长沙城市绿地森林与草地土壤呼吸及温度敏感性变化特征

城市绿地在减缓城市碳排放和温室效应中发挥着巨大作用。土壤呼吸是城市绿地碳循环的重要环节,决定着生态系统碳汇功能的强弱。以湖南省长沙市远大城园区内森林和草地生态系统为研究对象,于2021年11月—2022年12月对土壤呼吸速率及土壤环境进行监测,并结合2022年发生的极端干旱事件,分析城市绿地森林与草地生态系统土壤呼吸特征及其对极端干旱的响应。结果表明:森林和草地生态系统土壤呼吸速率总体呈现出夏秋季(231.98、239.33 mg·m^(-2)·h^(-1))>冬春季(179.28、91.15 mg·m^(-2)·h^(-1))(以C计);极端干旱下土壤呼吸变化显著,在森林生态系统中更加明显;年尺度下,森林和草地生态系统土壤碳排放量分别为681.55、564.66 g·m^(-2)·a-1(以C计);森林和草地生态系统土壤呼吸温度敏感性系数(Q 10值)的范围分别为0.81~1.06、1.19~1.80,草地生态系统对温度变化的响应更敏感,在极端干旱气候条件下可能会导致更多的土壤碳流失。研究结果可以为城市绿地建设和城市“碳中和”目标的实现提供科学依据。

洞庭湖湿地短尖薹草(Carex brevicuspis)种群克隆生长对泥沙淤积的适应

泥沙淤积是影响湿地植物生存和生长的重要因素。克隆植物是湿地生态系统的主要植物类型之一。在自然水文条件下,湿地克隆植物种群对不同淤积速率的响应研究相对较少。本研究以洞庭湖湿地优势克隆植物短尖薹草(Carex brevicuspis)为对象,通过连续3年的野外控制实验,研究了不同淤积速率(0、2、4、6 cm/a,分别对应对照组,低、中和高淤积速率组)对湿地克隆植物种群的影响。结果表明:淤积速率对短尖薹草的种群密度影响显著,淤积处理的密度显著低于对照处理。随着淤积速率的增加,密度下降,地下/地上生物量比增加,高淤积速率下种群的密度最低,地下/地上生物量比最高。与对照处理相比,泥沙淤积促进了更多的短根(<10 cm)、长根茎(≥1 cm)和游击型克隆分株的形成,长根茎的长度随淤积速率的增加而增加。高淤积速率下的长根茎数量较低,但其根长最长,表明其克隆生长策略由密集型向游击型转变。由此可见,短尖薹草种群可通过对密度、生物量分配、根系长度和克隆生长策略的调节,有效地应对不同泥沙淤积速率的影响。

黄河三角洲湿地水生植物组成及生态位

通过大范围的野外调查和室内测定,运用Levins及Pianka公式,对近代黄河三角洲湿地水生植物的构成及主要物种的生态位进行了研究。结果表明:调查样方内共有水生植物34种,隶属于16科26属;各调查区域间物种组成和群落类型具有一定的差异性。区域形成的年份越久,其物种数和群落类型就越丰富;挺水植物中以芦苇的生态位宽度最大,为0.905,藨草的最低,为0.127;沉水植物中轮藻、穗花狐尾藻、川蔓藻及小茨藻的生态位宽度较大,分别为0.783、0.673、0.669和0.640,金鱼藻的最低,仅为0.100。龙须眼子菜、大茨藻和苦草间,马来眼子菜和菹草间生态位重叠值较大,说明这几种植物具有相似的环境适应能力。物种的生态位宽度与该物种的分布范围及耐盐区间的大小存在显著的相关性,由此可以断定土壤和水体盐度是导致黄河三角洲湿地水生植物生态位分化的关键因子。

