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.

消落带土壤由于在水陆交替的特殊生境和复杂的地球化学共同作用下形成,具有独特的理化性质和生态功能.各营养盐含量在时间和空间上具有较高的变异性,土壤中有机质的分布及迁移和转化均受到复杂的影响.针对官厅水库流域上游妫水河段消落带,选择典型消落带落水区,对该区土壤有机质含量的时空分布特征进行研究.结果表明:1)研究区消落带土壤有机质含量较为贫瘠,变化范围在1.64-26g/kg之间,平均值仅为13.16g/kg,变异系数达50.59％.说明消落带由于季节性干湿交替的特殊水文条件的影响,土壤养分的分布具有较高的空间异质性.淹水频繁区有机质含量平均值为15.74g/kg,高于长期出露区的10.12g/kg,且变异系数为41.38％,小于长期出露区的54.98％.说明淹水频繁区对土壤养分的持留能力更强,且周期性的淹水条件使得研究区近岸具有相似的生境类型,不同采样点土壤有机质含量的差异相对较小.2)不同植物群落下,芦苇和香蒲群落土壤有机质含量最高,平均值为17.08g/kg;含量最低的是以小叶杨和白羊草为主的中旱生植物带,平均值为9.12g/kg;其次是酸模叶蓼、大刺儿菜为优势物种的湿生植物带,土壤有机质含量平均值为15.49g/kg.3)不同土壤层次有机质含量差异较大,总体变化趋势均由表层向下逐渐减少,各层之间体现出显著差异性(P＜0.05).研究区土壤C/N变化范围在1.64-18.95,平均值为8.95.说明研究区土壤碳氮比相对较低,有机质的腐殖化程度较高,且长期出露区土壤有机质更容易发生分解,C的累积速度远小于N.土壤C/N垂直分布大致呈先增大后减小趋势,在30cm处达到最大值,而后随着土壤深度的增加逐渐减小.4)消落带土壤有机质分布的影响因素分析中,土壤有机质与全磷呈极显著正相关,相关系数为0.62(P＜0.01);与土壤全氮和C/N呈显著正相关(R=0.57,0.60;P＜0.05).这说明研究区土壤全磷、全氮、C/N和有机质明显具有相同的变化趋势,和有机质存在相互影响.其次,土壤有机质和湿度在呈显著负相关(R=-0.51;P＜0.05),表明研究区土壤湿度对有机质含量具有显著的影响.气候因子中,温度对研究区土壤有机质的分布具有显著的影响,相关系数为-0.51 (P＜0.05).植被因子中,植被覆盖度和土壤有机质含量呈显著正相关,相关系数为0.64,表明植被因子也是影响土壤有机质分布的重要因素之一.

互花米草(Spartina alterniflora)是我国危害最严重的外来入侵植物之一,探索环保、经济、有效地防治互花米草的技术对保护我国海滩生态环境具有重要意义.本研究通过人工气候室(20～25℃)的盆栽实验,研究刈割与淹水对互花米草萌发和幼苗生长的影响.实验持续4个月,对互花米草地上部分进行了2次刈割,首次刈割是在互花米草生长季结束时,3个月后进行第二次刈割.首次刈割后持续淹水至实验结束,淹水处理设计0、5、10、20 cm四个淹水深度.首次刈割后各淹水处理互花米草根茎上迅速萌发克隆苗,种子的萌发比克隆苗晚约3个月.不同淹水深度对克隆苗的萌发和生长均有抑制作用,克隆苗株数、株高和地上生物量均随淹水深度增加而减少.第二次刈割后各淹水处理均没有再萌发克隆苗,但有少量种子实生苗,其中20 cm水深处理的实生苗数量最少.刈割加淹水可以很好地抑制互花米草的萌发和幼苗生长,据此建议互花米草防治方案为:在春季萌芽前,修筑堤坝,保持淹水20 cm,在营养生长期后期贴地刈割互花米草,继续淹水,第二年重复同样的刈割和淹水.为防止二次入侵,需要在邻近的互花米草分布区同时进行治理.

水淹深度是影响湿地植物生长和繁殖的关键因子,不同湿地植物对淹水深度存在着不同响应.然而,在水情不断变化的背景下,鄱阳湖洲滩湿地植物种群和群落如何变化还不清楚.为了探究淹水深度对湿地植物生长的影响,并预测鄱阳湖洲滩湿地植被分布的趋势,采用控制实验模拟了不同水淹深度(0、0.5、1 m和2 m)下鄱阳湖湿地3种优势植物(灰化薹草(Carex cinerascens)、南荻(Miscanthus lutarioriparius)和祷草(Phalaris arundinacea))的生长和繁殖情况.实验结果表明:1)水淹对灰化薹草总生物量的影响最显著.遭受水淹时,灰化薹草把大部分的生物量集中在地下部分;随着水淹深度逐渐增加,南荻的生物量逐渐减少;不同深度水淹对虉草生物量没有产生显著影响(P＞0.05).就生物量而言,虉草对水淹的适应性强于其他两种植物.2)不同水淹深度下,灰化薹草的株高都显著降低;而南荻只在2m水淹梯度下株高才显著降低.在枯水年时,下降的水位有利于南荻向较低高程迁移.3)不同深度水淹对灰化薹草的分株没有产生显著影响(P＞0.05);而虉草在经过2 m水淹后分株数显著高于其他水淹深度.在丰水年时,相比于灰化薹草和南荻,升高的水位对虉草的繁殖影响较小.在一个水位周期性变化的湿地生态系统中,不同深度的水淹对植物的生长及退水后的繁殖产生了严重影响,研究结果为预测水文变化对湿地植被的生存和分布提供了重要的依据.

