闽江河口短叶茳芏潮汐湿地甲烷排放通量

采用静态箱-气相色谱法,测定了闽江河口短叶茳芏（Cyperus malaccensis）潮汐湿地甲烷排放通量.结果表明：夏季和冬季短叶茳芏潮汐湿地甲烷排放通量的日变化范围分别在1.29～2.93 mg·m^-2·h^-1和0.06～0.22 mg·m^-2·h^-1;涨潮前、涨落潮过程中和落潮后甲烷排放通量分别在0.11～1.52 mg·m^-2·h^-1、0.10～1.05 mg·m^-2·h^-1和0.05～1.70 mg·m^-2·h^-1,月平均值分别为0.73、0.47和0.72 mg·m^-2·h^-1,其排放峰值均出现在9月,最低值出现在3月,涨落潮过程中的甲烷排放通量明显低于涨潮前和落潮后（P< 0.05）;甲烷排放通量的季节变化表现为：夏季>秋季>春季>冬季;潮汐是影响甲烷排放日变化的重要因子,植物生长阶段和温度是甲烷排放月变化和季节变化的主要控制因子.     

模拟盐度脉冲耦合潮汐过程对闽江河口湿地土壤含碳温室气体排放的影响

为了探究台风风暴潮导致的盐度脉冲、潮汐涨落以及两者的耦合作用对河口湿地土壤二氧化碳（CO₂）与甲烷（CH₄）排放产生的影响,选取闽江河口道庆洲短叶茳芏湿地土壤为研究对象,通过室内模拟实验,研究不同潮汐过程情景下由于盐度和潮水涨落变化,河口湿地CO₂与CH₄排放特征并分析其主要影响因子。研究结果表明：（1）潮汐淹水显著抑制CO₂排放,但促进CH₄排放（P<0.05）。盐度增加（0-8‰）促进了土壤CO₂排放（P>0.05）;0-2‰盐度促进土壤CH₄排放（P>0.05）,2‰-8‰盐度抑制土壤CH₄排放（P<0.05）。（2）盐度脉冲耦合潮汐过程显著抑制了CH₄排放（P<0.05）,且一定程度上抑制了CO₂排放（P>0.05）。（3） CO₂排放与孔隙水中的氨态氮（NH₄⁺-N）呈极显著正相关（P<0.01）,与硝态氮（NO₃^--N）、可溶性有机碳（DOC）和土壤pH呈显著负相关（P<0.05）。盐度脉冲耦合潮汐过程对CO₂与CH₄排放的影响是一个正负消长的博弈过程,在0-8‰的盐度内,潮汐淹水对CO₂排放的影响更大,而盐度在CH₄排放中起主导作用。相较于盐度,潮汐淹水是影响闽江河口湿地含碳温室气体全球增温潜势的主导因素。     

闽江河口不同河段芦苇湿地土壤碳氮磷生态化学计量学特征

为了阐明不同河段湿地土壤生态化学计量学特征及其指示意义,对闽江河口不同河段芦苇湿地土壤碳、氮、磷含量进行了测定与分析。结果表明:上游段芦苇湿地0—60 cm土壤C/N、C/P和N/P分别为36.5—51.3、43.0—93.6和0.8—2.3,平均值分别为44.1、66.9和1.6;中游段湿地0—60 cm土壤C/N、C/P和N/P分别为15.8—21.7、28.0—72.2和1.6—4.2,平均值分别为17.6、45.7和2.6;下游段湿地0—60 cm土壤C/N、C/P和N/P分别为13.5—19.8、63.6—125.4和4.2—6.3,平均值分别为16.4、90.5和5.5;不同河段湿地的3种比值表现为不同的变化趋势,土壤C/N为上游段湿地>中游段湿地>下游段湿地,C/P为下游段湿地>上游段湿地>中游段湿地,N/P为下游段湿地>中游段湿地>上游段湿地;单一河段湿地不同土壤剖面C/N、C/P和N/P的变异性小于不同河段湿地之间的变异性;土壤水分含量和粉粒含量是影响不同河段湿地土壤C/N、C/P、N/P变化的最为关键的因子;不同河段湿地土壤C/N和N/P对厌氧碳分解过程具有良好的指示作用。     

