大气增温对湿地植物光合作用的影响及其作用机制是近年来生态学界关注的热点.采用开顶式生长室(Open-topchambers,OTCs)模拟大气增温((2.0±0.5)℃,(3.5±0.5)℃),研究增温对滇西北高原典型湿地纳帕海湖滨带2种优势植物(茭草Zizania caduciflora,黑三棱Sparganium stoloniferum)的光和CO2利用以及光合碳同化速率的影响.结果表明,(1)增温对不同植物的光和CO2利用能力以及碳同化速率的影响存在种间差异.增温显著降低了茭草的光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)、光能利用幅(LSP-LCP)、CO2饱和点(CSP)、CO2利用幅(CSP-CCP)以及最大净光合速率(Pnmax),却显著增加了其CO2补偿点(CCP);相反,增温显著提高了黑三棱的LSP、(LSP-LCP)以及最大净光合速率(Pnmax),而显著降低了其LCP,但对其CO2利用参数无显著影响.(2)2种植物的光和CO2利用能力对增温的响应存在季节性差异.不同温度处理下,茭草在6、8月的LSP和(LSP-LCP)均显著高于10月的对应值,其Pnmax也随生长期的增加而降低;黑三棱的光响应参数在不同生长季间无显著差异,其Pnmax在8月最高,而在6月和10月相对较低.(3)温度因子与茭草的光能利用参数均呈负相关,而与黑三棱的光能利用参数均呈正相关.本研究的温度因子中,日间积温对Pnmax和(LSP-LCP),年均温和最低温对(CSP-CCP)值的影响最为显著.本研究进一步表明,气候变暖对滇西北高原湿地湖滨带优势植物光合作用存在影响,但不同物种间存在差异响应,这种差异响应可能导致湿地生态系统植被结构的改变,其有关生态过程有待于进一步研究.

气候变暖对湿地生态系统碳循环的影响受到国内外的广泛关注.研究大气增温对植物凋落物分解的影响是掌握气候变暖对湿地生态系统碳循环影响过程及其作用机制的基础.通过开顶式生长室(Open-top Chambers,OTCs)模拟大气增温(2.0±0.5)℃和(3.5±0.5)℃,以滇西北高原典型湿地纳帕海湖滨带的优势植物茭草(Zizania caduciflora)、水葱(Scirpus tabernaemontani)、黑三棱(Sparganium stoloniferum)和杉叶藻(Hippuris vulgaris)为研究对象,研究其凋落物在大气界面,水界面,土-水界面的质量衰减对大气增温的响应.结果表明,(1)大气增温促进了4种植物凋落物在不同分解界面的质量衰减,但其质量衰减率在不同分解界面对增温的响应存在差异.其中,增温对水界面植物凋落物质量衰减的促进作用最大,并随着增温的幅度的增加而增加.其次是土-水界面,增温对大气界面植物凋落物质量衰减的促进作用最小.(2)植物凋落物初始C/N值与其凋落物质量衰减率呈负相关,大气增温对低初始C/N值物种凋落物质量衰减的促进更为显著.(3)相对于大气增温,植物凋落物初始C/N值对其凋落物质量衰减的影响高于大气增温对其质量衰减的影响.研究表明,气候变暖将促进湿地植物凋落物的分解,进而对湿地生态系统物质循环及其生态功能产生影响,其影响程度与湿地植物物种有关,其作用机制有待于进一步深入研究.