洞庭湖不同水位高程下南荻(Triarrhena lutarioriparia)种群分布格局及生长动态

通过野外不同水位高程固定样地多次调查,结合方差/均值比率法研究了不同水位高程下洞庭湖湿地南荻(Triarrhena lutarioriparia)种群分布格局及生长动态.结果表明:(1)低程区土壤含水量显著高于高程区;低程区土壤颗粒组成与高程区相比有显著差异,低程区土壤为黏砂壤土,高程区为粉砂土;低程区土壤总有机碳、全氮、铵态氮和pH值等与高程区相比无显著差异,而其硝态氮、有效磷、全钾和速效钾含量低于高程区,全磷含量却恰好相反.(2)调查期间,南荻的分布格局随着植物的生长由均匀分布逐渐变为聚集分布,低程区聚集强度更大;(3)南荻的生物量和高度均随时间增长而迅速增加,且低程区的总生物量和增长量均高于高程区;南荻的密度和基径随时间增长而增加,之后趋于平稳,且低程区均高于高程区.结果分析表明,水位高程差异引起的土壤含水量的显著变化可能是影响南荻分布格局和生长动态最重要的因素.因此,适度地调控水位、增加土壤水分含量可能是控制南荻群落扩张的重要措施.

洞庭湖荻－苔草群落交错带植被动态及影响因子--以北洲子洲滩为例

近年来,受全球变化及高强度人类活动的影响,洞庭湖湿地群落分布带不断下移,引发了人们对其湿地服务功能下降的担忧.以洞庭湖北洲子洲滩为例,采用野外样带调查和室内分析相结合的方法,对洞庭湖湿地荻-苔草群落交错带植被和环境特征进行研究,以期揭示荻-苔草群落交错带动态变化和影响其变化的关键环境因子.结果表明:土壤含水量随高程增加呈逐渐降低的趋势,土壤总碳、总氮、总磷含量和p H值在样带间差异显著,但土壤电导率和总钾含量在样带间无显著差异.各样带物种丰富度和香农指数随高程增加整体上呈先降低再增加的趋势.荻生物量随高程增加呈逐渐增加的趋势,而苔草生物量呈先增加后减少的趋势.典型相关分析表明,土壤含水量与二者生物量及群落丰富度、多样性间具有很好的相关性,表明土壤含水量是调控该群落交错带植被动态变化的关键环境因子.

洞庭湖湿地植被组成及区系成分分析

以2007-2009年的野外调查资料为依据,对洞庭湖湿地植物的组成及区系成分进行了初步研究。结果表明:(1)洞庭湖湿地共有种子植物229种,隶属于58科150属。其中草本植物占的比例高达97.9%,木本植物匮乏;(2)单种科属较多,单种科共计34科,占总科数的54.0%,单种属共计118个属,占总属的76.1%;(3)科级区系成分中,泛热带分布和北温带分布占的比例较大,属级区系成分中,温带分布属共计59属,占的比例最大,说明洞庭湖植物地理成分明显具有温带性质。

澧水水沙变化特征及成因分析

以澧水控制站石门站和津市站多年长系列水文数据为基础,运用M-K趋势检验、小波分析和双累积曲线法等,分析了澧水水沙变化特性及其成因.结果表明：1960～2007年澧水石门站和津市站的年径流量呈波动状态,无显著上升下降趋势,在9a尺度上有较显著的丰枯周期;月径流量表现为1月、2月有明显增加的趋势,发生突变的时间为1998年,4月、10月有所减少,突变时间为2004年,其他月份无明显变化;年输沙量总体呈波动下降趋势,突变时间为1998年.进一步分析表明,径流量主要受降水量的调节,人为活动特别是水库建设是年内径流分配变化的主要原因,而输沙量则受到径流量、大型水库和水土保持工程的综合影响.

