人为水文调控正深刻改变湿地生态系统的结构与功能.由于缺乏长期监测记录,目前针对湿地生态系统如何响应人为水文调控的报道较少.本研究基于神农架大九湖五号湖的一根长44 cm的沉积岩芯多指标记录,重建了近40年来大九湖生态水文变化过程,并探讨其驱动因子.结果表明:五号湖的硅藻群落经历了 3个主要演化阶段:1980-2008年以底栖硅藻为主,2008-2016年浮游硅藻迅速增加,2016年以来小型脆杆藻占主导.冗余分析表明,硅藻组合变化与总有机碳、总氮和Mn/Fe值显著相关.2008年以来硅藻组合变化反映了五号湖由早期富含有机质的泥炭地向浅水湖泊转变,主要响应筑坝提升水位;2016年以来底栖和附生硅藻增多,响应大九湖移民搬迁后水生植物扩张、水体透明度增加的过程.沉积硅藻记录揭示了大九湖的环境变化过程,为湿地保护提供了科学依据.

目的:通过观察工作状态下脱险潜水服充气系统和气囊头罩压力变化，研究充气系统动态供气特性。方法:模拟加压舱以 指数速率空气加压至设定压力 P1。 P1为0.2、0.7、1.1、1.6和2.1 MPa时，加压时间常数 b分别取30、20、10、7和4 s，记录加压过程中充气系统供气流量 Q、脱险潜水服气囊内相对压力Δ P、头罩内相对液位Δ Z，描述分析动态供气特征。 结果:模拟加压舱加压到0.2 MPa时，供气流量 Q快速线性上升，线性斜率 K与b的关系为 K＝747.81 b-0.26；随后 Q出现短暂的平台期，波动范围为0.9～3.1 kg/h，所处压力区间为0.2～0.4 MPa；此后， Q随环境压力逐渐增加。气囊内相对压力Δ P的变化反映了 Q的调节过程，加压至0.15 MPa，Δ P急剧上升至最高值，此后随模拟加压舱压力升高，Δ P趋于稳定；加压设定压力 P1越大，Δ P越高，但始终保持在11～14 kPa之间，Δ P与 P1的函数关系为Δ P＝ P10.088 4。头罩内相对液位Δ Z是充气系统供气的最终目标，Δ Z在加压过程中始终低于模拟加压舱水位，且随模拟加压舱压力升高而降低；Δ Z与气囊内相对压力Δ P相关，Δ P越大，同一深度下Δ Z越大。 结论:脱险潜水服充气系统的供气流量能与模拟加压舱加压速率相适应，可自动调整供气量，无需手动操作，能提高脱险的安全性。

气候暖干化导致高寒地区泥炭地土壤氮排放急剧增加,但是潜在的微生物调节机制尚不清楚.本文综述了高寒泥炭地土壤氮转化与排放过程对温度升高、水位变化的响应,土壤厌氧氨氧化(Anammox)与NO3-异化还原过程的相互作用,土壤N2O产生路径及其贡献.当前研究的不足体现在:1)只关注土壤N2O排放,忽视了 N2的释放,导致高寒地区泥炭地氮的损失量被严重低估;2)Anammox过程对泥炭地N2排放的贡献未被量化;3)Anammox、细菌反硝化和真菌协同反硝化过程对N2损失的相对贡献缺乏定量评估;4)气候暖干化情景下Anammox和NO3-还原过程的解耦机制尚不清楚.未来研究重点应着力于:构建野外增温、水位控制暖干化模拟试验平台,结合稳定性同位素、分子生物学和宏基因组学技术,围绕格局-过程-机理这条主线,系统评估高寒地区泥炭湿地氮排放(N2O、NO、N2)的量级、组成比例与主控因素,探讨土壤主要脱氮过程的相互作用规律,量化硝化、厌氧氨氧化和反硝化对N2O、N2产生的相对贡献,甄别对暖干化响应敏感的微生物类群,明晰土壤脱氮转变与微生物群落演替之间的耦联关系,揭示土壤脱氮过程对气候暖干化响应的微生物学机理.