潮汐作用对黄河三角洲盐沼湿地甲烷排放的影响

盐沼湿地作为陆海交互作用的过渡带是CH₄重要的自然来源。潮汐活动通过影响CH₄的产生、氧化和传输驱动了湿地CH₄间歇性、周期性的排放。利用涡度相关和微气象监测技术,对黄河三角洲一个盐地碱蓬生态系统CH₄通量、环境因子和水文要素（潮汐）进行了长期连续监测分析了该生态系统生长季CH₄排放的季节动态及潮汐作用对CH₄排放的影响。结果表明：生长季该生态系统是CH₄的排放源,排放日均值为0.063 mg m^-2 h^-1,（范围为-0.36-0.57 mg m^-2 h^-1）。潮汐淹水阶段和落潮后湿润阶段表现为CH₄的显著源。此外我们发现,短期潮汐活动引起土壤干湿状况的变化促进了CH₄脉冲式的排放,因此未来气候变化下温度升高和降雨季节分配引起的土壤干湿变化将会对该区域CH₄排放甚至碳循环产生积极影响。     

闽江河口湿地生物多样性及其保护

根据闽江河口湿地比较系统的调查资料,分析了生物多样性的状况及其受人为活动影响的原因,提出了湿地生物多样性保护的对策。研究表明,闽江河口区西自闽侯竹岐,东至连江川石岛,共划分10个湿地类型,总面积约459.2km2。闽江河口众多的湿地串珠状排列,有6块面积较大的湿地,是鸟类的主要栖息、繁殖和迁徙地。闽江河口湿地的维管束植物107科337属465种,被子植物89科317属438种,大型水生无脊椎动物61种,鸟类29科118种,植被类型4种类型、18个群系和22个群丛。文中分析了环境污染、不合理开发利用、盲目围垦等人为活动对闽江口湿地生物多样性的影响,最后提出了湿地生物多样性的保护对策。     

闽江河口湿地土壤全磷高光谱遥感估算

磷是湿地生态系统必需和限制性元素,利用高光谱遥感数据对其进行估算对实现湿地土壤磷素快速和准确定量具有重要意义。选取闽江河口湿地作为研究区,于2013年5月,采集16个土壤剖面80个样本作为估算与验证模型样本;基于光谱指数建立土壤全磷(TP)含量估算模型,其中光谱指数包括原始光谱反射率(R)、比值土壤指数(RSI)、归一化土壤指数(NDSI)和有机质诊断指数(OII)。此外进一步分析反射光谱与不同形态磷,TP与有机质之间关系,以期初步揭示河口湿地土壤TP估算的机理。研究结果表明,闽江河口湿地土壤TP含量与R相关系数较高的区域分布在360-560 nm,并在406 nm处达到最大值-0.816;光谱指数RSI(R_(430),R_(830))、RSI(R_(460),R_(810))、RSI(R_(560),R_(580))、NDSI(R_(430),R_(830))、NDSI(R_(460),R_(830))、NDSI(R_(560),R_(580))和OII(R_(446))与土壤TP含量均有较高的相关系数,能较好的用于TP含量的估算;各估算模型决定系数(r~2)和均方根误差(RMSE)分别在0.657-0.805和0.052-0.067之间;验证模型r~2和RMSE分别在0.606-0.893和0.037-0.044之间。分潮滩建立TP含量估算模型是可行的,并且能提高部分光谱指数的估算精度。土壤TP含量的估算精度与磷素的组成有关,其中与铁吸附态磷关系较为密切,钙吸附态和铝吸附态磷关系较弱。土壤TP与有机质和氧化还原环境的存在密切关系可能是湿地土壤TP含量估算的重要机理。     

盐分对河口淡水、微咸水沼泽湿地土壤甲烷产生潜力的影响

海平面上升导致河口区盐水入侵现象日益明显,深刻影响着河口潮汐淡水、微咸水湿地生物地球化学循环。采集闽江河口区淡水、微咸水短叶茳芏潮汐沼泽湿地表层土样,室内添加盐度为5,10,15,21 g/L的人造海水、Na Cl溶液及盐度为0的去离子水,通过室内泥浆厌氧培养试验,对比研究海水和Na Cl溶液对淡水、微咸水沼泽湿地土壤甲烷产生潜力的影响。与对照相比,1—12 d培养期内4个盐度的海水处理均显著抑制河口淡水、微咸水沼泽湿地甲烷产生潜力,抑制率在93%以上,盐度10—21 g/L的3个海水处理对于河口淡水、微咸水沼泽湿地甲烷产生潜力的抑制效应无显著差异。Na Cl溶液只有在盐度达到15和21 g/L才显著抑制淡水、微咸水沼泽湿地甲烷产生潜力,且抑制率最多为80.9%,盐度为5、10 g/L的Na Cl溶液对淡水、微咸水沼泽湿地甲烷产生潜力的抑制作用不显著,抑制率多小于30%。伴随着盐水入侵而发生的硫酸盐还原作用及离子胁迫作用对河口淡水、微咸水沼泽湿地甲烷产生具有显著的抑制效应。     