湿地植物水蓼(Polygonum hydropiper L.)对镉的富集特征及生理响应

以人工湿地修复镉污染水体时,植物在镉离子的沉淀、吸收和积累等过程中起着关键作用,但当前报道的镉富集植物种类较少,湿地植物对镉胁迫的生长及生理响应缺乏系统研究,限制了湿地植物在镉污染水体修复中的应用。笔者以常见湿地植物水蓼(Polygonum hydropiper L.)为对象,设置了4个镉处理浓度(0、0.5、1和2 mg·L^-1),研究了水蓼对镉的富集特征以及生长和生理响应。水蓼根、茎和叶的镉含量(以干重计)随镉处理浓度的增加而升高,处理30 d时,在2 mg·L^-1处理下分别达到134、47和48 mg·kg^-1。处理30 d时,在1 mg·L^-1的镉处理下,水蓼的地上部及地下部富集系数和转运系数最高,地上部和地下部富集系数分别为45.6和111.7,转运系数为0.41。在处理15 d时,水蓼生物量、叶绿素含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性在2 mg·L^-1处理下显著降低。在处理30 d时,水蓼的总生物量在不同镉浓度下无显著差异,但丙二醛(MDA)含量、SOD和过氧化氢酶(CAT)活性在0.5~2 mg·L^-1镉处理下均显著升高,叶绿素含量下降。这些结果表明,水蓼可以通过提高抗氧化酶活性等机理抵抗镉胁迫产生的氧化伤害,并且水蓼对镉的富集和转运系数较高,具有在镉污染水体修复中应用的潜力。

洞庭湖湿地洪水期甲烷扩散和气泡排放通量估算及水环境影响分析

水体甲烷(CH4)主要通过气泡和扩散传输排放到大气,这两种途径在CH4总排放中的相对贡献及环境影响因子目前关注较少.本文以洞庭湖湿地3种生境类型(光滩、苔草、芦苇)为研究对象,通过静态箱法和扩散模型法估算洪水期CH4总排放通量、扩散排放通量和气泡排放通量,并分析其水体环境因子影响.结果表明:苔草地CH4总排放量最高,为6.49±3.12 mg (C)/(m^2·h).在3个生境中,CH4扩散排放占总排放通量的1.34%~3.91%,气泡排放占96.09%~98.66%.扩散排放通量受水体pH、电导率和水温的影响,而CH4的总排放和气泡排放主要受水温的影响.当水温低于11.7℃时,水体CH4以扩散排放为主,但当水温高于11.7℃时,水体CH4主要通过气泡排放.但这一温度阈值是否同样适用于其他类型湿地还需要更多实验验证.本研究对于揭示中低纬度内陆湖泊水体CH4排放过程有重要意义.

2000-2020年中国陆地生态系统年总初级生产力数据集

陆地生态系统年总初级生产力(AGPP)是粮食生产和陆地生态系统固碳的基础。分析AGPP的时空变化可以为保障区域粮食安全和减缓气候变化趋势提供理论依据,但需以准确评估区域AGPP为基础。基于ChinaFLUX的长期联网观测数据和公开的数据集,本研究构建了中国陆地生态系统AGPP数据集,并结合生物、气候和土壤因素,利用随机森林回归树通过模拟单位叶面积的AGPP构建了中国AGPP评估模型,生成了2000–2020年中国陆地生态系统AGPP数据,空间分辨率为30arcsecond,数据格式为tiff。本数据可以为模型模拟提供验证数据,也可以为区域生产力、生态质量、陆地碳汇评估及管理提供数据支撑。

