土壤无机碳特别是成土碳酸盐的固定是滨海地区降低大气二氧化碳浓度,缓解气候变化的重要途径之一.本研究选取江苏省北部滨海地区的互花米草湿地(SA)、碱蓬湿地(SS)、幼龄杨树人工林(YP)和成熟杨树人工林(MP),分层采集不同深度的土壤样品(0～10、11～20、21～40、41～60、61～80和81～100 cm),利用13C稳定同位素技术,分析了不同土壤的无机碳组成和储量的差异,并探究了影响成土碳酸盐储量的关键土壤理化性质.结果表明:除MP表层土壤(0～10cm)外,其余土壤的无机碳含量均高于有机碳含量.整体而言,SA和SS 土壤成土碳酸盐占无机碳的比例和无机碳储量的差异均不显著.与湿地土壤相比(0～40 cm),YP和MP 土壤的成土碳酸盐占无机碳的比例分别降低了 32.7％和54.1％,成土碳酸盐储量分别降低了40.5％和59.2％,成岩碳酸盐储量没有显著变化,无机碳储量分别降低了 21.0％和17.9％.与YP 土壤相比(0～100 cm),MP 土壤的成土碳酸盐占无机碳的比例和成土碳酸盐储量均显著降低而成岩碳酸盐储量显著升高,尤其是41～100 cm 土层,而无机碳储量没有显著变化.结构方程模型表明,土壤成土碳酸盐占无机碳的比例是影响成土碳酸盐储量的最重要因子,其次是有机碳含量和容重,并且土壤有机碳抑制了成土碳酸盐的形成.综上,滨海湿地土壤比杨树人工林土壤具有更大的无机碳储量和固定潜力,通过改变成土碳酸盐占无机碳的比例和有机碳含量能够调控该地区土壤成土碳酸盐的固定.

潮汐涨落导致的植物残体异位分解是河口湿地最常见的分解方式,研究分解环境变化下残体的分解及其养分释放对深入了解河口湿地养分循环具有重要意义.为此,2021年3-12月,在闽江河口互花米草(Spartina alterniflora)分布区,以自然环境梯度作为分解环境变化研究的替代系统,由陆向海方向布设入侵7年的互花米草湿地(M7,残体记为L7)、新近入侵1年的互花米草湿地(M1,残体记为L1)以及入侵前的光滩(BF)3个分解样地,采用分解袋法模拟研究了分解环境变化对不同入侵年限互花米草残体(L7和L1)分解及磷养分释放的影响.结果表明,分解环境变化可对残体分解速率产生显著影响.L7在M1和BF环境中的分解相比其在原来环境中(M7)更快,而L1在M7和BF环境中的分解相比其在原来环境中(M1)更慢.分解环境变化导致的L7或L1分解速率的改变一方面取决于分解环境中关键环境因子(温度和pH)的变化,另一方面与分解环境变化导致的残体质量(碳氮比和氮磷比)发生改变有关.相较于原分解环境,分解环境的变化导致L7的总磷(TP)含量整体增加,而L1的TP含量降低,但二者TP含量均在M1分解环境中最高.残留率是影响不同分解环境下残体TP含量变化的共性因素,而分解环境变化引起的主要环境因子(电导率)和残体质量改变是导致TP含量存在差异的重要原因.不同分解环境下L7和L1的磷养分在分解期间均表现为不同程度的净释放.研究发现,L7和L1的分解速率及磷养分释放量均在M1分解环境中较高,说明残体在该分解环境中的磷养分归还速率可能更快,而这有利于提高对新近入侵互花米草的磷养分的供给能力.