研究植物凋落物分解及其微生物的驱动机制,对于掌握湿地生态系统物质循环特征及其关键生态过程具有重要意义.该研究以滇西北高原典型湿地纳帕海湖滨带的优势植物茭草和杉叶藻为研究对象,通过凋落物袋法和Biolog GenⅢ技术,研究其凋落物在大气界面、水界面和土界面的质量衰减特征以及微生物的碳源利用和代谢的变化规律.结果 表明:(1)通过一年的分解,茭草凋落物在大气界面、水界面和土界面的质量残留率分别为77.7％、42.2％、25.3％,显著高于杉叶藻凋落物的相应质量残留率(41.6％、32.5％、12.4％);但同一物种不同分解生境下质量残留率则表现为大气界面＞水界面＞土界面.(2)2种植物不同界面的平均吸光度值上升快慢存在差异,茭草土界面和杉叶藻大气界面中的微生物碳源代谢强度最大;土界面下茭草植物微生物碳源利用率最高,且醇类和胺类的碳源利用率达到0.26和0.24.(3)2种植物的微生物群落结构存在一定的差异,茭草凋落物土界面中微生物群落对各类碳源有较强的利用能力,其微生物群落所含物种比较丰富、群落均匀性和多样性更加明显,与茭草凋落物质量残留率季节性变化结果较为一致.研究认为,研究区域内凋落物质量衰减和微生物的关系,可以为生态系统的稳定与发展及凋落物分解的微生物学机理提供科学依据.

温度是影响植物茎解剖结构的重要环境因子,但过去对温度如何影响植物茎解剖结构的研究较少涉及湿地植物.基于IPCC对未来大气增温的预测,本研究以滇西北典型高原湿地——纳帕海流域为研究区域,采用开顶式生长室(OTCs)模拟大气增温,研究了湖滨带优势植物杉叶藻(Hippuris vulgaris)茎解剖结构对大气增温的响应.结果 显示,增温显著增加了地上茎的表皮细胞厚度及角质层厚度,且地上茎的薄壁细胞大小及表皮细胞大小也呈增大趋势,所有地上茎性状均表现出随温度升高逐步增大的趋势.同时,增温对地下茎角质层厚度也存在显著影响,所有地下茎性状均表现出随温度升高先减小后增大的趋势.在众多温度变量中,年平均温度和日间平均温度对杉叶藻地上茎解剖性状的影响最为显著,且上述两温度变量与地上茎解剖性状均为正相关;年最高温和年平均温度对杉叶藻地下茎解剖性状的影响最为显著,且上述两温度变量与地下茎解剖性状均为负相关.本研究结果表明,气候变暖显著影响杉叶藻的茎解剖结构,体现了杉叶藻对增温的有效适应,进而揭示了高原湿地植物形态结构对气候变暖的响应规律及其生理生态适应策略.

基于IPCC对未来大气增温的预测,采用开顶式生长室(OTC)增温技术,以不增温为对照,研究滇西北高原典型湿地纳帕海湖滨带优势植物水葱和黑三棱在大气增温2.0和3.5℃处理下种子的繁殖特征.结果表明:大气增温对植物结实率影响显著,但存在种间差异.其中,增温对水葱的结实率有促进作用;黑三棱结实率在增温2.0℃处理下显著下降,但在增温3.5℃处理下又恢复到对照水平.增温促进了2种植物穗的生长,在增温2.0、3.5℃处理下水葱的穗长分别增加82.9％、89.0％,小穗数分别增加133.3％、150.0％,每株穗生物量分别增加了10.1％、89.6％,每株穗生物量占总生物量的比例分别增加79.5％、409.3％;在增温2.0、3.5℃处理下,黑三棱穗长分别增加66.1％、95.2％,每株穗生物量占总生物量的比例分别增加878.8％、1052.6％.增温显著增加了水葱和黑三棱每穗种子产量,在增温2.0、3.5℃处理下,水葱每穗种子产量分别增加33.7％、58.3％,黑三棱每穗种子产量分别显著增加3.4％、69.5％.在增温2.0、3.5℃处理下水葱种子长分别增加5.4％、6.9％,种子长宽比分别增大9.1％、5.3％;而增温对黑三棱的种子形态无显著影响.最高温和最低温是影响2种植物种子繁殖的主要温度因子.温度增高引起的生长季提前、营养生长期延长以及有机物积累量增加,为植物繁殖扩散提供了充足的物质和能量积累,可能是2种植物在增温条件下繁殖能力提高的原因.