2014-2016年洞庭湖湿地南荻生态系统二氧化碳通量观测数据集

湖泊是陆地碳循环的活跃通道,具有可观的固碳潜力。洞庭湖作为我国第二大淡水湖泊,每年的水位波动变幅巨大(12–14 m),独特的水文情势对于洞庭湖碳水循环过程、控制机理及其环境变化影响的研究具有重大挑战和意义。南荻(Miscanthus sacchariflorus)在洞庭湖分布广泛,属多年生高大竹状草本植物,根状茎发达,固碳潜力大。本研究以洞庭湖南荻生态系统为研究对象,采用涡动相关(EC)系统,开展南荻生态系统碳通量长期定位观测。湖南洞庭湖湖泊湿地生态系统国家野外科学观测研究站(简称洞庭湖国家站)作为我国重要的通江湖泊湿地生态系统研究站,基于中国通量观测研究网络(ChinaFLUX)数据处理体系,整理了2014年6月到2016年12月洞庭湖南荻生态系统通量和常规气象数据,包括生态系统净碳交换量、生态系统呼吸、生态系统碳交换总量、潜热通量、显热通量、空气温度、空气相对湿度、水汽压、净辐射和土壤温度等指标,分为半小时、日、月和年4种时间尺度的数据文件。可为开展南荻生态系统碳水热时空动态的科学认知、物质和能量循环、全球固碳潜力的估算以及全球气候变化的响应与适应提供有力的数据基础。

东洞庭湖湿地景观格局演变及稳定性研究

东洞庭湖是国际上重要的湿地生态系统,在人类活动干扰强烈的背景下,研究湿地对人类活动干扰的响应具有重大意义。在遥感和GIS技术支持下,利用2015—2020年遥感影像获取6期东洞庭湖湿地景观覆盖类型数据,应用景观转移矩阵、景观格局和景观稳定性模型等方法定量分析洞庭湖“专项整治行动”前后东洞庭湖湿地的景观动态特征和稳定性。结果表明:从2015—2020年间,芦苇和湖草地是优势景观,水域和泥滩地构成湿地景观的自然廊道;湖草地和林地面积减少,芦苇地面积增加;东洞庭湖湿地景观格局变化总体呈“U”型变化特征,最大斑块指数、面积加权平均形状指数、斑块密度等景观格局指数呈现先增加后减小趋势;景观稳定性指数呈现出先剧烈下降后趋于平衡的状态,表明该湿地景观经历了由非平衡态到“准”平衡态的过程。以上结果综合反映了“专项整治行动”实施后,东洞庭湖湿地生态系统的恶化趋势得到遏止,并在景观格局总体上呈好转的趋势。本研究为洞庭湖湿地的管理、规划与行动提供了科学依据。

湖南绥宁花园阁国家湿地公园生态系统服务价值评价

国家湿地公园是当前我国湿地保护体系的重要组成部分,开展以湿地公园为主体的生态系统服务价值货币量化评估,对于促进人类社会对国家湿地公园生态系统服务价值认知,提升国家湿地公园的建设和管理水平具有重要作用。本研究以湖南绥宁花园阁国家湿地公园为研究对象,运用市场价值法和替代法等方法,以2017年为基准年,评价了花园阁国家湿地公园生态服务价值。结果表明:花园阁国家湿地公园生态系统服务价值为46743.61万元·a-1,占2017年绥宁县农林渔牧业总产值的15.22%,体现出国家湿地公园在地方经济发展中的重要地位。花园阁国家湿地公园生态系统服务价值由高至低依次为文化服务、供给服务、调节服务和支持服务,其价值分别为34819.3、6841.95、3908.87、435.58万元·a-1,其文化服务价值占花园阁国家湿地公园总价值的74.68%,表明花园阁国家湿地公园的建设在湿地文化和民族文化保存中的重要作用。未来应加强国家湿地公园生态系统服务价值的动态评估,在湿地公园管理方面建议进一步保护和修复湿地特色文化、加强部门间的联合、增加科研投入,最终提升湿地公园科学管理水平。

