水位对洞庭湖湿地4种典型沉水植物的影响

近年来,受全球变化及高强度人为干扰的影响,湿地退化严重(洞庭湖湿地枯水期提前、枯水期水位持续降低和浅水洼地减少),导致洞庭湖湿地沉水植物大面积消亡.深入研究洞庭湖低水位对沉水植物的生长影响,对指导沉水植物恢复有重要意义.以我国典型通江湖泊洞庭湖典型沉水植物为研究对象,模拟野外沉水植物主要分布区域浅水洼地水文环境,设置4个水位梯度(25、50、75、100 cm),探讨竹叶眼子菜(Potamogeton malaianus)、黑藻(Hydrilla verticillata)、苦草(Vallisneria natans)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum)的生长、生物量和生理活性对水位变化的响应.结果显示:(1)前期底质养分含量为:总氮0.09%、总磷0.09%、总钾3.04%、碱解氮20.87 mg/kg、速效磷10.7 mg/kg、速效钾326.67 mg/kg、硝态氮6.97 mg/kg、氨氮6.59 mg/kg、有机碳1.21%、有机质2.09%,2个月后,不同水位的底质养分含量有差异,100和75 cm水池的养分含量高于50和25 cm,氨氮、有机质和有机碳含量在25 cm水位的水池较高;(2)75 cm水位适合竹叶眼子菜和黑藻生长,100 cm水位适合苦草和金鱼藻生长;(3)100 cm水位有利于竹叶眼子菜的繁殖及生物量积累,75 cm水位有利于黑藻和金鱼藻的繁殖及生物量积累,50 cm水位有利于苦草的繁殖及生物量积累;(4)100 cm水位下的沉水植物酶活性强,75和50 cm水位下的沉水植物次之,25 cm水位下的最弱.以上结果表明,4种沉水植物的生长特征和生物量积累随水位变化,在水域生态恢复中应考虑将水位控制在50~100 cm之间,这样有利于促进种群生物量和水生生态系统的恢复.     

洞庭湖湿地柳属木本植物与薹草属草本植物群落土壤与水环境特征

木本与草本是植物存在的两种主要生活型,生态功能差异明显,尤其在植物被周期性洪水淹没的湿地生态系统中.为此,以洞庭湖湿地二门闸、五门闸、藕池河口、白沙大桥4个研究点的原生柳属木本植被与薹草属草本植被为研究对象,通过对枯水期土壤理化性质与汛期水流速度、水环境的对比监测,揭示两者生态防护功能的差异.对土壤粒径组成而言,在二门闸与白沙大桥2个研究点,木本与草本植物群落土壤样本之间无显著差异;而在五门闸与藕池河,与草本植物相比,木本植物导致土壤上层(0~30 cm)与下层(60~90 cm)粉粒含量降低,砂粒含量增加,中层(30~60 cm)黏粒与粉粒含量增加,砂粒含量降低.对土壤化学性质而言,木本植物总体上导致土壤有机质与全氮含量升高,而对全磷与全钾含量无显著影响.与草本植物相比,木本植物能显著减缓水流速度,提高水体氧化还原电位与溶解氧浓度,而对水温与p H值无明显影响.可见,洞庭湖湿地木本与草本植物生活型的差异,是导致二者土壤与水环境特征差别的主要原因,与草本植物相比,木本植物具有更强的生态防护功能.     

入湖河口湿地四种植物群落类型的土壤氮素空间分布特征

对江苏省溧阳市大溪水库的洙漕河河口湿地中香蒲、水蓼、灯心草和芦苇四种植物生物量、氮含量及植物群落的土壤氮素分布特征进行研究,结果表明:四种植物地上生物量、地上组织氮含量、地下生物量、地下组织氮含量存在显著差异;土壤烧失量(LOI)、总氮(TN)、硝态氮(NO₃^--N)在垂直分布上表现为由表层向下减少的总体分布趋势,铵态氮(NH₄⁺-N)浓度的剖面变化呈现先减少后增加的趋势;四种植物群落土壤氮浓度各不同,但均大于对照,以有机氮为主,说明湿地具有一定的储氮能力;不同的植物群落影响湿地氮素的分布.相关性分析显示,土壤LOI与TN、NO₃^--N和NH₄⁺-N均存在极显著相关性,无机氮构成比例较小,仅为1.41%,表明土壤中的氮素主要以有机氮的形式存在;土壤氮浓度与植物生物量及组织氮含量相关性不大,说明土壤氮形态浓度不仅受到植物生长的影响,同时也可能受到植物根区环境、微生物数量与活性等的影响.     

