鄱阳湖洲滩湿地植物演替对土壤微生物量的影响

湿地植物演替对土壤微生物量具有显著影响,但不同土壤理化环境下的植物演替对湿地土壤微生物量影响的具体差异还不清楚。以鄱阳湖土壤理化性质不同的4个碟形子湖(包括相对肥沃的东湖和白沙湖以及相对贫瘠的蚌湖和大湖池)为研究对象,运用空间代替时间的方法,在泥滩带、湿生植被带(苔草)和挺水植被带(南荻或芦苇)采集0～10 cm表层土壤,分析不同土壤理化性质条件下植物群落演替对土壤微生物量的影响。采用土壤微生物量碳(MBC)和微生物熵(qMB)指示土壤微生物量。蚌湖、大湖池、东湖和白沙湖洲滩湿地表层土壤MBC的平均值分别为1077.27、888.29、942.45和1162.46 mg/kg,土壤qMB的平均值分别为6.07%、6.17%、3.60%和3.79%。在泥滩—苔草—南荻植物演替洲滩,土壤MBC先增加后减少;但是在泥滩—苔草—芦苇植物演替洲滩,土壤MBC持续增加。植物演替没有显著改变土壤qMB。尽管植物的生长会增加所有洲滩湿地的土壤MBC,但增加的幅度在相对贫瘠的蚌湖和大湖池明显强于相对肥沃的东湖和白沙湖。蚌湖和大湖池的土壤qMB也显著高于东湖和白沙湖。在植被演替梯度上,洲滩湿地土壤MBC和...     

鄱阳湖湿地土壤微生物活性对年际水文变化的响应

湿地自然水文节律的改变影响着湿地生态系统的稳定与安全.为探究湿地水文变化对土壤微生物活性的影响,以鄱阳湖洲滩湿地3种典型植被狗牙根（Cynodon dactylon）、南荻（Triarrhena lutarioriparia）和苔草（Carex cinerascens）下表层土壤（0~20 cm）为研究对象,对湿地土壤微生物呼吸、微生物生物量和水解酶等土壤活性特征进行连续3年的实验监测,分析年际水位变化对不同植被湿地土壤微生物活性的影响.结果表明：丰水年显著提高土壤中养分的可利用性（有机质、总磷、速效磷）,提高土壤微生物生物量、微生物熵、水解酶活性,表明丰水年有利于湿地生态系统的物质循环转化.水文条件也能通过影响湿地植被生长改变土壤养分状况,进而对植被下土壤微生物活性产生显著影响.诸多土壤理化因子中,可溶性有机碳是驱动微生物活性变化最关键的因子.进一步分析表明,由植被类型所代表的长期水文累积效应对湿地土壤理化及微生物活性的调节作用大于单纯的年际水文变化.     

基于连通性指数(IC)的近30年鄱阳湖流域水系结构与水文连通演变评估

由于气候变化和人类活动等多重影响,流域河湖水系格局与连通程度发生了显著变化,进而引发洪涝灾害等一系列水资源问题。本文以鄱阳湖流域为研究区,基于Google Earth Engine(GEE)提取1989—2020年5期水系数据,采用图论方法构建水系评价体系,定量分析该地区近30年来水系格局和结构连通性的时空演变特征,并结合该时期地形、土地利用和归一化植被指数(NDVI)等数据,利用连通性指数(index of connectivity,IC)评估功能连通性的动态变化,进而探讨水文连通与径流量和输沙量的联系。结果表明,近30年来鄱阳湖流域水系结构趋于复杂化,主要体现在流域北部。除干流外,其他等级河流的数量和长度均有所增加,其中Ⅲ级河流最为明显。河网密度、水面率、河网复杂度和发育系数均呈增加趋势,2000年后的变化率约为2000年前的两倍。水系连通环度、节点连接率和水系连通度总体增加,结构连通性呈好转趋势且变化幅度较小。功能连通分析表明,近30年来大部分流域IC减少,流域下游靠近主河道的平坦地区IC较高,上游远离河道的植被密集区域IC较低。此外,IC与年径流量和输沙量表现为显著的正相关性(...     