盐生植物是盐沼有机碳储存的“临时库”,也是土壤有机碳累积的主要来源,其碳储量大小对盐沼生态系统“碳汇”功能的发挥十分重要.以长江口潮滩本地种芦苇(Phragmites australis)和海三棱藤草(Scirpus mariqueter),及入侵种互花米草(Spartina alterniflora)为研究对象,采用单因素盆栽实验,模拟分析淹水盐度(0、5、10、15、25和35)、淹水深度(0、10、20、40、60cm和80cm)和淹水频率(每天、每3天、每7天、每10天和每15天)变化对各盐生植物地上、地下和总体碳储量大小的影响.研究结果表明,随着淹水盐度增加,芦苇、互花米草和海三棱藤草地上部分与总体碳储量均显著降低.土壤盐度可分别解释其地上部分碳储量变异的47.2％、66.5％和72.7％,与总体碳储量变异的34.7％、45.0％和62.0％.随着淹水深度增加,芦苇地上部分、总体碳储量和海三棱蔗草地上部分碳储量均显著降低,其变异的68.6％、28.5％和71.1％可由淹水深度变化(10-80cm)解释.互花米草在80cm淹水深度下仍有较高的地上部分碳储量和总体碳储量.3种盐生植物碳储量对淹水频率变化的响应差异均不显著,所有处理地下部分碳储量差异也未达到显著水平.总体而言,互花米草对水盐胁迫的耐受性要强于本地种芦苇和海三棱蔗草.尽管互花米草和芦苇具有相对较高的碳储量,但水盐胁迫对其碳储量的显著抑制作用不容忽视.海三棱蔗草碳储量本就不高,输入土壤的有机碳量较为有限,海平面上升及盐水入侵等逆境胁迫会使其对盐沼“碳汇”贡献更加微弱.

外来物种互花米草(Spartina alterniflora)被引种到我国海岸带后,已带来一系列生态危害,严重影响了入侵地生态系统结构和功能,深入了解其入侵机制是实施有效控制的基础和理论依据.长江口的滩涂湿地是我国典型的异质潮滩,拥有多种生境.为了探究异质潮滩环境中互花米草初始源株对其入侵力的影响,研究通过野外移栽实验,模拟不同源株密度,探讨潮滩湿地生境异质性及源株密度对互花米草定居、生长和扩散的影响.结果表明:1)生境异质性及源株密度均对互花米草存活率、株高及种群增长率有极显著影响(P＜0.01).2)至生长季末,植被区内互花米草存活率、株高均显著高于前沿光滩(P＜0.05).此外,淤泥质潮滩植被区内互花米草株高、种群增长率也显著高于粉砂质潮滩植被区(P＜0.05).3)互花米草入侵植被区不受源株密度的限制,但随源株密度增加,互花米草种群增长率显著降低(P＜0.05),而株高无显著差异(P＞0.05);在光滩区,只有高源株密度才可入侵成功.4)异质生境的冲淤动态、淹水时间和淹水深度是影响互花米草存活和生长的主要环境因子.丰富了河口湿地互花米草入侵力的机理研究,也为我国开展互花米草防控及海岸带保护、修复和管理提供了科学依据,具有重要的理论和实践意义.

土壤不仅能够产生、排放温室气体N2O,还具有截留、吸收、转化N2O的能力.土壤消耗N2O已经成为很重要的一种降低大气N2O浓度的途径,但目前关于土壤N2O消耗过程及其微生物调控机制的系统研究较为缺乏.试验以浅表层水稻土柱(0-5cm)为研究对象,通过外源添加N2O气体研究N2O迁移通过淹水土柱的动态过程,以及N2O消耗能力与氧化亚氮还原酶基因丰度变化和其他土壤养分含量变化的联系,揭示浅表层水稻土N2O消纳量与N2O还原微生物之间的耦合关系.结果 显示,淹水厌氧条件下5 cm土壤深度外源添加的N2O迁移通过浅表层土柱后,仅有7.17-9.80％部分逸散出土表,表明0-5 cm淹水水稻土层具有极强的N2O截留能力(90％以上)而减少N2O净排放量.排放出土表的N2O也可被淹水土柱继续吸收消耗,且吸收转化速率随N2O浓度增加而大幅提高,最高可达到3896.75 μg N m-2 h-1.与此同时,土壤DOC含量大量消耗,含nosZⅠ基因的反硝化微生物数量显著增长(P＜0.01),而nosZⅡ基因丰度的无显著变化.说明高浓度N2O添加能够促进淹水土壤N2O吸收消耗能力,此刺激作用可能主要由含nosZI基因的N2O还原微生物进行调控.浅表层土壤强大的N2O吸收消耗功能可进一步深入系统研究,为实践温室气体减排提供理论基础.