洞庭湖湿地土壤种子库特征及其与地表植被的相关性

本文研究洞庭湖三种分布于不同水位的主要群落(荻、苔草、虉草)土壤种子库大小组成、垂直分布特征及其地表植被的相关性.结果表明:荻群落土壤种子库密度最高,为44656粒/m2,苔草群落的最低,为15146粒/m2,虉草群落的居中,为31725粒/m2.种子主要分布于土壤表层(0～5 cm),且随土壤剖面深度的增加而迅速递减.三种群落湿地种子库由53种植物组成,分属18科39属,其中多年生物种20种,一或二年生物种33种.在荻、苔草和虉草三种群落中,种子库的多年生物种分别占29.9%、35.2%和38.0%,物种多样性指数分别为0.76、0.70和0.72;地表植被物种多样性指数分别为0.53、0.17和0.45,土壤种子库与相应地表植被相似性系数分别为0.40、0.28和0.52.可见,在洞庭湖这一通江湖泊湿地,多年生地表植被所产生的种子对土壤种子库大小贡献相对有限,种子库可能主要通过其它途径(如水的流动作用)输入.     

洞庭湖湿地植物生活型与生态型

研究植物生活型和生态型可以深刻解析植物群落结构和其环境的关系,对研究植物群落的发生、发展以及演替规律都具有重要意义.通过对洞庭湖湿地植物群落物种生活型及生态型进行调查研究,结果表明:洞庭湖湿地植物主要生长型为草本植物,其次为藤本植物,木本类植物缺乏;生活型主要为一年生植物,其次为地下芽和地面芽植物,高位芽和地上芽植物最少.在不同典型群落中,高位芽和地上芽植物在不同群落中所占比重随着高程的递增而增加,且相同生活型在不同群落中所占的比重也随高程的递增而增加.植物生态型构成中,水分生态型以湿生植物为主,土壤pH值生态型以中性土植物最多,光照强度生态型以阳性植物为主,淤积生态型以非淤积植物最多.洞庭湖湿地不同高程典型植物群落生态型组成为:阳性、旱生、中生、碱性,中性、非淤积型植物主要分布于高、中程区,淤积植物主要分布于低程区;阴性、耐阴性、酸性、碱性、非淤积型植物随高程的递增而递增.在洞庭湖湿地,能同时适应洪水和泥沙淤积胁迫的生长型和生活型所占比例较高.水分是决定不同植物生态型分布的关键因子,在湿地高程区分布的物种更多,植物生态型更丰富.     

湖北梁子湖湿地土壤养分的分布特征和相关性分析

对湖北梁子湖农业湿地土壤有机质、N、P、K的分布特征进行了研究.结果表明,土壤表层有机质含量在24.203-56.815g/kg之间,TN、TP、TK分别为1.385-2.911g/kg、0.406-0.523g/kg和14.68-26.77g/kg.五类土壤中有机质、TN、TP、TK在水平分布上是随地形部位升高(地下水位降低)而降低,即从沼泽型→潜育型→侧渗型→潴育型→淹育型渐次降低.土壤剖面中,有机质、TN、TP、TK从表层到底层逐渐降低,仅在淹育型土壤中TK是从上向下逐渐升高.侧渗型水田由于湖水脉动漂洗作用使剖面底层的有机质、TN、TP、TK都低于其它四类土壤.土壤表层中速效N、P分布特征与TN、TP相似,但速效K的变异较大.土壤表层中有机质、TN、TP、TK之间有良好的相关性,而剖面中有机质与TN也高度相关.此外,沼泽型土壤有机质与TK及TN与TK显著相关,而淹育型土壤剖面中TP与TK显著负相关.     

1993-2010年洞庭湖湿地动态变化

利用不同时相遥感影像,结合实地调查,采用决策树分类方法提取洞庭湖湿地信息,完成洞庭湖四期湿地类型分布图;同时分析洞庭湖湿地植被群落动态变化特征、驱动因素以及湿地变化的影响.结果表明,17 a来洞庭湖滩地植被分布和面积发生了明显变化,林滩地面积净增367.88 km2,变化比例为1127.51%,分布范围向洲滩主体扩展,成为主要滩地类型;芦苇滩地面积减少44.09 km2,草滩地面积增加2.99 km2,变化比例分别为-5.80%和0.40%.洞庭湖湿地的变化一方面受洞庭湖泥沙淤积和滩地植被演替的影响,另一方面也受到人类活动干扰的影响.天然湿地植被的破坏,特别是人工种植芦苇和滩地造林在一定程度上改变了洞庭湖湿地生态系统原有的结构和功能.为有效保护洞庭湖湿地,要合理开发洲滩资源,保护天然湿地植被,合理规划和控制滩地造林.     

