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.

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.

通过分析排水沟渠影响下的泥炭地土壤氮空间分布特征,阐明全球变化背景下排水沟壑对高原泥炭地退化的影响,为若尔盖高原退化湿地区的生态恢复提供决策支持.将若尔盖湿地自然保护区内的一条排水沟渠作为研究区,在11个垂直于沟渠的断面上,通过环刀法在沟渠两侧取样,分析排水沟渠对阶地沼泽土壤全氮和碱解氮的影响.结果 表明:土壤全氮含量0.34～21.86 g·kg-1,平均值为11.26±6.22 g·kg-1;土壤碱解氮含量28.35～1965.60 mg·kg-1,平均值为889.53±470.31 mg·kg-1;纵向上,以高海拔和靠近河流的含量较低,碱解氮与全氮的比值与高程呈正相关;横向上,与沟渠不同距离间存在差异,越靠近沟渠的样点,其全氮含量越高,但统计上不显著(P＞0.05),高程更低的左岸碱解氮含量低于右岸;表层土壤的碱解氮以靠近沟渠1 m的距离最低(P＜0.05),左、右岸的碱解氮/全氮比值均呈“V”型变化,与沟渠的距离增加先降低再升高;垂向上,土壤全氮和碱解氮以表层最高,随着深度增加而降低;阶地沼泽连续地块上的土壤氮分布受高程影响大,随着海拔升高而降低;表层土壤氮含量最高,随着深度增加其垂向变化趋势不一致;排水沟壑对泥炭地土壤氮的时空分布格局产生影响,对靠近沟渠的影响最大,且显著降低表层的土壤氮含量.

氨氧化由氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)共同执行,是土壤硝化过程的第一步和限速步骤.放牧过程中,动物啃食、排泄和践踏等行为将影响土壤氨氧化微生物群落,但目前关于不同类型放牧对湿地氨氧化微生物群落结构及其多样性的影响尚不清楚.利用Illumina Mise高通量测序技术,对比研究牦牛放牧和藏香猪放养两种放牧类型对泥炭沼泽土壤氨氧化微生物群落结构及其多样性的影响.结果 表明,牦牛放牧显著增加土壤容重,显著降低土壤pH、TN、TOC、NH4+-N和NO3--N含量;藏香猪放养显著增加土壤NO3--N含量和硝化潜势(PNR).牦牛放牧显著降低土壤AOA的丰富度和AOB的α多样性,藏香猪放养降低土壤AOA的α多样性和AOB的丰富度.放牧显著降低泉古菌门(Crenarchaeota)的相对丰度.AOA的α多样性与土壤NO3--N含量和PNR呈显著负相关.AOB的α多样性与pH、TOC、TN和NH4+-N含量呈显著正相关.放牧影响下土壤pH、TN和NO3--N含量的变化是影响AOA群落结构的主要因素.藏香猪放养对AOA和AOB群落的影响更显著,由放牧引起的土壤环境条件的变化是导致氨氧化微生物群落发生改变的重要因素.

泥炭沼泽是至关重要的陆地碳库,同时对气候变化极其敏感,其碳动态受到全球范围的广泛关注.季节冻融作为重要的地表过程,对泥炭沼泽碳库构成最集中和强烈的干扰.大量野外监测与室内冻融模拟研究显示,泥炭沼泽在季节冻融期间出现碳排放高峰,这与土壤水热条件及生物学过程发生剧烈变化紧密相关,相关程度受到冻结期与冻融交替期长短、日冻融循环频次和强度等的影响.冻结和融化过程中,土壤水分向相变界面附近运移,泥炭土的导热率增大,引起热通量的变化;季节冻融会改变泥炭土微生物活性、群落结构和部分微生物生物量,进而影响微生物作用的碳排放;季节冻融会破坏土壤结构,对土壤团聚体稳定性造成影响,进而影响团聚体有机碳的释放;季节冻融中冻融交替过程会增加溶解性有机碳(DOC)含量,降低微生物量碳(MBC)含量,并显著影响活性有机碳含量,从而影响泥炭碳排放.目前,大量机理研究能够对部分野外监测结果作出解释,但仍然存在一定的局限性,已有研究存在注重现象而忽略机制、实验参数缺乏原位性、不同冻融模式下的研究不足等问题.另外,鉴于高海拔泥炭沼泽在区域碳平衡中的关键作用,以及高海拔条件下季节冻融过程的特殊性,季节冻融对高海拔泥炭沼泽碳排放的影响值得深入研究.