本文以分布于枝江关洲岛的濒危物种疏花水柏枝(Myricaria laxiflora(Franch.)P.Y.Zhang et Y.J.Zhang)为研究对象,调查其种群开花和结果性状沿高程的变化,分析该残存种群有性繁殖的时空变化规律;同时结合三峡大坝-葛洲坝水利水电工程修建所引起生境地水位消涨节律的变化,分析其对残存种群有性繁殖的影响.结果显示,残存疏花水柏枝种群的有性繁殖在不同高程之间存在显著差异.消涨带上部植株的每株花枝数、每枝花朵数、每株花朵数分别比消涨带中部植株高 66.09%、50.14%和 98.63%,比消涨带下部植株高79.50%、283.33%和461.05%.消涨带上部植株的每株果枝数、每枝结果数、每株结果数、每果种子数和种子发芽率分别比消涨带中部高60.17%、25.26%、88.05%、6.96%和30.69%,比消涨带下部高97.39%、82.45%、208.31%、19.12%和45.91%.相关性分析结果表明,植株的开花结果特性与高程、出露时期、土壤含水量以及温度变化极显著相关.环境因子对有性繁殖的影响强度依次为出露时间>高程>日均温度>土壤含水量.上游水利水电工程对疏花水柏枝残存种群的有性繁殖具有一定的影响.

植物功能性状能表征其对资源的利用能力和对外界环境的响应,而水淹强度的不同使得三峡库区消落带不同高程的生境存在较大差异,因此开展不同水淹梯度下消落带植物群落生态策略及功能性状差异的研究,对全面理解植物对消落带不同生境的适应机理具有重要意义.研究选取受三峡水库水位变化影响的澎溪河流域,沿高程梯度对不同水淹强度下的植物群落及其功能性状指标进行分析.结果表明:(1)消落带植物群落处于演替的初级阶段,不同水淹梯度下的植物群落存在显著分化;(2)环境胁迫是决定消落带植物生态策略的主要因素,总体呈现较为集中的耐压策略,随着高程升高有逐渐向杂草策略转移的趋势;(3)随着高程升高,植物的高度、主茎干物质量、比根长及叶组织密度都有增大的趋势,比叶面积则相反.(4)各功能性状之间存在显著相关性,并通过形成不同的性状组合以适应不同强度水淹干扰的生境.消落带下部更倾向于投资于叶片使植物在出露期能快速获取资源和完成生活史,而消落带上部则更倾向于投资防御组织及根系以抵御干旱,研究结果可为消落带生物多样性保护及其生态系统修复提供理论依据.

消落区植被的生长变化一定程度上会影响水资源的可用性.雅鲁藏布江是中国、印度、孟加拉等国家的主要淡水水源地,流域内海拔落差大,气候的空间异质性较高.消落区在淡水生态系统保护中具有重要功能,但它易受到全球气候变化的影响,因此开展消落区植被对气候变化的响应研究对于保护雅鲁藏布江流域生物多样性和构建生态安全屏障具有重要意义.本研究选取雅鲁藏布江流域消落区植被作为研究对象,利用遥感技术,选取归一化植被指数(NDVI)进行了Theil-Sen Median趋势分析和Mann-Kendall检验,利用Hurst指数探究了长时间序列下消落区植被的时空变化趋势,并通过广义线性模型研究了消落区植被NDVI与气温、降水、雪水当量和水位波动频率等影响因素之间的相关性.结果表明,1990-2022年间,雅鲁藏布江流域消落区和1-5 km缓冲区的平均NDVI呈现西北低、东南高的变化趋势.时间尺度上,消落区植被NDVI总体呈波动上升趋势,其中最高值(0.16)和最低值(0.06)分别出现在2002年和2022年.年均NDVI的变化结果显示,中高海拔区域的NDVI持续增加,而中下游区域的NDVI变化不稳定.随着海拔升高,消落区和1-5 km缓冲区的NDVI持续减少和反持续减少的面积占比呈波动变化,海拔1,500-3,000 m地区受影响最为明显.水位波动频率是消落区NDVI的最佳解释变量之一,而温度则是缓冲区NDVI的主要影响因素.此外,随着海拔升高,雪水当量对NDVI的解释力逐渐增加.该研究对雅鲁藏布江流域的生物多样性保护和生态安全屏障的构建具有重要意义.