鄱阳湖苔草洲滩湿地土壤胞外酶活性和化学计量比的高程变化特征

土壤胞外酶参与土壤的生物化学过程,其活性和化学计量比能够反映土壤微生物的功能动态.然而,目前湿地生态系统中催化不同生物地球化学关键过程的土壤胞外酶的活性和化学计量比随高程的变化特征还不清楚.以鄱阳湖苔草洲滩湿地6个不同高程样带的表层土壤(0～10 cm)为研究对象,通过测定与土壤碳、氮、磷循环相关的7种水解酶的活性,分...     

基于遥感时空融合的鄱阳湖洪泛湿地植物群落动态变化特征

湿地植物群落结构及其动态变化特征是反映湿地生态系统健康状况的重要指标,对预测湿地生态系统演变方向和生态恢复至关重要。本文基于融合Landsat和MODIS数据获得的30 m、8 d分辨率的NDVI数据集,结合物候特征构建决策树分类方法,解译了2000 2020年鄱阳湖洪泛湿地植被空间分布格局,分析不同植物群落时空动态特征及转移变化过程。结果表明：遥感时空融合为鄱阳湖湿地植被精细化分类提供了良好的数据基础,基于物候特征的决策树分类方法将研究区解译为水体、泥滩、浮叶植物群落、蓼子草（Polygonum hydropiper）-虉草（Phalaris arundinacea）群落、苔草（Carex cinerascens）群落、芦荻（Phragmites australis-Triarrhena lutarioriparia）群落、蒌蒿（Artemisia selengensis）群落和林地8种景观,总体分类精度达89.36%。从全湖范围来看,湿地植被总面积虽有波动,但整体呈显著增加趋势,其中蓼子草-虉草群落的增加最为明显,而分布最广的苔草群落先增加后有微弱减小,次优势种的芦荻群落面积在30...     

基于水文变异的东洞庭湖湿地生态水位研究

东洞庭湖湿地具有重要生态意义.基于东洞庭湖湿地退化的现实,认为气候变化、人类活动等因素造成水文序列发生突变,湿地生态系统适应突变前的水文环境.以城陵矶水文站1952-2006年月平均水位序列为分析对象,通过滑动T检验法找到序列的最可能突变点,以该点对序列进行分割,以变异前的月平均水位序列为对象,拟合月平均水位的最适合概率分布函数,认为概率最高处的月平均水位是区域生态水位.研究结果表明,城陵矶水文站的水位时间序列发生显著变化;与其他方法相比,本文确定的东洞庭湖湿地生态水位具有一定的合理性,对东洞庭湖湿地生态系统修复具有一定的指导意义.     

洞庭湖区不同退田还湖模式下湿地植被恢复特征的比较

以2006年野外调查资料为依据,对洞庭湖区3种"双退"恢复模式(自然恢复、种植荻和种植杨树)下的植被特征进行了比较分析.结果表明,自然恢复模式下的物种数最为丰富,达79种,而种植荻模式下的物种数最为稀少,仅36种;自然恢复模式下湿生植物种类最为丰富,占物种总数的81.0%,而种植杨树和荻模式下所占比例分别为78.7%和...     

洞庭湖湿地植被长期格局变化(1987-2016年)及其对水文过程的响应

基于长序列遥感影像数据、水位日观测数据以及高精度湖盆地形数据,通过提取洞庭湖1987—2016年湿地植被信息,并构建表征水位波动的多周期水情变量,采用逐步回归分析法识别影响洞庭湖湿地植被分布格局的关键水情变量并建立其与植被面积的响应关系.结果表明：1）1987—2016年,洞庭湖湿地典型植被面积在全湖尺度上呈增加趋势,尤其是林地面积,占比由1.77%上升为7.24%.湿地植被格局演变上,东洞庭湖呈现芦苇群落挤占苔草群落空间,并推动湿地植被整体向湖心扩张的趋势.2）影响东洞庭湖苔草和芦苇分布最关键的水情变量是丰水期水位.苔草对丰水期水情存在非线性阈值响应,丰水期平均水位维持在29 m左右,最适宜苔草生长;对于芦苇,丰水期偏枯的水情条件对其生长发育起到促进作用.涨水期和退水期水文过程是影响东洞庭湖湿地植被分布的次为重要的水情因子.涨水期、退水期水位偏低的水情条件对芦苇分布面积的扩张起促进作用.     