泥炭地是重要的沼泽湿地类型,提供固碳、水文调节、生物多样性维护等多种生态系统服务功能.受侵蚀、火灾等自然灾害以及排水、开垦、过牧和基础建设等强烈的人为干扰,全球泥炭地面积缩减、功能不断退化,成为气候变化背景下的碳源.位于青藏高原东北部的若尔盖高原拥有全球面积最大的高原泥炭地,在全球气候变化和区域生态安全中具有特殊地位.近年来若尔盖高原也出现湿地减少、功能衰退等生态问题,由于其区位特殊,修复技术缺乏可以直接借鉴的经验,现有技术储备不能满足自然资源保护管理的要求.本文在综述若尔盖高原退化湿地生态修复技术基础上,参考国际上泥炭地修复经验,结合高寒湿地的特点,提出构建包括可修复性诊断、修复技术集成、生态监测和修复效果评价等内容的退化高原泥炭地修复技术体系,并对体系构建的科技需求进行了探讨,旨在为我国退化高原泥炭地生态修复提供参考.

南山国家公园体制试点位于南岭山脉与雪峰山脉交汇地带,是我国东部湿润半湿润生态大区南亚热带与中亚热带交汇区,同时是中国第二级阶梯云贵高原向第三级阶梯江南丘陵的过渡带,也是我国“两屏三带”生态安全战略中“南方丘陵山地带”的典型代表,生物多样性极为丰富.植物区系上属于华中、华南、华东、西南四大区系交叉“十字路口”,境内有南岭地区保存最完整的中亚热带低海拔常绿阔叶林,“东南亚第一近城绿色长廊”两江峡谷,以及我国中南地区规模最大的中山泥炭藓沼泽湿地.该区域是长江流域沅江水系、资江水系、湘江水系和珠江流域西江水系的源头和重要水源涵养地.因为生态系统代表性、原真性和完整性强,自然资源价值国家代表性突出,保护价值和生物学意义巨大,南山国家公园体制试点于2016年设立,有效地探索了在我国南方集体林区国家公园的创建之路,为经济欠发达地区、少数民族地区和革命老区推进以国家公园为主体的自然保护地体系建设,创造了可复制、可推广的南山经验和南山样板.

了解高原泥炭沼泽湿地生态系统土壤微生物群落结构组成、多样性及空间分布特征对认识高原湿地生态特征及演化过程至关重要.利用高通量测序技术,在局域尺度上研究了四川若尔盖高原泥炭沼泽湿地土壤细菌群落结构与多样性特征.通过进一步测定土壤及植物基本理化指标,量化采样点之间的地理距离,比较了细菌群落不同成员(稀有种和丰富种)的空间周转差异,分析了土壤环境变量和空间因子对细菌群落结构的相对贡献.结果表明:若尔盖泥炭土壤细菌群落主要由绿弯菌门(Chloroflexi)(26.25％)、变形菌门(Proteobacteria)(23.21％)、厚壁菌门(Firmicutes)(10.56％)等优势物种门类组成;土壤细菌群落结构表现出较强的空间依赖关系,群落结构相似性随采样点地理距离增加而逐渐降低,细菌群落的周转速率表现为总细菌群落＞丰富种＞稀有种;Mantel检验结果显示,地上生物量与细菌群落呈极显著相关性(P＜0.01),其中,影响稀有种空间分布特征的环境因子还包括土壤硫含量、活性磷、Mn和土壤pH值;方差分解分析表明,局域尺度上的土壤因子对若尔盖高原泥炭沼泽土壤细菌群落构建的相对贡献大于空间因子,土壤异质性是影响微生物空间分布特征的关键因素.研究为开展高原湿地泥炭土壤微生物多样性调查及揭示微生物群落构建机制提供了重要参考.

静态箱气相色谱法是最为普遍的温室气体监测方法,监测过程中埋放静态箱底座造成的土壤扰动可能会影响实验初期排放数据的准确性.为了解这一过程对泥炭地甲烷排放的确切影响,选取泥炭沼泽、沼泽草甸和高寒草甸为研究对象,利用静态箱气相色谱法监测不同类型泥炭地在模拟增温、节雨及其交互作用下的甲烷排放通量.结果表明,整个为期两年的实验中,甲烷平均排放通量为7.1 mg m-2 h-1,且甲烷在实验布设的前半年集中排放,其排放通量是下一年同一时期排放通量的37倍.对比实验初期(实验布设半年内)和实验后期(实验布设下一年同一时间段)的甲烷排放通量,发现增温和节雨交互作用显著降低了实验初期和实验后期甲烷排放通量,以整个若尔盖高原泥炭地面积来估算,其甲烷减排量在7-12月份分别为686 Gg和38 Gg,相差约18倍.可见,气相色谱法严重高估了实验初期泥炭地的甲烷排放通量,造成这一现象的主要原因可能是实验初期埋放静态箱造成了土壤扰动.因此,在后续的研究中应尽量减少野外甲烷监测过程中的土壤扰动,以优化最终的实验结果.