水文周期对纳帕海高原湿地草甸土壤碳素的影响

综合降水量、蒸发能力、周边高山冰雪融水以及地下水资源的季节性变化特点分析了纳帕海湿地草甸水文周期特征,采用野外采样和室内分析相结合的方法,研究了水文周期对草甸土壤有机质变化的影响.结果表明,纳帕海湿地水文特征中草甸水位的周期性变化显著,并且水文周期对纳帕海湿地的草甸土壤有机质影响显著,其有机质变化表现为在0-20 cm土层呈不规则的"W"型多峰曲线变化,而在20-40 cm土层有机质的变化则为不规则的"N"型.水文周期变化对草甸土壤有机质的驱动过程可采用高斯多峰模型模拟,且拟合效果较为理想.     

湿地植物固体碳源养分释放动态及其对人工湿地水体脱氮效率的影响

污水低碳氮比(C/N)是影响人工湿地氮去除效果限制因素,传统的碳源添加及利用存在成本较高、补充困难的局限性.本研究契合“就地取材,原位处理”的废物利用原则,选择人工湿地常见的水生植物和农业废弃物(玉米芯、稻草)作为对照,对比了挺水植物(香蒲、美人蕉)、浮叶植物(莲)、沉水植物(菹草)、湿生植物(南荻、短尖苔草)的释碳能力,初步确定了以香蒲、美人蕉、南荻为代表的植物具有较好的释放碳能力,在中国湿地中分布广泛,且均对水体二次污染较小.以南荻、美人蕉、玉米芯作为碳源添加的模拟人工湿地实验验证表明,在低碳氮比的模拟表流人工湿地投入植物碳源,能有效提高系统的脱氮效率,对照组、南荻组、美人蕉组和玉米芯组的出水总氮浓度分别为(5.24±0.07)、(4.50±0.10)、(3.75±0.17)和(2.97±0.18) mg/L,对应的去除率分别为58%、64%、70%和76%,确定南荻和美人蕉植物残体以及改性材料均残体和改性材料适合作为人工湿地中原位利用的外加碳源.本研究探索了通过湿地植物配置解决人工湿地水体低C/N比的问题,为提高湿地脱氮效果提供了有意义的新途径.     

移栽胁迫对3种湿地植物的影响

湿地植物的移栽是人工湿地修复的主要组成部分,移栽期间,植物从起苗、运输到栽植时间的长短等都直接影响到湿地植物移栽后的成活率和生长状况。以南四湖人工湿地中芦竹(Arundo donax)、芦苇(Phragmites communis)和香蒲(Typha latifolia)为研究对象,研究了移栽胁迫在起苗后24h内对3种植物的影响。结果表明:起苗后,芦苇的生物量和叶绿素含量下降速率最小,芦竹的叶绿素含量下降最快;叶绿素荧光方面,芦竹光合系统Ⅱ(PSⅡ)的潜在活性(Fv/Fo)和潜在最大光合能力(Y)最大,光保护能力(NPQ)也最强;香蒲的实际光合效率(Φ_(PSⅡ))最大;3种湿地植物的光化学淬灭(qP)、光保护能力和实际光合效率在5h左右即降至最低,而潜在最大光合能力下降至22h后达到稳定的较低值;芦苇的Φ_(PSⅡ)、Y、qP、NPQ和香蒲的Φ_(PSⅡ)、qP均与叶绿素含量的减少呈极显著的正相关关系(P0.01)。以上结果表明,移栽胁迫对3种湿地植物产生了严重的影响,且影响程度为芦苇香蒲芦竹,起苗后栽植时间分别不宜超过4-6h、6-8h和14-16h,以保证移栽后的植物成活率和正常生长。     