不同出露时间下洞庭湖洲滩土壤及生态系统呼吸特征

于2015年1月洞庭湖枯水期,针对不同出露时间下的洲滩,调查其土壤理化性质,并利用LI-8100便携式二氧化碳气体分析仪监测其生态系统呼吸.结果表明：在洞庭湖枯水期,洲滩出露后,洲滩土壤有机质、硝态氮、铵态氮和全氮含量随出露时间增长而先升高后降低.土壤溶解性有机碳含量是影响洞庭湖枯水期洲滩生态系统呼吸强度的最重要影响因子.溶解性有机碳含量随出露时间增长而提高,洲滩生态系统呼吸强度随之提高,并在洲滩出露约60天后达到最高值.出露洲滩生态系统呼吸通量均值为0.72±0.55 μmol/（m²·s）,超过杨树林地、芦苇地和农田地,成为洞庭湖区冬季CO₂排放最活跃的区域.     

洞庭湖洲滩土壤种子库对土壤水分变化的响应

由于三峡大坝及上游水库群的运行,长江中下游水域水文节律随之发生了改变,导致洞庭湖枯水期提前,进而影响洞庭湖洲滩植被及其土壤种子库的分布格局.本研究在洞庭湖4个自然保护区内选取共11个典型洲滩湿地,沿由水到陆方向根据植被类型将洲滩分为泥沙洲滩、泥沙—湖草洲滩过渡带、湖草洲滩、湖草—南荻洲滩过渡带、南荻洲滩5种洲滩类型.通过样带—样方法调查和采样,并结合湿润和水淹两种条件下的土壤种子库萌发实验,分析了土壤水分变化对洲滩种子库萌发特征的影响及土壤种子库与地表植被的关系.结果显示:①土壤含水量沿水到陆方向由泥沙洲滩向南荻洲滩递减;②不同类型洲滩土壤种子库密度没有显著差异;③温室萌发实验中,水淹条件下土壤种子库物种丰富度和种子库密度显著降低,东洞庭湖自然保护区土壤种子库物种丰富度和种子库密度较高;④地表植被物种丰富度高于土壤种子库,泥沙洲滩土壤种子库与地表植被物种组成的Jaccard相似性指数最低.此外,虉草(Phalaris arundinacea)、芦苇(Phragmites communis)、南荻(Miscanthus sacchariflorus)等只在地表植被中存在,而陌上菜(Lin...     

近百余年(1900—2020年)洞庭湖湿地演化驱动因素分析

自20世纪以来,在自然以及人类活动共同作用下,洞庭湖湿地面积与格局发生显著变化。本文在综合大量历史资料、相关文献以及数据的基础上,采用分段线性回归方法将近百余年(1900—2020年)洞庭湖湿地面积与格局变化划分为4个阶段,并重点分析了各阶段影响湿地演化的驱动因子及相互作用关系。1900年以来,洞庭湖湿地面积变化可分为1900—1949年的明显下降期、1950—1978年的快速萎缩期、1979—1998年的稳定期以及1999年至今的略微回升期,湿地景观格局变化经历了新中国成立前的相对稳定阶段、1950s—1990s的水域向洲滩转化阶段以及21世纪以来的洲滩向水域转化阶段。不同时期,由于社会经济与生产力水平的差异,湿地演变的驱动因素存在差异,导致湿地演变的速率与方向有所不同。围湖垦殖与退田还湖是导致湿地面积发生改变的主要因素,气象波动、水库建设、湖区采砂以及河道整治等则通过改变入湖水文泥沙情势影响湿地格局变化,并影响围湖垦殖与退田还湖等活动。为满足经济发展要求,政府在湿地演变中的参与度逐渐增加,对围湖垦殖的态度发生了“鼓励—参与—禁止—还湖”的转变,为近百余年洞庭湖湿地演化的核心驱动要素...     

洞庭湖区洪涝特征分析(1471-1996年)

依据建立的１４７１－１９９６年洞庭湖区洪涝灾害序列、有关水文气象资料和灾情资料等,运用多种分析方法,揭示出洞庭湖洪涝灾害上有如下特征：发展的阶段性和区域性;发生的持续性、周期性和地区关联性;自相似性等。为洞庭湖区洪涝灾害评估观测、防灾减灾和经济建设提供了科学依据。