气候暖干化导致高寒地区泥炭地土壤氮排放急剧增加,但是潜在的微生物调节机制尚不清楚.本文综述了高寒泥炭地土壤氮转化与排放过程对温度升高、水位变化的响应,土壤厌氧氨氧化(Anammox)与NO3-异化还原过程的相互作用,土壤N2O产生路径及其贡献.当前研究的不足体现在:1)只关注土壤N2O排放,忽视了 N2的释放,导致高寒地区泥炭地氮的损失量被严重低估;2)Anammox过程对泥炭地N2排放的贡献未被量化;3)Anammox、细菌反硝化和真菌协同反硝化过程对N2损失的相对贡献缺乏定量评估;4)气候暖干化情景下Anammox和NO3-还原过程的解耦机制尚不清楚.未来研究重点应着力于:构建野外增温、水位控制暖干化模拟试验平台,结合稳定性同位素、分子生物学和宏基因组学技术,围绕格局-过程-机理这条主线,系统评估高寒地区泥炭湿地氮排放(N2O、NO、N2)的量级、组成比例与主控因素,探讨土壤主要脱氮过程的相互作用规律,量化硝化、厌氧氨氧化和反硝化对N2O、N2产生的相对贡献,甄别对暖干化响应敏感的微生物类群,明晰土壤脱氮转变与微生物群落演替之间的耦联关系,揭示土壤脱氮过程对气候暖干化响应的微生物学机理.

高寒湿地是青藏高原典型的湿地类型,具有重要的生物多样性维持和水源涵养作用,了解其景观格局变化及其影响因素对我国高寒湿地的保护与恢复具有重要意义.本研究基于GEE和Landsat卫星影像,采用随机森林分类方法提取了1987-2022年12期四川南莫且湿地国家级自然保护区沼泽湿地分布信息,分析了沼泽湿地景观格局时空变化及其影响因素.结果表明:(1)保护区沼泽湿地面积先减少再增加,整体减少了10.29％;(2)沼泽湿地与草甸的面积转换最剧烈,沼泽湿地累计向草甸转移4349.44 hm2;(3)沼泽湿地重心先向东北再向西南方向迁移,沼泽湿地分布范围整体向西南方向迁移;(4)沼泽湿地景观格局表现为破碎化程度先下降再升高,连通性先升高再下降,斑块形状趋于复杂,湿地景观趋向离散化发展;(5)生长季累积降水量、生长季均温是影响保护区沼泽湿地变化的主要影响因素.研究结果可为保护区高寒湿地的保护与恢复以及青藏高原高寒湿地生态安全建设提供科学依据.

青藏高原被誉为世界屋脊,是我国重要的生态安全屏障和高寒生物种质资源宝库,也是亚洲乃至北半球气候变化的"调节器",在我国生态保护和修复工作中居于特殊重要地位.青藏高原平均海拔超过4000 m,面积约260万km2,自然生态系统类型复杂多样,分布有森林、灌丛、高寒草原、高寒草甸、荒漠和冻土等多种陆地生态系统,还相间了湖泊、河流和沼泽等湿地生态系统,构成了丰富的生态系统多样性和景观多样性.

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.

高寒湿地放牧干扰强烈,是其生态系统退化的主因.湿地植被生物量空间格局不仅能够反映自然因素的作用,也能够体现地域放牧等人类活动的主要特征,因此常作为表征放牧干扰格局的主要度量方法.但尺度效应导致的植被生物量影响要素在不同空间尺度下存在较大差异,尤其是针对面积为几十至几百km2范围的小尺度高寒湿地而言,自然因素和放牧等人为干扰对其植被地上生物量的共同作用特征仍不明确,缺乏针对该类型湿地的合理评估模式.以滇西北国际重要湿地纳帕海为例,在排除其它人为干扰的条件下,通过植被地上生物量的空间异质性特征来表征其放牧干扰格局,并以该案例为基础提出一种小尺度高寒湿地放牧干扰格局评估模式.研究尝试基于详细地面植被调查,获得潜在植被地上生物量,利用调查同时期高分定量遥感方法(法国PLEIADES卫星数据结合实测植被地上生物量建模)获得实际植被地上生物量,并使用潜在与实际植被地上生物量之差的空间异质性特征表示纳帕海湿地放牧干扰格局.该评估模式可以有效减少对于小尺度湿地放牧干扰数据的依赖,同时减少牛羊马等大牲畜散养带来的空间分布随机性.研究结果显示纳帕海湿地放牧干扰对湿地植被地上生物量的影响严重,影响比例约为93.5％.研究发现水文等自然因素和放牧等人为干扰分别决定纳帕海湿地植被地上生物量的上限和下限,并基于此提出四方面干扰调控策略.

养分重吸收是植物重要的营养保存机制和养分循环的重要组成部分,温度变化会影响植物养分吸收.为了探讨若尔盖高原沼泽湿地植物木里薹(Carex muliensis)草养分重吸收特征对气候变暖的响应,本研究通过野外模拟增温实验,测定木里薹草成熟叶片和衰老叶片的氮(N)、磷(P)含量并分析其重吸收效率差异.结果表明:木里薹草叶片N、P含量均值分别为11.44和1.19mg·g-1,N重吸收效率(NRE)、P重吸收效率(PRE)均值分别为61.8％和69.0％,增温显著降低了成熟叶片氮含量,显著提高了衰老叶片磷含量(P＜0.01),对成熟叶片磷含量和衰老叶片氮含量没有显著影响;增温显著降低了成熟叶片和衰老叶片N∶P(P＜0.01)及NRE(P＜0.05)和PRE(P＜0.01);木里薹草叶片氮磷重吸收效率与成熟叶片氮磷含量呈显著正相关,与衰老叶片氮磷含量呈显著负相关;木里薹草生长受P限制,而增温可能导致限制情况发生变化,木里薹草叶片养分重吸收还可能受到化学计量调控.研究结果将有助于了解和预测若尔盖高原养分循环对未来气候变化的响应,并为气候变暖下高寒草本沼泽植物养分重吸收效率变化的预测提供数据支持和实验证据.