鄱阳湖植食越冬候鸟粪便对洲滩湿地薹草枯落物分解过程及碳、氮、磷释放的影响

于2017年1月-2017年6月采用分解袋技术和鸟粪添加试验研究了鄱阳湖湿地植食性越冬水鸟粪便和典型洲滩湿地植物薹草枯落物分解过程中碳、氮、磷释放动态的差异性以及植食性越冬水鸟粪便的加入对鄱阳湖湿地薹草分解过程的影响.结果表明,不同分解时间内薹草枯落物、薹草+鸟粪中薹草枯落物和鸟粪3种样品的干物质损失率和分解速率的差异性都十分显著,其数值都表现为薹草+鸟粪中薹草样品 > 薹草枯落物样品 > 鸟粪样品.鸟粪的加入显著加速了薹草分解进程,使其平均分解速率提升了约21.23%.Olson负指数模型模拟预测显示,薹草+鸟粪中薹草、薹草枯落物和鸟粪样品分解完成50%所需的时间依次为259、314和355天,分解完成95%所需的时间大约依次约为3.1、3.7和4.2年.3种样品碳、氮、磷都表现为净释放模式,其相对回归指数之间差异性也显著.碳相对归还指数都表现为薹草+鸟粪中薹草 > 薹草枯落物 > 鸟粪,氮相对归还指数和磷相对归还指数值都表现为鸟粪 > 薹草+鸟粪中薹草 > 薹草枯落物.本研究推测鸟粪添加给分解环境带来额外的营养物质,使分解者微生物的数量、种类、活性增加以及鸟粪刺激产生了一系列降解酶,如木质素酶、纤维素酶、蔗糖酶等,胞外酶数量和活性增加,是鸟粪促进薹草分解的关键因素,而样品中初始养分含量以及分解过程碳、氮、磷化学计量比的变化是造成其分解速率和养分释放差异显著的主要原因.     

淹水条件下鄱阳湖3种湿地植物腐烂分解及其对水质的影响

大型通江湖泊水位不断变化,引起湖泊水域与洲滩湿地之间相互转化,造成湿地植物周期性淹没分解,影响水体营养物质循环和能量流动.本文以鄱阳湖典型湿地植物灰化薹草(Carex cinerascens)、蒌蒿(Artemisia selengensis和虉草(Phalaris arundinacea)为研究对象,通过为期69 d...     

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.     

植物秸秆作补充碳源对人工湿地脱氮效果的影响

研究以芦苇杆、树枝及芦苇杆+树枝这三组植物秸秆作为碳源,分别补充于人工湿地基质表层(0-5cm)和中层(30-35cm)对脱氮效果的影响.试验结果表明,在进水条件下,补充植物秸秆能将人工湿地系统的TN去除率从44%提高到53%-66%,秸秆材料种类对脱氮效果影响不显著;对于三组植物秸秆材料,补充在中层均能较表层更好地提高脱氮效果,而且具有更强的抵抗进水氮负荷冲击能力.沿程氮形态分析表明:补充植物秸秆后,可以解除由于有机碳源不足产生的硝氮、亚硝氮积累,提高总氮的去除效率;而秸秆补充于中层,由于未干扰进水氨氮的硝化过程,增加底物硝氮、亚硝氮的反硝化反应,从而较之补充于表层有更好的脱氮效果.     

鄱阳湖水位变化对候鸟栖息地的影响

鄱阳湖越冬候鸟保护最重要的环节是保护栖息地,候鸟栖息地的面积和空间分布随水位过程而变化.在分析认定鄱阳湖湿地景观分类中水陆过渡带及其上下摆动区(稀疏草滩区和浅水区)为越冬候鸟主要栖息地的基础上,选择不同水位的遥感影像资料,经解译定量分析不同水位水陆过渡带面积及其空间分布,从而分析不同水位条件对候鸟柄息地的影响.进而分析...     

鄱阳湖水文过程对湿地生物的节制作用

从实测水文数据出发,研究2009-2013年近5年各年水位过程变化,归纳年内、年际水位变化的特征和类型,在此基础上分析各年水温、水体透明度及水深梯度的变化过程.结合"鄱阳湖科学考察项目"对生物资源及其动态变化的考察成果,重点探索2009、2010、2011年3个典型年鄱阳湖湿地生物繁殖、生长、成熟或死亡过程与各水文要素变化过程耦合时的联动关系.结果表明,4-6月涨水过程,沉水植物经历淹水深度1.5~2.0 m、水体透明度低于20~30 cm后,大部分死亡;3-6月和6-9月水位过程偏低,导致定居性鱼类产卵场和索饵场范围缩小;10-12月水位偏高或偏低影响冬候鸟入迁或栖息等.研究初步揭示鄱阳湖水文节律对鄱阳湖湿地生物生长、生存的节制作用,从一定意义上反映了鄱阳湖生态水文过程.     

