泥炭藓(Sphagnum)作为泥炭藓湿地中的优势种,是泥炭藓湿地最主要的固碳(C)植物,其生理与形态特征关系着泥炭藓湿地的碳汇潜力.氮(N)沉降对泥炭藓生理和形态特征具有显著影响,但有关N沉降对湿地泥炭藓生理及形态特征的影响还存在很大的争议,并且N沉降对亚热带湿地泥炭藓生理及形态特征影响的研究鲜有报道.该研究以鄂西南泥炭藓湿地为研究对象,通过原位喷洒不同浓度的NH4C1溶液,探讨模拟N沉降对泥炭藓生理及形态特征的影响.模拟N浓度设置4个水平,分别为0(N0)、3(N3)、6(N6)、12g·m-2·a-1(N12),其中N0为对照(CK).研究结果表明:(1)N沉降对泥炭藓体内总C、总N含量有显著影响.其中,N3处理下的总C、总N含量最高,相比于CK分别增加了3.78％和88.52％.(2)N沉降对泥炭藓叶绿素含量和荧光活性影响不显著,但对泥炭藓抗氧化酶活性和渗透调节物质的含量有显著促进作用,尤其是可溶性糖含量与过氧化物酶活性.(3)随N沉降量增加,泥炭藓株高、分枝数、单株质量及叶细胞面积均表现为先增加后降低趋势,且最大值出现在N3处理.(4)泥炭藓对N沉降很敏感,2年的N沉降对泥炭藓的生理及形态特征的影响存在一定的N沉降负荷值,约为3g·m-2·a-1,大于该值后,泥炭藓各类形态指标受到抑制,受到胁迫显著增加.该研究表明,当前自然大气N沉降量对鄂西南湿地泥炭藓生长有一定的促进作用,但持续或加倍的N沉降可能会对泥炭藓生长造成伤害.

[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.

苔藓与固氮蓝藻形成的共生体是许多受氮限制的天然陆地生态系统氮的主要来源,在全球氮循环中发挥着重要作用.不同生态系统的苔藓-蓝藻共生体物种组成及生长环境不同,固氮能力差异巨大.目前苔藓-蓝藻共生体的研究集中在北半球高纬度生态系统中,其他生态系统报道较少且零散.本文统计了已报道的苔藓-蓝藻共生体在全球生态系统中的分布、物种组成、蓝藻定殖率、蓝藻丰度及固氮潜力.统计发现,全球目前共发现参与苔藓-蓝藻共生的苔藓植物41科58属110种,蓝藻9科17属(≥26种);不同生态系统苔藓-蓝藻共生体的苔藓物种组成差异大,例如在北方森林中,赤茎藓(Pleurozium schreberi)-蓝藻为优势共生体,泥炭藓(Sphagnum spp.)-蓝藻是湿地生态系统中的优势共生体,而念珠藻(Nostoc)类以其独特的生理特性和强大的生态适应能力成为多数生态系统中的优势蓝藻类群;不同生态系统中蓝藻在苔藓植物上的定殖率、丰度及固氮能力具有较大差异;在全球生态系统中,北极苔原及北方森林生态系统的固氮量均较高,最高的固氮量发生在北极苔原生态系统(1.3-24.6kg N·ha-1·yr-1),最低发生在温带草原生态系统(0.008-0.124 kgN·ha-1·yr-1).最后,本文展望了苔藓-蓝藻共生体多样性及固氮研究的前景和亟待加强的研究方向.本文将为苔藓-蓝藻共生固氮的相关研究提供理论依据,并为进一步探讨其在全球氮循环中的地位提供数据和理论支撑.

泥炭藓是北方泥炭地的优势植物,其高光谱特征研究很少.本研究采用高光谱遥感技术,对不同水位埋深条件下(藓丘及丘间)生长的相同种类泥炭藓植物,及同一水位埋深条件下的不同种类泥炭藓植物的光谱特征进行研究.结果表明,不同种类泥炭藓属植物的光谱反射特征具有明显种间差异,主要反映在绿峰、红边的差异上.由于水分条件差异,生长在高丘和低丘的锈色泥炭藓、泥炭藓及中位泥炭藓在可见光和近红外波段的光谱反射率均具有显著差异,高丘的泥炭藓属植物的反射率均高于低丘的泥炭藓属植物.本研究所获得的东北地区哈泥泥炭地几种泥炭藓属植物的详细光谱信息,可以为高分辨率航空影像和卫片解译泥炭藓湿地提供地面基础.

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.

