研究高原泥炭沼泽土壤微生物群落组成特征及空间分布格局对于维护高原湿地生态系统结构及功能稳定性具有重要意义.本研究采集若尔盖核心保护区内沿土壤水平与垂直方向分布的50个土壤样本,利用高通量测序技术,并结合Mantel检验和多元回归模型(MRM)多元回归统计方法,对土壤细菌和真菌群落多样性、局域尺度上的群落结构相似性空间分布特征及驱动因子进行分析.结果表明:若尔盖高原泥炭沼泽土壤中的优势细菌和真菌类群分别为绿弯菌门(在水平和垂直方向上分别占总细菌群落的33.2％和25.1％)和子囊菌门(54.7％和76.4％);水平和垂直方向的微生物群落结构相似性均随采样点空间距离增加而逐渐降低,垂直方向上细菌和真菌群落的周转速率分别为水平方向的8.8和8.6倍.依据群落相对丰度将微生物划分为6个分类群,随着群落中稀有种数量的增加,群落距离衰减斜率降低,且条件性稀有或优势物种(CRAT)与总微生物群落的空间分布特征最相似.Mantel分析表明,土壤有机碳、总氮和活性磷是影响水平方向上细菌和真菌群落分布的关键驱动因子,而土壤有机碳、活性碳、pH值和土壤容重则是决定微生物垂直方向分布的主要因子.MRM分析进一步表明,土壤理化指标和空间距离均对微生物群落构建具有极显著影响,其中土壤因子对微生物群落垂直方向分布的解释度高于水平方向,且土壤因子对微生物群落分布的影响远大于空间因子通过扩散限制产生的影响.综上,高原泥炭沼泽土壤微生物群落具有更明显的垂直方向分布差异及环境响应特征.

探讨高寒泥炭沼泽植物的空间分布格局及其对环境响应,对于认识高寒泥炭沼泽的物质循环机制具有重要意义.在青藏高原东缘的狼渡滩泥炭沼泽湿地,设置常年积水区(Ⅰ)、季节性积水区(Ⅱ)、阶段性积水区(Ⅲ)3个水位样地,采用小尺度点格局分析方法,分析了不同水位下菵草和藏嵩草种群的空间分布格局及种间关联关系.结果表明:(1)随着地表积水深度的下降,湿地群落优势种由菵草演变为藏嵩草,土壤有机碳含量逐渐减少,而土壤全氮和土壤全磷呈现增加趋势;(2)从常年积水区到阶段性积水区,菵草种群空间格局由聚集分布转变为随机分布;藏嵩草种群空间格局由随机分布转变为聚集分布;(3)在常年积水区和阶段性积水区菵草和藏嵩草的空间关联性表现为负相关和不相关,在季节性积水区表现为负相关.高寒泥炭沼泽淹水条件、微地貌、土壤养分空间异质性影响了种群的空间分布格局和种间关联性,反映了高寒泥炭沼泽植物的生态适应性策略.

[背景]湿地是重要的甲烷排放源,因为其中栖息着各种产甲烷古菌.已知未培养甲烷古菌Rice Cluster Ⅱ(RCⅡ)类群广泛分布于低温酸性和北方泥炭藓湿地、淡水湿地及草本沼泽等环境,但它们在低温盐碱湿地中的分布及代谢途径尚未知.[目的]分析扎龙盐碱湿地未培养甲烷古菌RCⅡ类群的多样性、推测产甲烷代谢途径及其潜在的盐碱适应机制.[方法]16S rRNA基因扩增子测序分析扎龙湿地土壤中甲烷古菌群组成;构建16S rRNA基因克隆文库分析扎龙湿地土壤RCⅡ的多样性;宏基因组分析推测 RCⅡ 古菌编码的产甲烷途径及与耐盐碱相关物质的合成基因.[结果]16S rRNA 基因高通量测序发现未培养甲烷古菌的 RCⅡ 类群占扎龙盐碱湿地总甲烷古菌的13.280%±0.019%;系统发育学分析表明该湿地的RCⅡ由 3 个分支组成;宏基因组分析组装了 2 个优势的未培养RCⅡ的基因组,均含完整的氢还原二氧化碳产甲烷途径的基因,并编码海藻糖的转运与合成基因.[结论]扎龙盐碱湿地土壤富含未培养 RCⅡ 甲烷古菌,推测它们通过氢还原二氧化碳产甲烷,利用细胞内高的海藻糖适应盐碱环境.