鄱阳湖国家级自然保护区的外来入侵植物调查

通过对鄱阳湖国家级自然保护区的实地调查,初步确定区内有外来入侵植物12科16属19种,其中菊科最多,有4种。研究表明:对鄱阳湖湿地危害较为严重的外来入侵种有裸柱菊、野胡萝卜、野老鹳草、空心莲子草等4种,外来植物入侵主要由人为活动无意引入和自然传入共同作用产生,在保护区内的分布受到湖泊水位影响。     

鄱阳湖湿地碟形湖-河流水稳定同位素变化特征及其指示意义

为深入认识鄱阳湖湿地区域水循环过程,于2019年1—12月在鄱阳湖国家级自然保护区对降水、河流水、主要碟形湖水进行系统采集,综合分析碟形湖-河流水稳定同位素的动态变化特征及其指示意义。结果表明,鄱阳湖湿地修河和赣江的同位素组成具有明显的季节性变化规律,4月河水同位素最为富集,5—7月逐渐贫化,之后呈现出不断富集的变化趋势,整体上与降水同位素的时间变化特性相似。在空间分布上,各段河水的同位素组成均具有相对稳定的沿程分布特征,赣江在修河汇入点上、下游的同位素特性在大多数月份没有呈现出明显变化。碟形湖水同位素的年内变化范围比河水大,并且相对富集。主要碟形湖水的δ²H-δ¹⁸O关系接近当地大气降水线,具有更小的蒸发线斜率以及系统性偏离的特征,反映碟形湖主要受到当地降水补给,经历了一定程度的蒸发作用。基于指数模型方法估算修河和赣江水体的平均滞留时间(mean residence time,MRT)分别为1.54和0.81年,赣江较短的MRT表明鄱阳湖流域具有不同水体组分相互快速转化的水力条件,修河上游柘林水库的调蓄作用导致其MRT明显大于赣江。通过假定...     

基于生境-生物一体化视角的鄱阳湖草洲景观连通度研究

分析景观连通度动态变化特征是研究景观生态过程的重要途径,也是维持区域生物多样性的重要手段。本文以鄱阳湖草洲为研究对象,立足于影响景观连通度的生境（水位变化）与生物（物种扩散）一体化视角,在识别不同水位梯度下草洲生境范围和斑块组成的基础上,利用景观格局指数分析不同水位梯度下草洲景观结构连通度的变化特征,通过基于图论的景观连通度方法对草洲景观功能连通度分别进行不同水位梯度和不同扩散距离下的情景模拟,并剖析景观结构连通度与功能连通度的相关关系。结果表明：（1）鄱阳湖草洲呈现“水落滩出、水进草退”的景观特征,草洲生境同时面临水体的淹没效应和分割效应。随着水位的增加,草洲分布范围不断缩小,大斑块破碎与小斑块消失并存。（2）从水位变化过程来看,随着水位的增加,草洲斑块的面积不断萎缩、形状趋于简单、密度减小、破碎化程度加剧,草洲景观结构连通度下降。此外,随着水位的增加,草洲斑块在生态功能上的链接数减少、难以连接的独立组分增加、连接的可能性降低,草洲景观功能连通度降低。（3）从物种扩散过程来看,物种扩散距离对草洲景观功能连通度具有绝对正向作用,随着扩散距离的增加,草洲景观功能连通度显著增大。（4）相关...     

鄱阳湖枯水期延长背景下越冬水鸟群落结构、丰富度及其空间分布格局

鄱阳湖是我国最大的淡水湖,也是具有国际意义的候鸟越冬地.本研究于2015和2016年越冬期对鄱阳湖越冬水鸟的群落结构、丰富度和空间分布进行了系统的调查,分别记录到水鸟494033和388017只,隶属于6目13科68种.雁形目和鸻形目鸟类种类最多,其次是鹳形目和鹤形目;从生态型来看,游禽32种,涉禽36种.雁鸭类相对丰富度最高,是鄱阳湖越冬水鸟的优势类群,其次是鸻形目鸟类,而2015和2016年鹤形目鸟类数量仅占当年总数量的2.6%和1.4%.在鄱阳湖湿地的不同区域,越冬水鸟种类组成差异较大.从空间分布来看,越冬水鸟主要集中在鄱阳湖自然保护区、九江湿地和南昌湿地.开展鄱阳湖越冬水鸟的种群数量调查,摸清越冬水鸟群落结构和种群丰富度现状,对于有针对性地开展越冬水鸟保护具有重要意义.     