作为长江上游生态屏障的核心区,三峡库区特殊的地理位置使其在推动长江经济带发展和生态文明建设中肩负着重大使命.三峡库区的生态环境在蓄水前后发生了较大改变,其变化能通过植被物候的变动体现,研究三峡库区植被物候时空演变特征及其驱动力,对于区域生态可持续发展和长江经济带生态文明建设具有重要意义.借助动态阈值法提取物候参数,整合多源遥感物候参数提取结果,分析1990-2020年三峡库区植被物候时空格局;结合Theil-Sen Median趋势分析与Mann-Kendall检验等方法,定量分析三峡库区蓄水前后植被物候时空演变特征;运用地理加权回归分析、Pearson相关性分析以及主成分分析等方法,定量探究三峡库区植被物候时空演变的影响因素.结果表明:(1)近31年来,三峡库区植被的生长季开始时间(Start of Growing Season,SOS)主要出现在 60 DOY(Date of Year),生长季结束时间(End of Growing Season,EOS)主要出现在 301 DOY,生长季长度(Length of Growing Season,LOS)总体为248 d.在空间上,SOS与EOS均呈现出从库首至库尾逐渐提前的趋势,LOS的空间异质性较小.(2)库区植被物候表现出SOS提前、EOS推迟和LOS延长的特征,SOS提前的平均幅度为0.3 d/a,库首区域最为典型;EOS推迟的平均幅度为0.8 d/a,库尾区域尤为明显;LOS延长的平均幅度为1.7 d/a,库尾区域更加突出.植被物候对库区蓄水的响应表现出一定的滞后性.(3)人为因素与间接人为因素(水位、人口和水域面积等)是影响库区植被物候时空分异的主要因素.

碳循环在参与全球物质能量交换流动与影响气候变化中扮演着关键的作用.淡水生态系统碳循环过程是全球碳循环的重要组成部分,因此研究沉积物储存与释放过程能提高人类对淡水生态系统碳循环过程的认识,同时研究沉积物碳储存与释放的影响因素对延缓和治理全球气候变暖措施的制定提供基础理论依据.文章首先综述了淡水生态系统中沉积物碳储存与释放的途径,其次在全球气候变暖的背景下,从气候、水文条件(水位、水质、温度)、生物因素(浮游植物、微生物、水生动物和沉水植物)等方面讨论了影响碳储存和释放的因素,这些因素之间不仅会相互影响与联系,且都会直接或间接对沉积物碳的储存和释放产生影响,沉积物碳的储存和释放的变化是多种因素综合作用的结果.最后对如何应对富营养化淡水生态系统实施固碳增汇进行展望.

三峡水库消落带是由于周期性水位涨落在长江干支流形成的大面积"冬水夏陆"区域,周期性的水淹胁迫导致消落带植被群落发生剧烈变化,对三峡大坝的正常运行和库区生态安全造成严重影响.研究三峡库区消落带植物适应水淹的机制,对库区消落带植被群落恢复和保护具有重要意义.文章通过对比蓄水前后消落带的植被群落变化,总结了库区一年生和多年生植物耐水淹机制.一年生草本植物主要依靠种子休眠的方式来度过漫长的水淹期,而多年生草本植物则可能采取"静止"策略,减缓能量消耗,待水退后迅速恢复生长.此外,对于高高程区域的多年生木本植物,在不完全水淹的情况下,可能通过产生大量不定根缓解根部缺氧胁迫,降低水淹胁迫的伤害.最后,文章总结了消落带植被恢复的现状,并针对现有的问题探讨了重建消落带植被群落的可能途径,以期为三峡水库消落带植被生态修复提供参考.

以洞庭湖优势植物南荻(Miscanthus lutarioriparius)为研究对象,探讨了三种水位[0 cm(对照组)、20 cm、40 cm]下,幼苗经 40 天淹水胁迫和 40 天退水恢复后(水位恢复到 0 cm)的形态、生物量、可溶性糖及淀粉含量变化.结果表明,水位对南荻幼苗生长以及其生理特征有显著的影响.经淹水胁迫后,随着水位的升高,南荻采取静止生存策略,并呈现出株高、根长减小以及生物量和可溶性糖含量降低的趋势.经退水恢复后,仅 20 cm低水位下根状茎生物量恢复至胁迫后的 80.3%,其余水位下幼苗生长生理参数与胁迫后相比均有所升高.由此表明,40 天的 20 cm低水位淹水胁迫对南荻生长发育影响较小,而 40 cm高水位胁迫会导致其生长受到严重抑制.本研究结果可揭示挺水植物南荻对洪水的适应性,为南荻恢复提供参考依据.