以泥炭藓属(Sphagnum)植物为优势种的贫营养泥炭地是陆地生态系统重要的碳汇,其优势植物的生长与分解动态关系着贫营养泥炭地碳汇潜力,但有关氮沉降对贫营养泥炭地优势藓类植物生长与分解的影响还存在很大争议,并且氮沉降对亚热带贫营养泥炭地优势藓类植物生长与分解的研究鲜有报道.该研究以鄂西南贫营养泥炭地为研究对象,通过原位喷洒不同浓度的NH4Cl溶液,采用生物量收割法和分解袋法,探讨模拟氮沉降对泥炭藓(S.palustre)与金发藓(Polytrichum commune)生长及分解的影响.研究结果表明:(1)氮沉降对两种藓类植物生长高度与生物量均有明显的影响,且两种藓类植物生长存在一定的氮沉降阈值,约为3 g·m-2·a-1;(2)氮沉降对两种藓类植物生长影响程度不同,金发藓对氮沉降的响应灵敏度要大于泥炭藓;(3)高浓度氮沉降(6和12 g·m-2·a-1)抑制了泥炭藓分解,低浓度氮沉降(3g·m-2·a-1)对泥炭藓分解的影响取决于分解时间,而所有浓度氮沉降均抑制了金发藓凋落物的分解;(4)分解1年以后,泥炭藓的最终质量残留率平均值为105.99％,金发藓的最终质量残留率平均值为70.79％,金发藓的分解速率远大于泥炭藓;(5)氮沉降对两种藓类凋落物化学元素含量与化学计量比有显著影响,且与分解时间密切相关.

苔草沼泽在北半球高纬度地区广泛分布,草丘微地貌是苔草泥炭沼泽普遍存在的外貌特征,草丘和丘间环境差异可能会引起枯落物分解的异质性.为此,选择长白山区敦化东明林场典型臌囊苔草(Carex schmidtii)沼泽为研究对象,采用分解袋法对臌囊苔草枯落物在草丘及丘间位置的分解差异及其影响因素进行研究.结果表明:草丘和丘间枯落物干重损失具有相似的变化趋势,但丘间枯落物总干重损失(40.20％±4.22％)和分解速率(0.0021±0.0001) d-1均高于草丘枯落物总干重损失(21.70％±2.25％)和分解速率(0.0012±0.0001) d-1,且丘间枯落物分解速率具有较大的波动性;草丘和丘间粗孔分解袋枯落物干重损失分别比对应位置的细孔分解袋枯落物干重损失高(1.81％±0.32％)和(2.91％±0.30％),在草丘和丘间枯落物分解速率上,微生物贡献分别是土壤动物贡献的6.37倍和5.65倍,而丘间土壤动物和微生物对枯落物分解速率的贡献分别是草丘的1.79倍和1.59倍.相关分析显示,草丘丘间枯落物干重损失与相应位置积温呈显著正相关(P＜0.05),而枯落物干重损失与草丘水位呈显著负相关(P＜0.05),与丘间水位呈显著正相关(P＜0.05).本研究表明,在草丘微地貌格局下,不同的水热组合影响土壤动物和土壤微生物分布及群落组成,从而对枯落物分解产生影响,而其丘间不稳定的水分环境则是影响苔草泥炭沼泽枯落物分解的关键环境因子.

若尔盖泥炭湿地是世界少有的低纬度永久冻土湿地,具有高海拔、高紫外辐射、高有机质的特点.该区域N2O的排放量对全球气候变暖有重要影响.对若尔盖高原湿地泥炭沼泽土中的亚硝酸盐还原酶(nirK)反硝化细菌群落结构多样性进行分析,以期揭示该区域N,O释放的微生物调控机制.基于若尔盖高原湿地泥炭沼泽土的理化性质和反硝化活性(PDA),结合限制性酶切片段长度多态性(Restriction fragment length polymorphism,RFLP)技术、克隆文库及分子测序对该生态系统中的nirK反硝化细菌群落结构及多样性进行分析.反硝化活性测定结果显示:阿西地区＞麦溪地区＞分区地区,反硝化活性与土壤有机碳、总氮和丰富度呈显著正相关(P＜0.05).Shannon-wiener多样性指数以阿西最高、分区最低.3个样品中共测序15条nirK基因代表序列,系统发育表明若尔盖高原湿地优势nirK反硝化菌群为变形门菌群.其中,阿西地区主要为α-变形菌门,麦溪地区主要为β-变形菌门,分区地区无法确定优势种群.冗余分析(Redundancy analysis,RDA)显示:有效钾和有效磷是影响nirK反硝化细菌群落结构的关键环境因子.本论文显示,若尔盖高原湿地存在着明显的反硝化作用,调控这些反硝化作用的nirK反硝化细菌多样性较高,且与土壤有效钾和有效磷密切相关.

大陆东南亚(中南半岛)的植被研究情况鲜为人知,至今仍无系统研究资料.该文依据数次对该地区的野外考察和资料收集,介绍了东南亚植被的研究情况和文献资料以及对该地区主要森林植被的分类和各主要植被类型的特征.大陆东南亚地区在植被分类上包括七个主要的陆生及湿地的森林植被类型:针叶林、针阔混交林、热带山地常绿阔叶林、热带雨林、热带季节性湿润林、热带季风林(季雨林)、干旱刺灌丛/萨王纳植被.其中,针叶林植被型包括温性针叶林和热性针叶林二个植被亚型;针阔混交林包括温性针阔混交林和暖温性针阔混交林二个亚型;热带雨林植被型包括热带低地常绿雨林、热带季节性雨林(热带低地半常绿雨林)、热带山地雨林及泥炭沼泽森林四个植被亚型.该文还对大陆东南亚地区植被研究历史、植被分类系统、类型特征及植物区系组成进行了讨论.

