河湖岸带是拦截净化氮磷等陆源污染物进入河湖水体的最后屏障,河湖岸带草本植物的稳定性影响着其对污染物的拦截净化能力,研究河湖岸带草本植物生态化学计量学及内稳性,可为河湖岸带草本植物群落恢复和构建提供基础数据.通过对中国河湖岸带草本植物地上部氮(N)、磷(P)含量及土壤或沉积物、水体进行数据收集,分析了植物氮磷化学计量学和内稳性特征及其与环境因子的关系.结果表明:青藏高原湖区草本植物具有较高的 N 含量(湿生植物:20.51 g·kg-1,水生植物:29.81 g·kg-1)和较低的P含量(湿生植物:1.39 g·kg-1,水生植物:0.99 g·kg-1),N:P>14,表现为P限制,而其他湖区草本植物具有较高的P含量(2.73 g·kg-1),N:P<14,表现为N限制.各湖区植物N、P含量及其比值在空间上具有一定差异,青藏高原湖区水生植物 N 含量最高,东北平原与山地湖区最低(P<0.05);东北平原与山地湖区湿生和水生植物 P 含量最高(P<0.05);青藏高原湖区湿生和水生植物 N:P 最高,东北平原与山地湖区最低(P<0.05).植物N、P含量及N:P受环境中P含量影响最大,其次是环境中N:P和N含量.内稳性模型表明河湖岸带草本植物属于稳态型,其中湿生植物内稳性指数HN、HP及HN:P大于水生植物,表明水生植物受环境胁迫时响应较大,水生和湿生植物对环境中N、P含量变化响应的差异表明水生和湿生植物对环境中N、P不同的保守利用策略.

反硝化作用是湖岸带有效去除氮素的关键氮循环过程,受到植物、土壤理化性质及微生物等因素的影响.为探究湖岸带不同植物对土壤反硝化作用的影响,通过调查测定野芷湖湖岸带 9 种常见植物的根际与非根际土壤的反硝化功能基因丰度和反硝化潜势,分析其与土壤理化性质的关系,阐明植物种类影响反硝化作用的机制.研究结果表明:(1)种植植物会改变湖岸带土壤的理化指标,植物根际土的硝态氮(NN)、铵态氮(AN)、总碳(TC)、总氮(TN)和可溶性有机碳(DOC)含量等显著高于非根际土,其中柳树、黄素馨、喜旱莲子草根际土的TC、DOC、TN、NN显著高于其他物种,桂树的根际和非根际土的pH均显著低于其他物种;(2)植物根际土的微生物反硝化功能基因(narG、napA、nirS、nirK和nosZ)丰度显著高于非根际土,其中柳树、黄素馨、喜旱莲子草根际土的基因丰度显著高于其他物种,pH、TN、NN和DOC等对反硝化功能基因丰度影响较大;(3)根际土的反硝化潜势显著高于非根际土,其中柳树、桂树、黄素馨根际土的反硝化潜势显著高于其他物种,黄素馨非根际土的反硝化潜势也较高,pH、DOC、TN以及napA、nirS、norB基因丰度等对土壤的反硝化潜势具有显著影响.本研究说明植物根际微环境更有利于反硝化微生物的生长与繁殖,湖岸带种植植物时可考虑不同的常绿和落叶乔木、灌木、草本植物的合理配置来提高湖岸带的氮素截留能力,以减少由过量氮素进入水生生态系统导致的面源污染.

为了揭示地下水位梯度对湿地土壤微生物群落的影响,在鄱阳湖典型碟形湖泊白沙湖洲滩湿地设置了200m×300m大样地,沿地下水位梯度划分4个样带(从湖岸到湖心依次为GT-A,GT-B,GT-C,GT-D),采集了不同梯度带的土壤样品,利用磷脂脂肪酸法分析其土壤微生物群落结构分异特征.结果表明,随着地下水位抬升,土壤pH和沙粒含量升高,而有机碳、容重、粘粒和粉粒含量降低.与地下水位最低的梯度(GT-A)相比,地下水位在地表上下波动(GT-D)时,土壤微生物量碳氮及其分配比例分别增加了2.82、4.30、5.77和7.15倍;土壤微生物总量、细菌生物量、放线菌生物量、革兰氏阳性细菌及革兰氏阴性细菌生物量分别增长了106.8％、117.2％、74.9％,107.9％和207.2％.洲滩地下水位梯度的升高增加了土壤微生物群落的环境压力,进而降低了其群落结构的多样性.土壤微生物群落结构组成与土壤pH、含水量、沙粒含量以及碳氮比呈显著相关关系,而土壤微生物商则主要受pH和土壤质地的影响.以上结果表明地下水位梯度所引起的土壤微环境变化对微生物量、土壤有机碳周转和群落结构均产生了深刻影响.