维管结构是植物的主要物质传输结构,对植物的光合积累、生长发育、适应变化、繁殖扩散等过程具有不可替代的作用.温度是影响维管结构的重要环境因子,但过去对温度如何影响植物维管结构的研究较少涉及湿地植物.本研究以对温度变化较为敏感的滇西北典型高原湿地——纳帕海流域为研究区域,采用开顶式生长室( OTCs) 模拟大气增温系统,研究了其湖滨带优势植物杉叶藻( Hippuris vulgaris) 维管结构对模拟增温的响应.结果表明,增温对地上茎维管结构的影响较大,而对地下茎维管结构的影响相对较小.大气增温显著增加了地上茎维管结构的导管和筛管数目、大小以及维管束大小,但对地上茎导管和筛管密度影响不大.与此相反,大气增温显著减小了地下茎导管和筛管大小,但这两个性状在两组增温处理间均无显著差异,其他地下茎维管结构性状对增温的响应不显著.年平均温度和日间平均温度是影响杉叶藻维管性状的主要因素,该两个温度变量与这些维管性状均呈正相关.研究表明,气候变暖显著影响滇西北高原湿地湖滨带优势植物维管结构的传输能力,且这种影响可能导致湿地生态系统植物生理功能的改变,进而促使植物适应增温环境.

以太湖胥口湾湖滨带芦苇、香蒲和菖蒲等典型挺水植物为研究对象,通过分析这3种挺水植物不同生长阶段器官中营养元素含量,结合其单位面积生物量以及分布面积,估算水生植物收割的氮(TN)、磷(TP)去除效应.结果 表明:湖滨湿地沉积物中TN含量在生长期和衰老期分别为1373.0～2919.8和2240.6～3923.4 mg·kg-1,TP含量分别为437.1 ～687.3和556.0～790.7 mg·kg-1;3种植物在生长期和衰老期不同器官的TN、TP含量差异显著(P＜0.05),且均表现为叶＞根＞茎;由生长期到衰老期,3种挺水植物叶和茎中TN和TP含量下降,而根部则增加;3种挺水植物器官中总碳含量表现为根≈茎＞叶,且受植物生长期影响较小;在3种挺水植物中,芦苇叶中TN含量最高,香蒲茎中TN含量最高,三者根中TN含量相当;香蒲叶、茎、根中TP含量最高,而芦苇叶、茎、根中总碳含量最高;衰老期间,收割3种优势挺水植物可有效去除TN 21.8 t(18.47 g·m-2)、TP 1.6 t(1.36 g·m-2),有效降低植物残体腐烂分解造成的二次污染.

湿地挺水植物是维持湿地生态系统功能的重要载体,其分解过程是物质能量循环的必要环节.为了更全面地了解湿地凋落物的分解特征,该研究选取九种滇池湖滨带优势湿地挺水植物,采集生长旺季、立枯阶段、倒伏阶段、沉水阶段共4个阶段的叶枯落物样品,在3.5 a的培养期内测定了叶枯落物分解速率及3大类指标(16种理化指标),分析了分解速率和理化指标的动态变化及其相关性、物种种类与分解阶段对各指标变异的贡献度.结果表明:(1)分解速率(k)范围为0.43～1.41 a-1,其中茭草分解最快(k=1.41 a-1),再力花分解最慢(k=0.43 a-1).(2)物理性状中的比叶面积、穿刺力度、干物质量在培养期内分别呈"持续上升""持续下降"和"先升后降"的变化趋势;养分元素指标主要呈现"释放-富集""富集-释放"和"净释放"3种变化模式;涉碳化合物指标中,木质素表现为"富集-释放""富集-释放-富集"和"富集"模式,纤维素与半纤维素表现为"富集-释放"的变化规律.(3)叶枯落物分解速率与初始物理指标(比叶面积、穿刺力度、干物质量)和初始涉碳化合物指标(纤维素、半纤维素)的相关性最高.(4)13种指标在培养期内的动态变化由分解阶段主导,3种指标由物种种类主导.其中,比叶面积、穿刺力度、干物质量、碳、钾、钙、硫、铁等在不同植物的分解过程中表现出相似的规律,可作为研究挺水植物枯落物分解的关键指示性指标.该研究表明,不同植物的分解速率不同,物理和涉碳化合物指标是调控分解速率的主要因子;通过揭示不同湿地挺水植物的分解规律,为进一步开展枯落物分解预测提供重要理论参考.