潮滩是全球固碳能力最高的生态系统之一,是缓解全球变暖的有效蓝色碳汇.针对潮滩碳汇功能,现有研究多关注生物作用下的碳输入过程,关于地貌演变,特别是潮沟曲流摆动引起的沉积物碳输出过程研究较少,因此无法准确评估潮滩碳汇功能的动态变化.研究结合野外观测、遥感反演与室内实验,探究了潮沟曲流摆动对潮滩沉积物碳输出过程的影响,从曲流摆动速率与有机碳空间分布特征两方面开展分析.研究结果表明:潮沟曲流摆动速率的空间差异可达数个量级,由粉砂滩的10-3 m/s锐减至互花米草盐沼滩的10-6 m/s;粉砂淤泥滩潮沟摆动速率存在显著的季节性差异,冬季摆动速率约为夏季的两倍;潮滩土壤有机碳含量呈海向递减趋势:互花米草盐沼滩(4.62 g/kg)＞粉砂淤泥滩(2.61 g/kg)＞粉砂滩(1.51 g/kg);综合考虑曲流摆动速率与土壤有机碳含量,发现粉砂滩沉积物碳输出速率显著高于互花米草盐沼滩,可达49.4 g C m-2 a-1,与该区域的碳埋藏速率相当.研究证实了潮沟曲流摆动对潮滩沉积物碳输出过程的重要性,为提升潮滩碳汇功能预测水平提供了重要的理论依据与数据支撑.

选取与互花米草研究相关的科技论文为命题素材,结合《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》中提出的命题建议,围绕现实问题创设真实情境,问题设计体现了生物学知识与科技论文研究内容的有机结合,指向学科核心素养的不同水平,并从命题素材的选择、试题内涵注重教育性这两个角度提出关于命题的思考.

互花米草被引入后迅速生长蔓延,已成为黄河三角洲河口湿地主要入侵物种,极大影响了河口湿地沉积物表层重金属元素分布格局.本研究选取不同入侵年限(3、5、7、10、15和20年)的互花米草湿地以及芦苇湿地、盐地碱蓬湿地、柽柳湿地和光滩湿地,采集表层沉积物并测定Ca、Fe、Mg、Mn、Zn、Ni、Pb、Cr、Cd、Cu和Li元素含量,采用富集系数及地累积指数法对污染水平进行评价,分析互花米草入侵对元素分布格局的影响.结果表明:(1)随入侵时间推进,互花米草湿地表层沉积物有机碳(SOC)和总氮(TN)含量要大于本土植被覆盖湿地表层沉积物含量.本土植物所在湿地沉积物重金属含量要高于互花米草入侵湿地沉积物重金属含量.(2)Ca处于中度富集状态,而Cd可能造成本地区中度污染.(3)重金属元素之间具有显著相关关系,尤其是Fe、Mn元素与Mg、Zn、Cu元素相关性较大,互花米草湿地中的大多数元素变化主要受岩石圈基岩风化和泥沙搬运沉积影响.

江苏省滨海滩涂湿地资源丰富,但由于围垦等人类活动以及外来物种生态入侵等影响,盐沼植被的面积持续下降.本文基于Landsat遥感影像,利用DSAS系统定量分析,对1985-2020年江苏滨海滩涂湿地潮滩植被带的围堰区、盐沼植被区的规模动态及相关关系、围堰规模的植被效应等进行了研究.结果表明:(1)1985-2020年,潮滩植被带向海显著推进岸段与围堰区规模显著增加岸段在空间上具对应性,变化热点区逐渐南移,期初为射阳河口至北凌河口岸段,2015年后,已南移至梁垛河口至遥望港岸段.(2)盐沼植被与围堰区面积在不同岸段间差异较大,但各岸段间围堰区与盐沼植被面积之比均快速上升,比值由1985年的0.017∶1变为2020年的5.59∶1,围堰区面积与盐沼植被面积呈极显著负相关.(3)随盐沼植被带规模逐渐下降,其与潮滩植被带向海延展速率的相关关系也由显著正相关变为不显著相关,显示盐沼植被带规模对潮滩植被带延展的促进作用具一定的规模效应.

生境选择可以反映动物的生态需求,动物对生境的选择与利用的目的在于自身繁殖、觅食和躲避天敌,是主动选择相对适宜生境的过程.2019年的春夏秋季,通过无人机遥感和野外调查数据得到江苏大丰麋鹿国家级自然保护区土地覆被类型,获得春夏秋季各7个生境变量的数据,计算Vanderploeg选择系数和Scavia选择指数,同时进行统计检验和主成分分析.结果表明:(1)春季,麋鹿选择植被盖度小于30％,植被密度低于150株·m-2,地上生物量低于100 g.m-2,距水源小于210 m的互花米草群落、白茅群落和糙叶薹草群落生境(P＜0.05).(2)夏季,麋鹿选择地上生物量低于40 g·m-2的白茅群落和互花米草群落生境(P＜0.05).(3)秋季,麋鹿倾向于选择植被高度低于4 cm,植被密度高于30株·m-2的白茅群落、互花米草群落和盐地碱蓬群落生境(P＜0.05).主成分分析表明,影响麋鹿不同季节生境选择的关键因子分别为采食因子、食物多度因子和水源因子.研究结果揭示了大丰麋鹿保护区麋鹿春夏秋季的生境选择特征,为保护区麋鹿种群及其栖息地保护与修复提供一定的参考.