采用年轮分析及相对生长方程法与碳/氮分析仪测定法,测定温带长白山沿湿地过渡带环境梯度依次分布的5种典型原始沼泽类型(草丛沼泽-C、灌丛沼泽-G、落叶松泥炭藓沼泽-LN、落叶松藓类沼泽-LX和落叶松苔草沼泽-LT)生态系统碳储量(植被和土壤)、植被净初级生产力与年净固碳量,定量评价温带森林湿地固碳能力及其长期碳汇作用,并揭示其沿过渡带水分环境梯度的空间分异规律.结果 表明:①5种天然沼泽类型的植被碳储量(3.18±1.70)-(112.2±18.3) tC/hm2沿过渡带环境梯度总体上呈递增趋势,针叶林沼泽显著高于C和G 12.2-34.3倍,G高于C 0.6倍,且LX和LT显著高于LN 0.3-0.6倍;②土壤碳储量(296.3±42.2)-(824.50±50.79) tC/hm2沿过渡带环境梯度总体上呈递减趋势,C显著高于G和针叶林沼泽30.8％-178.3％(P＜ 0.05),G显著高于针叶林沼泽38.7％-112.8％,且LN和LT显著高于LX 32.8％-53.4％;③生态系统碳储量(408.42±57.53)-(827.52± 50.96) tC/hm2沿过渡带环境梯度总体上也呈递减趋势,C显著高于G和针叶林沼泽30.2％-102.7％,G显著高于针叶林沼泽21.5％-55.6％,且LN和LT显著高于LX 18.8％-28.0％;④5种沼泽类型的植被净初级生产力与年净固碳量分布在(5.74±0.08)-(10.98±1.67)t hm-2 a-1和(2.44±0.03)-(5.17±0.83)tC hm-2 a-1,其中,LX和LT的植被净初级生产力显著高于C、G和LN 61.2％-91.3％和34.5％-59.6％;而在植被年净固碳量方面,3种针叶林沼泽类型均显著高于C和G 28.7％-111.9％和19.4％-96.6％.故长白山5种天然沼泽类型的植被净初级生产力与年净固碳量沿湿地过渡带环境梯度总体上呈现出阶梯式递增趋势,且仅有LX和LT达到了中国陆地植被及全球陆地植被平均固碳水平.因此,温带长白山沼草丛沼泽和灌丛沼泽长期碳汇作用强于森林沼泽,湿地碳汇管理实践中应重视草丛沼泽和灌丛沼泽的保护与恢复.

湿地植物群落的监测可为湿地公园的科学管理提供理论指导.本研究以贵州娘娘山湿地藓类沼泽为对象,比较了金发藓沼泽与泥炭藓沼泽植物群落特征,探索了群落优势种种间关系及群落多样性构成机制.结果表明,金发藓沼泽植物群落特征显示了自然恢复的良好成效,群落组成和结构逐步恢复.金发藓与蕨的优势度具有二次曲线关系,即较低优势度的蕨( ＜40％) 促进金发藓的生长,较高优势度的蕨( ＞40％) 抑制金发藓的生长.蕨类植物具有光竞争优势,抑制禾草状和非禾草状植物生长,显著影响植物群落多样性; 非禾草状植物在植物多样性维持中具有重要地位.在湿地公园的管理中,合理控制蕨的生长有利于湿地水涵养功能和植物多样性保护.

泥炭藓是陆地生态系统中最重要的固碳植物之一,固碳量约占全球土壤碳的15％.近几十年来,由全球气候变暖导致的泥炭藓沼泽水热状况变化对泥炭藓的固碳量和速率产生影响.选取我国最重要的亚高山泥炭沼泽——神农架大九湖泥炭藓沼泽为试验区,以分析中纬度地区泥炭藓沼泽植被生长状况受气候变化的影响.研究以2000-2017年MODIS植被指数NDVI和EVI为数据源,通过对比Logistic模型订正后的NDVI和EVI时间序列在泥炭藓沼泽植被生长状况监测中的优劣,选出最佳指标以获得18年来泥炭藓沼泽植被生长状况的变化趋势.研究结果表明:1)Logistic模型能够很好的消除泥炭藓沼泽植被指数时间序列的噪声;2)在季节和年际两个时间尺度上,EVI对泥炭藓沼泽植被生长状况的监测效果均优于NDVI.在季节周期上,虽然EVI和NDVI均得到泥炭藓沼泽植被生长周期规律,但EVI更灵敏.在年际分析中,EVI有更大的值域响应空间,以准确反映泥炭藓沼泽植被的年际变化规律;3)由EVI获得18年来泥炭藓沼泽植被变化趋势指出,泥炭藓沼泽植被呈显著微弱增长,年均EVI增长率为3.8‰(R2=0.45,P＜0.01).相比于EVI年均值,EVI年内最大值(R2=0.47,P＜0.01)更敏锐的反映泥炭藓沼泽植被生长状况的动态变化.