植物功能性状可以反映植物应对环境变化的适应策略.本文以黄梅秤锤树(Sinojackia huangmeiensis)当前唯一野生种群为对象,比较了3种微生境(湖边、种群中心、耕地边)中该物种的叶片功能性状均值、种内变异和叶片生态化学计量特征的差异,分析了黄梅秤锤树对湖岸带微生境变化的响应及其适应策略.结果 表明:(1)3种微生境中土壤C、N、P含量没有显著性差异(P＞0.05),但土壤C:N和C:P具有显著性差异(JP＜0.05),土壤类型和养分条件有所不同.(2)黄梅秤锤树叶片功能性状的比较用单因素方差分析和贝叶斯方差分析得出的结果一致,均为叶长、叶面积和比叶面积在中心区域显著高于湖边(P＜0.05),而耕地边与湖边和中心区域均没有显著差异(P＞0.05);叶N含量在湖边显著高于中心区域和耕地边(P＜0.05),而中心区域和耕地边间没有显著差异(P＞0.05);叶宽、叶长/叶宽、叶干物质含量、叶C和叶P含量在3种微生境间都没有显著性差异(P＞0.05).(3)黄梅秤锤树叶片的N:P在湖边显著高于中心区域和耕地边(P＜0.05),C:N在湖边显著小于中心区域和耕地边(P＜0.05),N:P和C:N在中心区域和耕地边没有显著性差异(P＞0.05),C:P在3种微生境间都没有显著性差异(P＞0.05).(4)黄梅秤锤树叶片功能性状的总体变异程度在0.02-0.28之间,其中叶片C和N含量在湖边和中心区域的种内变异程度显著较低,表明3种生境中湖边和中心区域黄梅秤锤树种群的稳定性相对较差.(5)湖边黄梅秤锤树主要通过增加叶N含量促进生长;中心区域黄梅秤锤树主要通过增加叶面积和比叶面积以及提高叶N的利用效率来提高光捕获能力促进生长;耕地边黄梅秤锤树的叶N含量和叶面积、比叶面积都处于中等水平,通过性状之间的共同作用使植株生长达到最佳水平.以上结果表明,由于微地形、水位波动和土壤环境条件的差异,黄梅秤锤树对3种生境中的适应策略有所不同,并且不是通过单一性状调整来适应环境的变化,而是通过多种性状之间的权衡达到更好的适应效果.

为研究湿地植物分解过程中木质素分解与碳、氮、磷元素释放之间的关系及其对不同地下水位环境梯度的响应,在鄱阳湖典型碟形湖泊-白沙湖设置了200 m×300 m分解试验样地,沿地下水位梯度划分4个试验样带(从湖岸到湖心依次为GT-A,GT-B,GT-C,GT-D),采用分解袋法模拟了典型湿地植物灰化薹草在不同地下水位环境的分解过程.结果 表明,分解15 d后,地下水位的升高促进了木质素的分解和碳、氮、磷元素的释放;在分解第60-90天,碳、氮、磷元素的相对归还指数随着木质素分解速率的升高而显著增大,并且相关性程度随着分解时间先增强,后减弱;分解过程中土壤pH、含水量和微生物量碳、氮对木质素的分解和碳、氮、磷元素的归还具有显著的促进作用.研究结果将有助于深化对湿地植物分解和生物地球化学循环过程的认识,为湿地自然保护区的科学有效管理提供理论依据.

为探究广西十万大山国家森林公园地区蝴蝶群落结构和多样性,选择了5种不同生境,每种生境设置一条长2 km的样线,于2016-2018年的4-9月定点监测各生境中的蝴蝶种类和数量,并分析了其多样性和相似性.共调查到5科88属155种3734只蝴蝶,其中檗黄粉蝶(Eurema blanda)和箭环蝶(Stichophthalma howgua)个体数量最多,分别占总个体数的16.60％和25.98％,为优势种;75种蝴蝶为稀有种.农林混作区生境中蝴蝶属和种数显著高于灌木林、湖岸带、针阔叶混交林和雨林生境;农林混作区和灌木林生境内蝴蝶的丰富度指数显著高于其他生境.不同生境相似性比较表明,灌木林和湖岸带生境蝴蝶的相似性系数最高,为0.42,灌木林和雨林生境蝴蝶的相似性系数最低,为0.29.不同月份调查到的蝴蝶属、种和个体数,多样性指数、均匀度指数、优势度指数和丰富度指数间无显著性差异.鉴于广西十万大山国家森林公园地区蝴蝶稀有种较多,今后仍需重视该地区环境的保护工作.