水流扰动对苦草、水盾草的生长和无性繁殖的影响

沉水植物是水生生态平衡的重要调控者,水动力是影响水体理化性质及水生植物生长状况的重要环境因素。本实验研究了水流扰动对两种沉水植物苦草(Vallisneria natans)和水盾草(Cabomba caroliniana)生长和无性繁殖的影响。研究结果表明,水流扰动条件下,水体的浊度显著增大;在水流扰动条件下,种植苦草的水体中溶解氧质量浓度为7.2~13.5 mg/L,显著大于种植水盾草的水体;相较于静置组,水流扰动显著增大了苦草母株根的生物量[(19.2±0.9)g]和相对生长速率(0.5±0.1);在静置条件下,水盾草的母株株高[(20.5±0.4)cm]、根长[(17.0±2.0)cm]、地上部分生物量[(11.1±0.1)g]、根生物量[(7.3±0.1)g]和相对生长速率(0.2±0.1)显著大于水流扰动条件;在水流扰动条件下,苦草分株株高[(38.9±1.2)cm]显著增大,而静置条件下水盾草的分株数[(3.0±0.1)株]、地上部分生物量[(11.8±0.3)g]、株高[(10.0±0.5)cm]显著大于水流扰动条件;相较于本土植物苦草,水流扰动对外来入侵植物水盾草的生长和无性繁殖带来显著不利影响,静水环境有利于水盾草生长。

洞庭湖流域湿地生态修复技术与模式

洞庭湖流域包含众多河流、沼泽、湖泊以及人工湿地生态系统,在涵养水源、调蓄洪水、生物多样性保育等方面具有巨大的生态服务价值。然而,由于长期以来的人为干扰,洞庭湖流域湿地退化严重,针对洞庭湖流域不同类型湿地开展生态修复已成为当前国家生态文明建设和长江经济带建设的重大需求。本文从洞庭湖流域的湿地概况、退化现状和原因出发,总结了洞庭湖流域湿地生态修复的关键技术,包括水环境修复技术、水文修复技术、生境修复技术、生物修复技术和土壤修复技术;提出了洞庭湖流域湿地生态修复的一般修复模式,即环境评价——目标制定——规划编制——修复实施——管理维护——反馈调节,最终形成持续稳定、健康的湿地生态系统。最后,通过洞庭湖流域四种典型湿地类型(湖泊湿地、河流湿地、沼泽湿地和人工湿地)的生态修复案例分析,提出了对应的生态修复模式。未来应从不同类型湿地的退化过程及机理、流域尺度下的湿地生态修复、小微湿地建设、生态修复后的生态监测与适应性管理等方面加强研究。

植物芽库的研究进展

芽库即所有潜在的能进行营养繁殖的芽的集合。芽库和种子库一同构成了植物的繁殖库,在植被的维持和更新中占据着重要地位。根据最新研究进展,从以下几方面归纳了芽库的研究概况:1)芽库与种子库的区别与联系;2)芽库的分类;3)环境因子对芽库建成和动态的影响;4)模型(如矩阵模型、三角函数、马尔可夫(Markov)模型等)在芽库研究中的应用;5)芽库与地上植被的关系。将来应加强不同生态系统的芽库研究、芽库和种子库对地上植被更新的相对贡献以及芽库在植被恢复和重建中的应用。

基于DPSIR模型的湖南省生态安全评价及安全格局分析

运用驱动力—压力—状态—影响—响应(DPSIR)模型,通过构建湖南省生态安全指标评价体系,系统研究了1989-2012年间湖南省各区域生态安全状况,探讨诱发其变化的各种因子及其相互作用机制。结果表明,湖南省生态安全状况整体呈现从安全状态降为轻度预警状态的趋势,生态安全指数由0.550降至0.420,其中驱动力指数由0.140降至0.052,压力指数由0.204降至0.007,状态指数由0.092降至0.044,影响指数由0.074上升至0.220,响应指数由0.057上升至0.098。就安全格局而言,处于轻度预警状态的城市比例增大,13个城市中处于轻度预警状态的城市达9个,湘中、湘南与湘西地区生态安全度要高于长株潭地区与湘北平原湖区。生态安全状况的变化是自然与人为因素双重作用的结果,城市扩张、工农业污染、自然灾害及对资源不合理的开发是影响湖南省生态安全的关键性因素。因此,针对当前生态安全现状,从城市规划,耕地保护,经济结构调整和矿山管理4个方面提出了提升该区域生态安全的对策。