闽江河口湿地枯落物分解及主要影响因子

以闽江河口湿地挺水植物本地种芦苇和入侵种互花米草的花和叶枯落物为研究对象,采用分解袋法分析其分解过程及主要影响因素.结果表明: 立枯分解(0～90 d)是2种湿地盐沼植物重要的分解阶段,芦苇和互花米草的花和叶质量损失率分别为(15.0±3.5)%、(13.3±1.1)%和(31.9±1.1)%、(20.8±1.4)%.倒伏分解阶段(91～210 d),芦苇和互花米草的花和叶质量损失率分别为(69.5±0.6)%、(71.5±2.5)%和(76.8±1.9)%、(67.5±2.1)%.在立枯分解阶段,2种挺水植物枯落物的分解速率与C/N呈正相关,与N/P呈负相关,分解过程受到P的限制程度较大.倒伏分解阶段,枯落物C/N、C/P和N/P的影响降低,而大气温湿度、土壤水分、酸碱度、盐度和沉积物特性等的影响加大.不同分解阶段枯落物分解影响因子的差异主要与其所处的微域环境和潮汐因素有关.     

闽江下游水体硅的组成及营养盐化学计量比

在过去几十年里,河流在人类活动的影响下向沿海生态系统输送不平衡的营养盐负荷导致了严重的区域或全球富营养化问题。闽江受人类活动影响比较明显,为了研究闽江水体营养盐输送比例的变化特征,于2019年7月至2020年7月对闽江下游表层水体碳、氮、磷、硅营养盐进行了季节观测。结果表明：闽江下游表层水体溶解态硅(DSi)、成岩硅(LSi)和生物硅(BSi)的年平均含量分别为5.30、4.58和2.37 mg·L^-1,但季节性差异大,夏季表现为溶解态硅>成岩硅>生物硅,秋季为溶解态硅>生物硅>成岩硅,而冬季为成岩硅>溶解态硅>生物硅。其中溶解态硅在总硅中的比例沿向海方向呈逐渐降低趋势,而生物硅与之相反。从化学计量比来看,闽江水体明显地受碳、磷限制,基本不受硅、氮限制。据估算,闽江每年向河口输送1.03×10¹⁰ mol溶解态硅和0.46×10¹⁰ mol生物硅,并且呈现逐年下降趋势,而碳、氮、磷负荷则呈上升趋势,这种营养盐比例关系会导致河口及近海生态系统结构和功能发生变化。研究闽江水体碳、氮、磷、硅...     

闽江河口湿地枯落物分解及主要影响因子

以闽江河口湿地挺水植物本地种芦苇和入侵种互花米草的花和叶枯落物为研究对象,采用分解袋法分析其分解过程及主要影响因素.结果表明:立枯分解(0～90 d)是2种湿地盐沼植物重要的分解阶段,芦苇和互花米草的花和叶质量损失率分别为(15.0±3.5)％、(13.3±1.1)％和(31.9±1.1)％、(20.8±1.4)％.倒伏分解阶段(91 ～210 d),芦苇和互花米草的花和叶质量损失率分别为(69.5±0.6)％、(71.5±2.5)％和(76.8±1.9)％、(67.5±2.1)％.在立枯分解阶段,2种挺水植物枯落物的分解速率与C/N呈正相关,与N/P呈负相关,分解过程受到P的限制程度较大.倒伏分解阶段,枯落物C/N、C/P和N/P的影响降低,而大气温湿度、土壤水分、酸碱度、盐度和沉积物特性等的影响加大.不同分解阶段枯落物分解影响因子的差异主要与其所处的微域环境和潮汐因素有关.     

闽江河口湿地土壤速效磷时空分布与来源

选取闽江河口潮滩湿地作为研究区,于2013年5、8和11月沿水文梯度采集不同深度土壤,测定其速效磷含量,研究闽江河口潮滩湿地土壤速效磷沿水文梯度的时空分布特征;并进一步测定土壤全磷(TP)、有机磷(Org-P)和无机磷(IP)分级,利用通径分析揭示土壤速效磷来源。结果表明:5月和8月土壤平均速效磷含量分别为3.53±1.15和3.23±1.15 mg·kg-1,显著高于11月(1.96±1.07 mg·kg-1)(P0.05);5、8和11月土壤速效磷空间分布格局相似,从高潮滩到中潮滩,其含量呈波动降低,并且表现为芦苇群落土壤速效磷含量显著高于短叶茳芏群落(P0.05);在垂直方向上,高潮滩土壤速效磷含量大都随深度增加而降低,中潮滩其垂直变化不显著;在植物生长初期(5月),土壤Org-P和闭蓄态磷(O-P)是速效磷的主要来源;在植物生长旺盛期(8月)和生长末期(11月),土壤Org-P和铁磷(Fe-P)是速效磷的主要来源。     