[目的]研究咸海岸边不同暴露时期土壤带的土壤真菌和植物内生真菌群落构成及其对湖泊干涸的响应.[方法]从咸海湖岸远端(土壤带的暴露时间最长)到湖岸近端(土壤带的暴露时间最短)的不同土壤带采集土壤样品,对其进行地球化学和矿物学分析.同时也采集各土壤带的土壤样品和优势植物,通过ITS基因高通量测序方法分析土壤真菌和植物内生真菌群落构成,进而探讨其如何响应湖泊干涸(如盐度升高、矿物组分变化、植物种类丰富度变化等)过程.[结果]持续暴露的咸海湖床从湖泊远岸到湖泊近岸形成了一个连续的盐度梯度:E48(暴露于1970年之前,总可溶解盐0.5±0.5 g/L);E38(暴露于1980年之前,总可溶解盐0.4±0.2 g/L);E28(暴露于1990年之前,总可溶解盐23.3±2.1 g/L);E18(暴露于2000年之前,总可溶解盐23.7±7.5 g/L);E9(暴露于2009年之前,总可溶解盐71.3±6.1 g/L);E1(暴露于2017年之前,总可溶解盐62.9±10.7 g/L)和E0 (2018年湖岸线附近沉积物样品,总可溶解盐69.9±8.3 g/L).咸海岸边不同土壤带分布着不同的植物:梭梭(Haloxylon ammodendron)在E48和E38区域中占优势地位;滨藜(Chenopodium album)在E28、E18和E9区域占优势;而在E1和E0区域无可见植物物种分布.另外,咸海岸边不同土壤带的主要矿物成分也存在差异:粘土矿物和蒸发岩的含量从咸海湖岸远端到湖岸近端逐渐增加,而碳酸盐矿物含量逐渐减少.咸海岸边不同土壤带土壤样品优势真菌类群(＞5％)为散囊菌纲(Eurotiomycetes)、粪壳菌纲(Sordariomycetes)、锤舌菌纲(Leotiomycetes)、座囊菌纲(Dothideomycetes)、黑粉菌亚门(Ustilaginomycotina)和伞菌纲(Agaricomycetes),且按植物种类丰富度进行聚类.而植物样品优势真菌类群为未知真菌门类(＞97.8％),且按植物种类进行聚类.线性回归结果显示,咸海岸边不同土壤带土壤样品真菌群落差异性与暴露时间距离具有显著相关(R2=0.32,P＜0.05),而与总可溶解盐差异则无明显相关性.而植物内生真菌群落差异性与暴露时间距离/总可溶解盐差异之间均无显著相关.Mantel检验结果显示,咸海岸边不同土壤带土壤真菌群落与植物种类丰富度和矿物成分组成(如白云石、方解石、微斜长石和石膏)呈显著相关(P＜0.05),其中植物种类丰富度和方解石含量的相关性系数最大;植物内生真菌群落与方解石含量之间呈显著相关(P＜0.05).[结论]咸海岸边不同暴露时期土壤带的土壤真菌和植物内生真菌种群结构具有时空差异,与植物种类丰富度和特定矿物组成相关,而与总可溶解盐无显著相关.

水位变化是影响水生植被生长的主控环境因子,研究其对不同水文管控模式子湖的水生植被覆盖度的影响具有重要的现实意义.本研究基于谷歌地球引擎(GEE)遥感云计算平台,以鄱阳湖自由连通子湖蚌湖、局部控制子湖大湖池为研究对象,采用像元二分法估算2000-2019年间水生植被生长期的植被覆盖度并分析其时空分异特征,运用Sen+M-K相结合的方法对其变化趋势进行模拟分析,构建水位波动参数集,分析研究期间水位变化特征,探讨不同水文连通性子湖各水文参数与水生植被覆盖面积的关系.结果 表明:蚌湖的水生植被覆盖度更易受水位变化的影响,大湖池更稳定.在植被覆盖度较低的年份,水生植被呈斑状零星分布,较高的年份则呈环带状分布,且植被覆盖度由湖心至湖岸逐渐升高.蚌湖的水生植被覆盖度更易受水位波动率的影响,而大湖池的水生植被覆盖度更易受17 m特征水位水淹时长的影响.19 m特征水位水淹时长与蚌湖和大湖池的水生植被覆盖度均有很强的负相关性.蚌湖的水生植被变化趋势以稳定不变或轻微改善为主,而大湖池的水生植被变化趋势以稳定不变或显著退化为主.本研究有助于进一步了解不同水文连通性湖泊的水文生态系统动力学的变化及其对生态系统结构和功能的影响,可为湖泊的管理和保护提供参考.