洞庭湖湿地的外来入侵植物研究

2007-2011年间通过对洞庭湖湿地大面积实地踏察,对外来植物的种类、分布、来源、生活型、入侵生境、引入途径以及危害程度进行了统计分析。研究表明,该湿地有外来入侵植物19科34属43种,以菊科和苋科植物最常见,分别有7种和6种。危害较大的有美洲杨树(Populus deltoides)、意大利杨(Populus euramevicana)、空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)、野胡萝卜(Daucus carota)、积雪草(Centella asiatica)、凤眼莲(Eichhornia crassipes)、垂序商陆(Phytolacca Americana)、五叶地锦(PhytolaccaAmericana)和大薸(Pistia stratiotes)等。外来入侵植物以草本植物为主,占总数的86%。入侵种主要分布于防洪大堤及路边,占总数的62.8%。外来入侵种主要来源于美洲,占55.8%。入侵途径主要是通过人类有意(48.8%)或无意引入(37.2%)。

三峡工程运行对洞庭湖湿地植被格局的影响及调控机制

湿地植被格局是湿地生态学研究的主要内容之一。湿地植被格局的变化是湿地植物生物学特性与外部环境变化共同作用的结果。洞庭湖湿地作为我国长江中下游典型通江湖泊湿地,具有重要的生态服务功能。三峡工程运行后,洞庭湖湿地水文情势变化明显,进而影响湿地植被格局。本文通过文献梳理,系统总结了三峡工程运行后洞庭湖湿地植被格局的演变规律,同时对驱动湿地植被演变的水文成因及湿地植物生物学机制进行了归纳。研究发现三峡工程运行后,洞庭湖不同植被类型面积发生明显变化,具体表现为湖草群落面积呈下降趋势,芦苇(荻)和林地群落的总面积呈上升趋势。湿地植被格局的变化是水位、淹水时间、泥沙淤积等多种水文情势综合作用的结果,而湿地植物还可以通过繁殖对策、生态生理、种内种间关系变化等多个生物学策略来适应变化的外部环境,进而维持植被格局的稳定性。最后以杨树种植和冬候鸟多样性变化为案例,分析了洞庭湖湿地植被格局变化的生态学效应,以期为洞庭湖湿地的保护及退化湿地的恢复提供一定理论依据。

洞庭湖湿地土壤持水能力及其影响因素研究

土壤持水能力是反映土壤调节水文和供给植物耗水的重要指标,受土壤有机质、容重、机械组成和植物地下生物量的直接或间接影响。与森林和农田生态系统相比,湿地土壤持水能力关注较少。于2010年12月,对洞庭湖湿地3种主要植被（苔草、芦苇和杨树）土壤持水能力、土壤理化性质和地下生物量进行了调查,并采用主成分分析对影响土壤持水能力的主要环境因子进行了分析。结果表明：除非毛管孔隙度外,3种植被上层土壤的总孔隙度、毛管孔隙度、田间持水量和含水量差异显著,均为苔草〉芦苇=杨树,而中、下层无显著差异。沙粒为苔草≥杨树≥芦苇,而粗粉粒、细粉粒和粘粒均为杨树≥芦苇≥苔草;容重为杨树≥芦苇〉苔草,有机质为苔草=芦苇〉杨树。各级别生物量在植被类型大小顺序不一：总地下生物量、0-1mm和〉5mm径级地下生物量均以芦苇最大,而1-5mm径级地下生物量则以苔草最大。主成分分析表明,上层土壤,容重、有机质和1-5mm径级地下生物量是影响其持水能力的主要因素,而中层土壤和下层土壤,环境因子对土壤持水能力的影响很小。此研究对于洞庭湖生物多样性保护和湿地管理政策的制定具有重要意义。