以江苏省盐城市川东河口南侧潮滩湿地为研究对象,选取互花米草盐沼和无植被光滩两种典型滨海湿地,分别在冬夏季测定土壤有机碳(SOC)含量,探究湿地土壤有机碳的时空分布规律及其影响因素.结果表明:土壤有机碳含量在光滩区域为0.75～2.38 g·kg-1,互花米草盐沼区域为2.07～18.59 g·kg-1,且呈现海向递减趋势,互花米草盐沼区域约为光滩区域的2.5～3.5倍;垂向分布上,1 m深度范围内,光滩区域有机碳含量无明显变化,而互花米草盐沼区域呈现先增大后减小的变化规律,峰值在20～30 cm深度范围内;土壤有机碳含量具有显著的季节性差异,表现为夏季高于冬季,互花米草盐沼区域夏季较冬季高5％～10％,光滩区域夏季较冬季高43％.互花米草盐沼区域土壤有机碳含量与土壤含水率、盐度呈显著正相关,与泥沙粒径呈显著负相关;光滩区域土壤有机碳含量与土壤理化因子无明显相关性.表明滨海湿地多种土壤理化因子与SOC的相关性建立在有植被覆盖的基础之上.研究结果可为我国滨海湿地蓝碳生态系统的保护提供参考.

中国滨海盐沼湿地受损严重,人工修复策略已成为保护滨海生境的主要措施之一.本研究探讨了在长江口上海崇明东滩鸟类国家级自然保护区,互花米草控制和鸟类栖息地优化工程项目内空白生境的本土盐沼植物高效恢复技术.通过野外小试和中试试验,分析了长江口盐沼湿地建群种海三棱藨草恢复过程中繁殖体种类和移植方式对恢复效率的影响,并评估了不同恢复策略的恢复成本和效率.结果表明:1)海三棱藨草球茎苗耐淹性较强,适用于环境异质性较高的优化区;2)在4种恢复海三棱藨草群落的处理中,最经济高效的处理为无泥低密度球茎苗的移植方式,其每公顷的投入成本约为10100元.相较之下,无泥高密度、带泥低密度及带泥高密度的处理每公顷所需成本分别为41100、30000和120100元;3)经过近5年的努力,海三棱藨草群落在崇明东滩优化区C3区域覆盖度已超过60％,是相对成功的大规模野外恢复示范.本研究可为大规模滨海盐沼植物的恢复工程提供依据及支撑.

了解不同空间尺度下外来入侵植物互花米草(Spartina alterniflora)的潜在分布格局,有助于制定科学的防治管理策略,维护滨海湿地的生物多样性.研究基于有效的地理分布点位和环境变量数据集,设置了3个研究区幅度(区域、国家、全球)和5种环境变量粒度(30″、1.0'、2.5'、5.0'、10'),应用最大熵(MaxEnt)模型预测互花米草在不同幅度和粒度下的潜在分布,探究互花米草分布格局及其环境影响因子对空间尺度响应.结果表明:(1)MaxEnt模型在不同空间尺度下的预测效果较好,各尺度下测试集的受试者曲线下面积(AUC)值均大于0.8,真实技巧统计值(TSS)值则超过0.56,但模型的预测精度对空间尺度变化较为敏感;(2)不同空间尺度下互花米草的潜在分布格局存在着显著的差异性,表现为适生区面积会随着空间范围扩大或环境变量分辨率降低而提高,且质心位置也在不断发生地带性转移;(3)空间尺度的变化会削弱主要环境变量的解释力.在大尺度范围和低分辨率环境变量图层中,气候因子的重要性较大,而在相反尺度下地形因子的影响度得到提升;(4)研究区范围与环境变量分辨率不匹配时,模型预测精度和物种分布格局会产生显著的变化,建议在区域范围中,采用空间分辨率1.0'以下的环境变量来预测互花米草的潜在分布格局.