物种丰富度格局及其决定因素是生态学核心问题,但对其形成机制仍缺乏共识.为探究松嫩平原西部半干旱区沿湖岸至高地环境梯度(局地尺度)植物群落多样性分布格局及其决定因素,以沿该梯度依次分布的7种群落(狭叶香蒲沼泽、小香蒲沼泽、芦苇沼泽、草丛沼泽、拂子茅草甸、羊草草甸和榆树疏林)为对象,采用样带网格调查法及聚类分析法划分群落类型,测定物种丰富度、α多样性和β多样性及其环境因子(水位、土壤含水率、有机质等),揭示群落多样性空间分布规律及其形成机制.结果表明,沿湖岸至高地环境梯度:(1)物种丰富度(2.00—18.00)和 α多样性(Simpson指数0.12—0.90;Shannon-Wiener指数0.23—2.57和Pielou指数0.34—0.88)总体上均呈类似N字型分布(在下部深水生境狭叶香蒲沼泽最低、中下部季节性积水生境草丛沼泽最高、中上部湿润生境拂子茅草甸较低、上部沙丘干旱生境榆树疏林又较高);(2)广义的β多样性(Jaccard指数0.56—0.96)可以分解成物种周转(丰富度没有变化的地点间的物种替代)和嵌套(物种贫乏地点是物种丰富地点子集时的物种差异)两个过程,其在该梯度上半段干旱生境和下半段浅水生境相对较高,且主要由周转过程控制.在常年积水生境上最低且仅由嵌套过程控制,而在环境梯度中间地段则由周转和嵌套过程共同控制;(3)物种丰富度和α多样性的主控因子沿该梯度发生了明显转换,在高水位区由水位、有机质和全磷共同控制;中水位区仅由速效磷控制;低水位区由pH和含水率控制.因此,松嫩平原半干旱区沿湖岸至高地环境梯度物种丰富度和α多样性存在明显的空间分布格局及具有较高的β多样性,且其主要形成机制为微地形创造局地空间环境异质性与物种库相互作用共同塑造了植物群落多样性,故在生物多样性管理实践中应对其空间分布格局完整性加以重点保护.

为探究神农架大九湖泥炭藓湿地的关键物种大泥炭藓(Sphagnum palustre L.)种群的分布特征及其制约因素,于2020年8月沿垂直湖岸带方向设置样带和样方进行植被和环境因子的调查和采样,于室内进行各理化指标和生理指标的测定与分析.研究结果显示:(1)大泥炭藓三生长指标(头状枝数量、盖度、生物量)对垂直湖岸带距离的响应具有一致性,均随垂直湖岸带距离的增加呈现先增加后减小的趋势,在距湖岸40m左右时,大泥炭藓种群生产力最高;(2)多元线性回归分析结果显示,在20个环境因子(土壤含水量、容重、孔隙度、固相比、液相比、气相比、pH、TN、TP、TOC、AHN、AP、TOC/TN、TOC/TP、TN/TP;地下水埋深;水样pH、TN、TP、TN/TP)中,地下水埋深是影响大泥炭藓种群生长和分布的最重要环境因子,其次是土壤TOC/TP;在8个生理指标(组织TC、TN、TP、TC/TN、TC/TP、TN/TP、总叶绿素、类胡萝卜素)中,组织TC与大泥炭藓生长显著相关;(3)地下水埋深通过影响大泥炭藓头状枝的光合和呼吸作用,土壤TOC通过影响大泥炭藓吸收同化到自身组织中的TC含量,来影响其种群的生长和分布;(4)除了非生物因子,维管植物的种间作用等生物因子也影响着大泥炭藓种群的生长和分布.本研究可为亚热带山地泥炭藓湿地的保护和恢复提供理论依据和科学指导.