湿地碳排放及其影响因素

湿地生态系统在全球碳循环中起着重要作用.湿地独特的土壤、水文和植被条件,使得其在低氧环境下能不断累积碳,并同时释放大量温室气体——CH4和CO2,因此湿地的碳排放近年来成为全球气候变化研究关注的重点问题.湿地的土壤状况、水文条件及植被类型的不同导致湿地CH4和CO2的排放具有极强的时空变异性.土壤温度与CH4和CO2排放呈正相关关系;水位条件对湿地温室气体的排放有一定影响,在一定范围内,土壤的厌氧环境导致CH4排放量增大,CO2排放量减小;植被影响到温室气体产生、氧化和排放各个方面,因物种而异.     

闽江河口湿地土壤CH4产生与氧化速率对外源氮、硫添加的响应

通过室内培养实验,研究了外源氮、硫添加对闽江河口湿地土壤CH_4产生/氧化速率以及土壤理化性质的短期影响。NH_4Cl(N1)和NH_4NO_3(N3)处理在各培养阶段均显著促进土壤CH_4产生速率(P0.05),较对照分别提高136.70%和136.55%;NH_4Cl+K_2SO_4(NS1)和NH_4NO_3+K_2SO_4(NS3)处理在培养第3、6、12、15和18天均显著促进了CH_4产生速率(P0.05)。KNO_3(N2)、K_2SO_4(S)处理在不同培养时间对CH_4产生速率影响均不显著(P0.05);KNO_3+K_2SO_4(NS2)处理除在第21天外(P0.05),其他时间影响均不显著(P0.05)。N2、N3、NS2和NS3处理均显著促进了土壤CH_4氧化速率(P0.05),平均CH4氧化速率较CK分别提高了145.30%、142.93%、139.48%和112.68%。整体而言,不同添加处理并没有显著改变湿地土壤CH_4产生/氧化速率的时间变化规律,各处理均表现为随培养时间先增加而后逐渐降低。短期培养结束后,土壤可溶性有机碳(DOC)、电导率、p H值在不同处理间均不存在显著差异(P0.05);土壤NH+4-N含量在N1、N3、NS1和NS3处理下,NO_3~--N含量在N2、N3、NS2和NS3处理下,SO_4~(2-)含量在S、NS1、NS2和NS3处理下均显著高于对照处理(P0.05)。相关分析显示,DOC、铵态氮(NH+4-N)和硝态氮(NO_3~--N)是氮、硫添加处理下影响闽江河口湿地土壤CH_4产生/氧化速率短期变化的主要控制因素。     

河口湿地植物活体-枯落物-土壤的碳氮磷生态化学计量特征

碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量比是生态系统过程及其功能的重要特征.以闽江河口的芦苇(Phragmites australis)和短叶茳芏(Cyperus malaccensis var.brevifolius)湿地为对象,开展植物活体-枯落物-土壤系统的C、N、P季节动态研究.结果表明:芦苇和短叶茳芏植物活体、枯落物和土壤年均C、N、P含量为C＞N＞P,两种湿地系统C、N含量均为植物活体和枯落物高于土壤,但与土壤P含量大小关系因植物构件差异而不同;芦苇和短叶茳芏植物活体、枯落物和土壤的C、N、P生态化学计量比表现为C∶P＞C∶N＞N∶P;芦苇湿地C∶N为枯落物＞植物活体＞土壤,短叶茳芏为植物活体＞枯落物＞土壤,而C∶P和N∶P均为枯落物＞植物活体＞土壤;C、N、P化学计量比可以反映湿地C、N、P交换过程和植物群落的生态功能.     