湖滨湿地植物叶片功能性状和叶片生态化学计量特征的分析对掌握植物的生长速率及植物对土壤养分的吸收和利用效率具有重要意义.为探讨不同水盐环境对植物功能性状及其生态化学计量特征的影响,该研究以博斯腾湖西岸湖滨带湿地为研究区,以该地区优势植物及土壤环境因子为研究对象,阐明该地区植物适应环境的策略.设置18个样地进行植物多样性的调查,共调查到植物24种,其中灌木8种,草本16种.采用冗余分析法对植物叶片功能性状与土壤环境因子间的关系进行分析,通过分析植物功能性状在不同水盐环境下的变化特征及其对植物功能性状的影响,发现:随着水盐含量的增加,不同植物叶片功能性状变化较大,其中叶绿素含量(SPAD)、叶片厚度(LT)和比叶面积(SLA)在低水低盐环境下最大;叶片含水量(LWC)、叶干物质含量(LDMC)和叶干质量(LDM)在中水中盐、高水高盐环境下较大;植物叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比变化较大,C:N范围为9.35-26.51,C:P的范围为50.13-228.95,N:P的范围为2.31-11.99,其中C:P的变化范围最大;叶片C含量与LT、LDMC、LDM均显著正相关,叶片N含量与SPAD、LT显著正相关,叶片P含量与LWC显著正相关,C:N、C:P均与LDMC显著正相关,而N:P与叶片功能性状指标均不相关,SLA与叶片生态化学计量特征均不相关;对环境因子与优势植物叶片功能性状的相关性分析发现,影响种间植物功能性状的环境因子不同且各有差异.

受人类活动和气候变化的影响,湖泊湖滨带退化速度显著加快.植物功能性状的方法可以量化植物特征,预测植物对外界环境干扰的反应,有助于理解退化湖滨带湿地植物应对环境变化所表现出的适应机制,对湖泊湖滨湿地生态系统植被的恢复与重建具有重要意义.在内蒙古高原典型湖泊湖滨湿地选取芦苇(Phragmites australis)、赖草(Leymizs secalinus)、毛茛(Ranunculus japonicus)、鹅绒委陵菜(Potentilla anserina)、碱蓬(Suaeda glauca)、盐角草(Salicomnia europaea)和拂子茅(Calamagrostis epigeios)7种优势植物的叶片和根系作为研究对象,对不同湿地植物的11种功能性状变化规律及其与环境因子的关系进行研究.旨在探究环境变化影响下湖滨带湿地植物的物种分布和功能性状的差异,以及湿地植物在不同湖滨带湿地生境下的适应策略.在评估植物功能性状差异基础上,采用环境矩阵连接性状矩阵(RLQ)结合第四角分析(Fourth-Corner)的方法分析环境因子对植物功能性状的影响.结果表明,内蒙古湖滨带湿地中7种优势植物为了适应不同的环境的影响,植物的功能性状均产生不同程度的种间与种内变异,在湖滨带湿地中植物的植株高度、叶片碳含量、叶片氮含量、叶片碳氮比、比根长、根组织密度、根氮含量对环境变化的响应比较敏感,土壤pH与叶片干物质含量呈显著负相关;土壤盐分与植株高度、叶片碳含量和叶碳氮比显著负相关,与叶片氮含量、根组织密度显著正相关;土壤的总氮含量与植株高度显著正相关,与比根长显著负相关;土壤碳氮比与植株高度和叶片碳含量显著负相关,与植物比根长显著正相关;土壤容重与根氮含量显著负相关.研究表明内蒙古高原湖滨带湿地植物的功能性状受环境的作用强烈,植物采取了不同的性状策略来适应环境.