该研究以采自长白山区月亮湾湿地开阔地的红型和林缘的黄绿型中位泥炭藓(Sphagnum magel-lanicum)为材料,室内模拟人为践踏,使用便携式调制叶绿素荧光仪,测定其叶绿素荧光参数,探讨了不同践踏强度、不同践踏轮次下,两类中位泥炭藓的荧光参数响应情况.结果表明:至第二轮践踏,红型中位泥炭藓的PSⅡ实际光量子产量[Y(Ⅱ)]和相对电子传递速率(ETR)随践踏强度增大而减小,而黄绿型的践踏组均大于对照组;践踏结束时,红型的Y(Ⅱ)和ETR的践踏组均显著低于对照组,而黄绿型只有轻度践踏低于对照组;黄绿型泥炭藓践踏组的非调节性能量耗散量子产量[Y(NO)]甚至要低于对照组.这表明尽管泥炭藓属植物能耐受一定的践踏胁迫,但随着践踏轮次增多、强度增大,胁迫累积效应将强烈抑制其生长;多见于开阔地的红型泥炭藓对人为践踏的耐受能力低于林缘生境的黄绿型泥炭藓.湿地保护与管理中,应减少游人践踏干扰,尤其要严格控制开阔地生境的游人进入.

气候变暖及永久冻土退化将会增加冻土湿地的温室气体排放,但关于大兴安岭永久冻土区沼泽湿地温室气体通量及主控因子尚不明确.采用静态箱-气相色谱法,同步原位观测大兴安岭永久冻土区7种天然沼泽类型(草丛沼泽-C、灌丛沼泽-G、毛赤杨沼泽-M、白桦沼泽-B、落叶松苔草沼泽-LT、落叶松藓类沼泽-LX、落叶松泥炭藓沼泽-LN)土壤CO2 、CH4和N2O通量及土壤温度、水位、化冻深度及土壤碳氮含量、碳氮比、pH值及含水量,揭示永久冻土区沼泽土壤温室气体通量及其主控因子.结果 表明:1)7种沼泽类型土壤CO2年均通量(125.12-163.33 mg m-2 h-1)相近;2)CH4年均通量(-0.007-0.400 mg m-2 h-1)呈草丛显著高于其他沼泽5.6-65.7倍(P＜0.01);3) N2O年均通量(1.52-37.90 μg m-2 h-1)呈阔叶林沼泽显著高于其他类型2.0-23.9倍,针叶林沼泽显著高于草丛、灌丛沼泽2.9-6.2倍(P＜0.05);4) CO2主控因子为土壤温度和水位;CH4主控因子为土壤温度和化冻深度;N2O受到多种环境因子综合调控,共同可以解释N2O变化的26％-99％;5)土壤增温潜势(11.05-15.37 t CO2hm-2 a-1)相近,且均以CO2占绝对优势地位,但草丛以CH4占次要地位,森林沼泽则以N2O占次要地位.综合对比国内外现有研究结果发现目前大兴安岭永久冻土区沼泽土壤仍处于CO2 、CH4和N2O低排放阶段.

利用涡度相关法获取神农架大九湖泥炭湿地2016-2017年的蒸散数据,选用FA056 Penman-Monteith公式及实际蒸散(ETa)与参考蒸散(ET0)之间的线性关系估算作物系数(Kc)值,分析泥炭湿地参考蒸散变化特征及主要影响因子,并确定以泥炭藓为主的湿地作物系数.结果 表明:2016、2017年研究区日均ETa和ET0值分别为1.63、1.38和1.61、1.23mm·d-1;影响参考蒸散的环境因子贡献从大到小依次为净辐射、空气温度、饱和水气压差、风速、相对湿度;2016年、2017年和2016-2017年生长季的Kc值分别为0.95(ETa与ET0线性回归的R2=0.96)、1.03(R2 =0.95)、0.98(R2=0.95);2016年、2017年和2016-2017年全年的Kc值分别为0.92(R2=0.94)、0.95(R2=0.89)、0.93(R2 =0.92),以泥炭藓为主的湿地Kc在0.92 ～1.03范围内有效.本研究确定的参数能够广泛用于以泥炭藓为主的泥炭湿地气候变化、生态系统服务和水管理等研究.

泥炭藓(Sphagnum)是湿地土壤碳的重要来源,在土壤碳累积过程中发挥着关键作用,但有关亚热带湿地泥炭藓生长与分解的研究鲜有报道.该研究选择鄂西南亚高山泥炭藓湿地为研究区域,原位开展不同微生境泥炭藓的生长及其凋落物的分解实验,室内测试凋落物的化学成分,探讨亚热带亚高山湿地泥炭藓的生长与分解规律.结果 表明:泥炭藓在自然状态生长12个月后,丘上和丘间两种微生境下泥炭藓的平均高度增长量分别为2.9和2.7 cm,对应的净生产量分别为270.94和370.88 g·m-2,生长时间与微生境对泥炭藓的高度增长量及净生产量均有显著影响,且两者之间存在交互作用,但是两种微生境下泥炭藓的生长变化过程不同;两种微生境下泥炭藓的平均生长速率(2017年7-10月)为0.33 mm·d-1,其生长速率高于寒温带地区.另外,分解时间对泥炭藓的分解量有显著影响,其残留率随时间增加表现为先减少后增加的趋势.12个月后,丘间、丘上和水坑3种微生境下最终残留率分别为100.67％、90.54％和85.63％.凋落物中碳含量、碳氮比和多酚含量相比初始值均有所下降,氮含量则为增加.同时,微生境对凋落物分解的影响取决于分解时间.分解3个月时,微生境之间凋落物的分解量差异显著,其他时间段差异不明显.