基于实测高光谱数据的鄱阳湖湿地植被光谱差异波段提取

高光谱遥感技术的出现为有效解决湿地植被种类的精细识别和分类提供了可能.通过实地测取鄱阳湖湿地5种植被的高光谱数据,在对数据预处理的基础上,提出一种基于数据误差范围和植被光谱均值差的植被光谱差异波段提取方法.将该方法应用于包络线变换前后的光谱曲线提取植被的光谱差异波段,最后利用马氏距离法检验植被识别效果.结果表明:本文中的方法有效提取了植被光谱差异波段,其中变换前光谱差异波段分别为663~688 nm,变换后为581~636、660~695和1225~1236 nm.在光谱差异波段范围内,同种植被的马氏距离值小于异种植被的马氏距离值,可有效对植被进行识别.研究结果为湿地植被分类识别奠定了理论基础,同时为湖泊湿地植被以及湖泊生态环境的保护决策提供科学依据.     

鄱阳湖典型湿地沉积物粒度分布及其动力解释

通过对沉积物粒度分析,揭示出翻阳湖典型湿地现代沉积物主要由含泥细粉砂至泥质极细粉砂组成,反映出三角洲前缘低能沉积环境,控制湿地粒度分布的动力,主要为重力型湖流,但波浪和风的作用也参与了沉积物的搬运与沉积,汛期,重力型湖流不仅控制了粒度分布的区域特征,而且决定了由草滩顶部－草滩下部－过滤带－泥滩沉积断面上粒度特征递变规律,枯水期,波浪作用的改造,使得沉积断面上的过滤带沉积物粗化,并使各粒度参数相应变化,特别是面积较大洼地的迎风岸,在过滤带地面坡度转折处,出现了粒度突变或跃变,风蚀“沙山”物质的搬运,使得“沙山”附近的湿地含砂量猛增,粒径变粗,这些动力作用,还控制着湿地的演化,即湿地范围增大,草滩扩张,过滤带以及泥滩下移,枯水期洼地水面缩小趋于消亡,严重影响湿地的生态环境,但可通过造造人工坝加以控制。     

鄱阳湖典型洲滩湿地水分补排关系

湿地水分在地下水含水层-土壤-植物-大气界面的运移和转换是维持能量和营养物平衡的重要环节,水分运移是湿地生态水文过程研究的关键.数值模型模拟已成为水分运移研究的重要手段,然而限于复杂的湿地自然条件及有限的监测手段,部分界面水分通量连续动态变化数据的获取及定量化工作较为困难,目前应用数值模拟法于湿地水分运移研究的案例仍不多见.本文以鄱阳湖典型湿地为研究区,构建垂向一维数值模型,阐释了湖泊水位显著季节性变化条件下,湿地水分在不同界面的传输过程,量化了湿地水分的补排关系.结果表明:(1)界面水分通量季节性差异大,降雨入渗地面和根系层水分渗漏均对降雨变化响应敏感,主要集中在4—6月,分别占年总量(1450和1053 mm)的65%和73%.土面蒸发和植物蒸腾年总量为176和926 mm,土面蒸发主要受气候条件影响,植物蒸腾还与植物生长特征有关,均集中在7—8月,分别占年总量的30%和47%.深层土壤向浅层根系层的水分补给集中发生在地下水浅埋时段6—8月,占年总量(609 mm)的76%;(2)湿地植物根系层水分补排受鄱阳湖水位季节性波动影响显著.除丰水期(7—9月)主要补给为深层土壤水外,退、枯、涨水期的主要补给均为降水入渗.涨水期(4—6月)和枯水期(12—3月)的主要排泄为根系层水分渗漏,丰水期以植物蒸腾排泄为主,退水期(10—11月),土面蒸发与植物蒸腾为主要排泄,且比重相当.本文定量了鄱阳湖典型湿地不同界面水分连续交换关系,区分了土面蒸发和植物蒸腾,辨析了各界面水分的主要影响因子,研究结果有助于深入理解水分在湿地生态系统地下水含水层-土壤-植物-大气界面的相互作用机制,认识湖泊洲滩湿地水量平衡,为揭示湖泊水情变化对湿地生态的可能影响提供依据,为湿地生态水文过程研究提供重要方法和理论参考.