外采样和室内分析,对入侵种互花米草和土著种短叶茳芏根冠生物量、养分在植物体内的分配以及植物养分的生态化学计量学特征进行了测定与分析。结果表明:①互花米草根冠比季节变化范围是0.49~1.64,平均值为1.11,低于短叶茳芏(变化范围是3.11~7.95,平均值为5.29);②互花米草季节平均的氮磷养分分配顺序为叶>根>茎,而土著种短叶茳芏按照叶>茎>根的顺序分配;③互花米草叶、茎季节平均C/N和C/P均表现出高于短叶茳芏,而根则低于短叶茳芏,N/P则均表现为互花米草叶、茎、根高于短叶茳芏;④较高的地上生物量分配、同化器官(叶)和繁殖器官(根)养分分配以及C/N、C/P和N/P是互花米草得以成功入侵的主要原因之一。     

外源氮、硫添加对闽江河口湿地CH4、CO2排放的短期影响

于2015年4月在闽江河口鳝鱼滩湿地原位开展氮、硫添加实验,研究外源氮、硫添加对河口湿地CH_4、CO_2排放通量的短期影响,并同步观测相关环境因子.结果表明,NH_4Cl(NH)和NH_4NO_3+K_2SO_4(NS)添加显著促进了河口湿地CH_4平均排放通量(P0.01),NS耦合添加显著促进了湿地CO_2平均排放通量(P0.05);KNO_3(NO)和K_2SO_4(S)处理在实验期间对CH_4、CO_2排放通量表现为促进与抑制作用的交互影响,并且影响均不显著(P0.05).与对照(CK)相比,NH和NS添加使CH_4平均排放通量分别提高了(286.36%、122.73%),使CO_2平均排放通量分别提高了(39.92%、34.24%).氮、硫添加对河口潮滩湿地CH_4、CO_2排放的影响具有明显的时间变异性,改变了短叶茳芏湿地生长季CH_4排放时间变化规律,但未改变CO_2排放时间规律.相关分析显示,NH和NS添加处理下河口湿地土壤CH_4、CO_2排放通量主要受土温、EC、DOC以及NH+4-N的控制(P0.05或P0.01),NO和S处理主要受土温、EC、pH、DOC、NO_3~--N的控制(P0.05或P0.01),CK处理则主要受土温的影响(P0.01).温度、盐度、氮有效性是影响河口湿地CO_2、CH_4排放的主要因素.     

初冬时期闽江河口区养殖塘排水后的CH4和N2O通量日变化特征

排水活动是河口区养殖塘鱼、虾捕获后的重要管理方式之一.为探讨排水活动对河口区养殖塘温室气体通量的影响,采用静态(悬浮)箱-气相色谱法对初冬时期闽江河口区的未排干和排干养殖塘温室气体(CH_4和N_2O)通量日变化特征进行原位观测.结果表明,(1)未排干与排干养殖塘CH_4通量范围分别介于0.04~0.10 mg·(m~2·h)~(-1)和14.04~33.72 mg·(m~2·h)~(-1),均值分别为(0.07±0.01)mg·(m~2·h)~(-1)和(24.74±2.33)mg·(m~2·h)~(-1),均表现为大气库中CH_4释放源,呈现夜高昼低的特征;(2)未排干养殖塘N_2O通量范围和均值分别介于-0.027~0.011 mg·(m~2·h)~(-1)和(0.002±0.004)mg·(m~2·h)~(-1),整体上呈现昼低夜高的特征,而排干养殖塘N_2O通量范围和均值分别介于0.59~1.76 mg·(m~2·h)~(-1)和(1.07±0.15)mg·(m~2·h)~(-1),整体上呈现昼高夜低的特征.以上研究结果初步揭示,排干初期的河口区养殖塘排水活动不仅显著增加温室气体(CH_4和N_2O)排放强度,也可以显著改变养殖塘温室气体通量的日动态特征.     

恢复退化草地生态功能与可持续发展--以浑善达克沙地为例

草地生态系统既是我国北方众多自然生态系统中的重要组成部分，又是我国北疆一座天然的“绿色生态屏障”，但这一“绿色生态屏障”却遭到了前所未有的干扰和破坏，草地生态系统退化的面积，程度和速度都在进一步加剧。天然草地植被的人为干扰和破坏是草地退化的根本因素，本文基于此对恢复退化草地植被的生态功能进行初步的讨论，进而提出：草 草≠草原。