为查明高寒草甸退化对表栖跳虫和螨类群落组成及多样性的影响,于2018年7月和10月利用吸虫器法对若尔盖湿地的沼泽草甸、草原草甸及中度退化草甸三种生境的表栖跳虫和螨类进行了调查.捕获表栖跳虫13640只,隶属于4目11科23属,优势类群为小圆跳属和德跳属;捕获表栖螨类5069只,隶属于3亚目76科98属(类),优势类群为真足螨科.主成分分析结果表明,表栖跳虫和螨类群落组成在不同生境间存在明显差异.随高寒草甸退化程度加重,表栖跳虫仅群落密度显著增加(P＜0.05),而表栖螨类的群落密度和类群数均显著增加(P＜0.05).在3个生境中,表栖跳虫群落密度和Simpson优势度指数均表现为7月显著高于10月(P＜0.05),类群数和Shannon指数则是7月显著低于10月(P＜0.05);表栖螨类的群落密度和类群数均表现为7月显著高于10月(P＜0.05),Shannon指数和Simpson优势度指数无显著季节变化(P＞0.05).冗余分析和多元回归分析结果表明,植物种类、生物量、土壤容重等是影响表栖跳虫和螨类群落结构及多样性的主要因子,但对表栖跳虫和螨类的具体影响存在差异.研究表明,高寒草甸的表栖跳虫和螨类群落组成、密度及多样性存在明显的时空变化,其中表栖跳虫群落密度及多样性对季节变化较敏感,表栖螨类群落密度和类群数对高寒草甸的退化较敏感.

近年来,在气候变化与人为干扰等因素的驱动下,高寒湿地退化导致生物多样性的丧失如何影响生态系统功能尚无共识.以黄河首曲高寒湿地为研究对象,基于野外采样数据和植物群落多样性指数,重点分析植物物种多样性、地上生物量空间分布格局及其与土壤因子关系.结果表明:首曲湿地存在一定程度退化,植物群落组成主要集中在菊科和禾本科,莎草科和豆科植物较少;植物群落物种多样性和地上生物量未表现出显著的经纬度和海拔梯度变化;Patrick丰富度指数(R)和Shannon-Weiner多样性指数(H)与地上生物量呈显著正相关,说明保护区植物多样性的保护有利于生产力维持;土壤含水量影响着高寒湿地植被群落结构,与多样性指数呈显著相关性,是高寒湿地植被恢复和重建的关键性因子.该研究结果对于认识黄河首曲高寒湿地植物生物量和物种多样性及土壤因子的空间分异规律具有一定的参考价值,同时为高寒湿地退化生态系统功能的恢复及生物多样性的保护提供科学依据.

土壤呼吸会影响全球碳循环,而湿地水位与土壤呼吸息息相关.然而,由于原位观测有限,目前尚不清楚高寒沼泽土壤呼吸及其组分如何响应水位下降.在若尔盖高原纳勒乔沼泽建立了水位下降控制实验平台,定位监测土壤呼吸及其组分的变化,并初步探讨土壤呼吸及其组分与生物和非生物因素的潜在联系.结果发现,水位下降对高寒草本沼泽土壤呼吸(Rs)没有显著影响,但自养呼吸(Ra)和异氧呼吸(Rh)对水位下降表现出明显不同反应.其中,自养呼吸速率下降了 67.2%,异养呼吸速率上升了 67.3%.异养呼吸和自养呼吸在土壤呼吸中的占比发生显著变化,水位下降后,Rh/Rs较对照增加了 88%,Ra/Rs减少了61%.水位下降引起的自养呼吸和异养呼吸变化的驱动因素不同,植株高度、地上及地下生物量解释了自养呼吸的变化,土壤温度、C:N则是异氧呼吸变化的关键影响因素.综上,在高寒草本沼泽生态系统中,水位下降对土壤呼吸组分的影响强度及其驱动因素存在明显差异,这需要在陆地表层碳循环模型中加以考虑,以便更好评估高寒草本沼泽碳循环对气候变化的反馈作用.

[背景]甲烷氧化菌在维持湿地生态系统碳平衡方面发挥着重要作用,青海湖高寒湿地具有十分重要的生态地位,但目前有关该地区甲烷氧化菌的研究相对较少.[目的]探究不同类型高寒湿地土壤甲烷氧化菌的群落特征与驱动因素.[方法]以青海湖流域内的小泊湖沼泽湿地、鸟岛湖滨湿地、瓦颜山河源湿地为研究对象,通过高通量测序技术对土壤甲烷氧化菌进行检测.[结果]3 种不同类型高寒湿地土壤甲烷氧化菌的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria).鸟岛湖滨湿地与瓦颜山河源湿地的甲烷氧化菌α多样性存在显著差异(P＜0.05),而小泊湖沼泽湿地与二者的甲烷氧化菌α多样性的差异不显著(P＞0.05).LEfSe分析表明,不同类型高寒湿地共存在 40 个差异菌群,尤以瓦颜山河源湿地差异菌群数量最多,从门到属水平均存在显著差异.冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明,甲烷氧化菌菌群变化的主要驱动因子为土壤温度、土壤水分、电导率.[结论]整体而言,青海湖 3 种类型高寒湿地土壤理化性质及甲烷氧化菌群落多样性均存在差异,且部分菌群的相对丰度具有显著性差异(P＜0.05).