Ebullitive methane emissions from oxygenated wetland streams

Stream and river carbon dioxide emissions are an important component of the global carbon cycle. Methane emissions from streams could also contribute to regional or global greenhouse gas cycling, but there are relatively few data regarding stream and river methane emissions. Furthermore, the available data do not typically include the ebullitive (bubble‐mediated) pathway, instead focusing on emission of dissolved methane by diffusion or convection. Here, we show the importance of ebullitive methane emissions from small streams in the regional greenhouse gas balance of a lake and wetland‐dominated landscape in temperate North America and identify the origin of the methane emitted from these well‐oxygenated streams. Stream methane flux densities from this landscape tended to exceed those of nearby wetland diffusive fluxes as well as average global wetland ebullitive fluxes. Total stream ebullitive methane flux at the regional scale (103 Mg C yr^?1; over 6400 km²) was of the same magnitude as diffusive methane flux previously documented at the same scale. Organic‐rich stream sediments had the highest rates of bubble release and higher enrichment of methane in bubbles, but glacial sand sediments also exhibited high bubble emissions relative to other studied environments. Our results from a database of groundwater chemistry support the hypothesis that methane in bubbles is produced in anoxic near‐stream sediment porewaters, and not in deeper, oxygenated groundwaters. Methane interacts with other key elemental cycles such as nitrogen, oxygen, and sulfur, which has implications for ecosystem changes such as drought and increased nutrient loading. Our results support the contention that streams, particularly those draining wetland landscapes of the northern hemisphere, are an important component of the global methane cycle.     

Plant nutrient dynamics and stoichiometric homeostasis of invasive species Spartina alterniflora and native Cyperus malaccensis var. brevifolius in the Minjiang River estuarine wetlands

Aims Stoichiometric homeostasis is an important mechanism in maintaining ecosystem structure, function, and stability. The invasion of exotic species, Spartina alterniflora, has largely threatened the structure and function of native ecosystems in the Minjiang River estuarine wetland. However, how S. alterniflora invasion affect plant stoichiometric homeostasis is largely unknown. This could enhance our understanding on wetland ecosystem stability and expand the applications of ecological stoichiometry theory.
Methods Nitrogen (N) and phosphorus (P) contents of plant organs and soils in the S. alterniflora, Cyperus malaccensis var. brevifolius, and S. alterniflora-C. malaccensis var. brevifolius mixture were measured, and the homeostatic index (H) was calculated according to the stoichiometric homeostasis theory.
Important findings Our results showed that the invasion of S. alterniflora significantly increased soil N:P ratio (p < 0.05), but did not affect soil N or P contents. The N and P contents of leaf and stem were the highest for S. alterniflora, and those of the stem were the highest for C. malaccensis var. brevifolius. At the ecosystem level, the average of homeostatic index (H) of N (H_N, 25.31) was larger than those of P (H_P, 10.33) and N:P (H_N:P, 2.50). At the organ level, root H_N was significantly larger than stem H_N (p < 0.05) and sheath H_N:P was greater than root H_N:P (p < 0.05), while there was no significant difference for H_P among root, stem, leaf, and sheath (p > 0.05). As for species, root H_N of S. alterniflora was significantly larger than that of C. malaccensis var. brevifolius in the mixture community (p < 0.05). In the monoculture, stem H_N:P of S. alterniflora was significantly higher than that of C. malaccensis var. brevifolius (p < 0.05). Furthermore, root H_N, leaf H_N and sheath H_N of S. alterniflora in the mixed community was significantly larger than that of S. alterniflora in the monoculture (p < 0.05), suggesting that S. alterniflora invasions increased their stoichiometric homeostasis. Meanwhile, the stoichiometric homeostasis of invasive and native plants were influenced by multiple factors, such as nutrients, organs, vegetation, and invasion. However, larger homeostasis was found in S. alterniflora than in C. malaccensis var. brevifolius in some particular organs either in mixture or monoculture communities. Therefore, the successful invasion of S. alterniflora may result from higher homeostatic index than the native species, C. malaccensis var. brevifolius.     

二氧化碳生物转化制甲烷技术研究进展

二氧化碳减量化与转化是当前业界关注及着手解决的重要问题,将二氧化碳作为资源转化为甲烷,有利于环境与社会的可持续发展。本文在分析二氧化碳转化为甲烷技术的基础上,重点介绍了国内外二氧化碳生物转化的研究与进展;总结了二氧化碳生物转化途径及其影响因素,分析了氢营养型、甲基营养型生物转化甲烷机理和生物转化能量来源;探讨了不同产甲烷菌微生物电合成产甲烷和氢气研究进展,总结了微生物电合成法、光合作用法和厌氧消化法等二氧化碳生物转化技术在反应器设计、电极材料选择、工艺条件优化及试验结果评估等方面取得的进展及存在的问题。重点就微生物电合成法的未来研究提出了增强微生物活性、提升氢气利用率、加快高效电极开发、提高能量效率、加强工业废气试验研究和强化光能转化等研究重点和发展方向,同时加强计算机模拟等交叉学科协同创新是促进二氧化碳生物转化技术进步的新方向。