调水调沙工程的实施为黄河三角洲带来大量淡水恢复退化湿地的同时,也改变了湿地的水沙状况并带来大量的外源物质.本研究采用3因素4水平的正交试验,以黄河口滨岸潮滩湿地典型的先锋物种碱蓬为研究对象,探讨了其对淹水深度、泥沙埋深及外源氮输入的适应机制.结果 表明:泥沙埋深对碱蓬叶片蛋白含量及超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响较大;氮输入对过氧化物酶(POD)活性的影响较大,而3种处理对过氧化氢酶(CAT)活性的影响无显著差异.淹水深度对叶、茎及总干重具有显著影响,且随淹水深度的增加呈现减小趋势,最大值(25.70、40.86、69.73 g)均出现在2 cm淹水处理;而氮输入及泥沙埋深对碱蓬干重的影响不显著.极差分析表明,淹水深度对碱蓬叶、茎、根及总干重的影响最为显著,其次为氮输入和泥沙埋深,2 cm淹水深度+12 cm埋深深度+9 g·m-2氮输入量最有利于碱蓬的生长.可见,淹水深度的变化对碱蓬的生长起到决定性的作用,在调水调沙等工程的实施过程中应注重淹水深度的把控.

气候变化不断加剧盐碱湿地的水盐胁迫,进而加速盐碱湿地植被的退化.本研究以莫莫格自然保护区的菰(Zizania latifolia)为实验材料,利用温室控制开展了淹水与盐度的双因素交互盆栽实验,设置4个淹水深度(5、15、30和60 cm)和4个盐度(0、15、50和100 mmol·L-1),探究菰对于淹水和盐胁迫的耐受程度及适应策略,为松嫩平原西部盐碱湿地的保护与恢复提供科学依据.结果 表明:(1)淹水显著影响了菰的生长和生物量分配(P＜0.05),随着淹水深度的增加,菰的株高和地上生物量增大,而根茎长、根长、总生物量、地下生物量及根冠比均显著减小,叶面积则先增加后减小;(2)盐度影响了除根冠比外的其他所有指标,随着盐度的增加,菰的株高、叶面积、根茎长、根长、总生物量及地上、地下生物量均受到抑制(P＜0.05);(3)淹水深度和盐胁迫具有一定的协同效应,二者的交互作用对株高和地上、地下生物量的影响达到显著水平(P＜0.05).总体来看,菰在实验设定的60cm淹水深度及100 mmol·L-1盐度下均可以生存,不同胁迫条件下其生长情况表现出明显差异.可见,菰对淹水具有很强的耐受性,可以通过地上部分的伸长和地上生物量分配的增加来抵抗淹水的胁迫;而对盐度的耐受性则较弱,在盐胁迫下其形态发育和物质积累均受到明显的抑制.

水位是影响湿地植物生长发育和繁殖的重要因素,为明确不同水位环境对灰化苔草(Carex cinercens)生理特性的影响,采用室内盆栽法,设置上升、下降与稳定3种水环境类型,各设置8 cm(0.2cm/d)、16cm(0.4 cm/d)、24 cm (0.6 cm/d)、32 cm(0.8 cm/d)、40 cm(1.0 cm/d)、48 cm(1.2 cm/d)、56 cm(1.4 cm/d)7个试验处理,以0 cm水位为对照,试验时间持续40 d.分析了不同水位条件下灰化苔草抗氧化酶活性、渗透调节物质含量、丙二醛含量和超氧阴离子产生速率等指标.研究结果表明:1)稳定水位中,8、16 cm淹水深度下,超氧阴离子产生速率、渗透调节物质含量和抗氧化酶活性与对照组之间差异显著.48、56 cm的淹水条件下,抗氧化酶活性与渗透调节物质先增后减、丙二醛与超氧阴离子产生速率持续增加;2)水位上升条件下,在0.2、0.4 cm/d变化强度下,20-30 d后丙二醛含量与超氧阴离子产生速率无显著变化.1.0cm/d为灰化苔草生理调节耐受极限,当变化强度大于1.0cm/d时、各生理指标与变化强度小于1.0cm/d变化明显异常;3)水位下降条件下,受初始水位高度的影响.丙二醛含量在1.2、1.4cm/d变化强度下呈现高-低-高的变化趋势,其余试验指标表现为先升后降的变化趋势,并且随着变化强度的增加、各生理指标变化的差异越来越大、由升高转向降低的时间节点不断延后.可见,淹水环境会破坏灰化苔草细胞内环境的稳态,相比稳定水位,灰化苔草的抗氧化与渗透调节系统能够更快的适应水位变化环境,并且短时间、低强度的水位变化一定程度能促进灰化苔草的生理代谢.