水生植物在水体污染修复中应用研究进展

随着我国经济飞速发展、工业和城市化步伐加快、人口迅速增长,我们所面临的各类环境污染问题日益突出,水污染问题也是重中之重。水生植物在水体污染修复中发挥重要作用,具有成本低、环境友好、处理效果好等优点。通过查阅相关研究文献,本文介绍了植物选择原则、污染物净化机理,总结了水生植物对水体氮磷、重金属、有机物污染修复的研究进展,未来在水生植物资源回收、净化污染物种类和水生植物组合等方面还需要进一步深入的研究,以期为植物在水体污染修复推广应用中提供科学依据。

三江平原湿地小叶章功能性状对氮添加的响应

小叶章(Deyeuxiaangustifolia)为三江平原典型沼泽化湿地优势植物,通过野外原位控制试验,研究该物种对氮添加水平和氮素形态的适应性及响应规律,为预测大气氮沉降通量增加及氮素形态变化后湿地植被变化提供科学依据。试验设置3种氮素形态(硝态氮、铵态氮、有机态氮)、3种氮添加水平[4、8、12 g·(m^(2)·a)^(-1)],以及1个对照(不添加氮素),共10个处理,分析各处理间小叶章功能性状的差异。结果表明:在硝态氮与铵态氮作用下,小叶章的基径、节间长、叶片数、地上生物量及茎、叶生物量均随施氮量的增加而增大,中、高氮水平下,铵态氮更侧重于促进小叶章的茎生长,硝态氮对小叶章的叶生长影响显著,有机态氮显著影响小叶章分枝数、叶片数量(P<0.05)。节间数、分枝数、叶片数和生物量随无机态氮添加量增加而增大,有机态氮则趋势相反。施氮后,小叶章叶生物量占比升高。研究结果表明:小叶章对有机态氮的耐受范围小,对无机态氮的耐受范围大。施氮能促进三江平原小叶章的生长和生物量积累,增加叶生物量比重,降低茎和穗生物量比重。

不同培养基及贮藏条件对山梅花属植物花粉生活力的影响

以欧洲山梅花(Philadelphus coronaries Aureus)、庆典山梅花(Philadelphus‘Galahad’)、东北山梅花(P.schrenkii Rupr.)、京山梅花(P.pekinensis Rupr.)4个山梅花植物为试材,采用正交试验方法对影响花粉生活力的3个因素(蔗糖、硼酸和培养温度)进行优化试验。结果表明:4种山梅花的花粉萌发率在种间存在差异。欧洲山梅花和庆典山梅花花粉萌发率低于京山梅花和东北山梅花。3个因素对东北山梅花花粉萌发率的影响,从大到小的顺序为硼酸、蔗糖、培养温;3个因素对其余3种山梅花花粉萌发率的影响,从大到小的顺序为蔗糖、硼酸、培养温度;培养温度在20～30℃范围内,对花粉萌发率影响不显著。依据正交试验不同组合的花粉萌发率,确定4种山梅花的最佳花粉萌发条件。在此基础上,在3种不同贮藏温度下(常温(20℃)、冷藏(3℃)和冷冻(-23℃)),对花粉生命力进行单因素对比试验,结果表明:3℃低温冷藏为4种山梅花花粉贮藏的最佳贮藏温度。

阿什河流域河岸植被缓冲带宽度规划

阿什河是松花江的一级支流。近年来,由于人类活动导致其河岸植被缓冲带受到严重破坏,净化功能减弱或丧失,严重影响了流域的生态安全。因此,本文针对阿什河流域岸边植被缓冲带现状,建立缓冲带空间数据库,在GIS技术支持下,结合时间模型计算河岸植被缓冲带可变宽度。结果表明,阿什河流域河岸植被缓冲带最窄区域5m,最宽区域41m,宽度主要分布在5m-8m。阿什河流域还需划定2.21km的河岸带区域作为其河岸植被缓冲带。

湿地生态系统土地利用/覆被变化(LUCC)环境效应研究进展

土地利用/覆被变化(LUCC)是全球环境变化的主要因素和驱动力,其产生的环境问题引发了全社会的广泛关注。湿地作为全球三大生态系统之一,长期以来一直是人类开发利用的对象。在人类活动的干扰下,湿地的土地利用方式以及土地覆被发生变化,湿地生态系统功能受到巨大而深远的影响。本研究总结了国内外湿地土地利用现状,从土壤、大气、水、生物多样性和景观等方面总结了湿地生态系统LUCC环境效应的主要研究成果,分析了当前研究中存在的问题,并对今后的研究趋势进行了展望。

黑龙江省哈大高速公路中央分隔带绿化树种调查与选择

对哈尔滨至大庆间高速公路现有景观绿化植物种类及中央分隔带立地条件进行实地调查与分析。该路段景观绿化植物6种,其中常绿乔木2种,花灌木4种,植物种类单调,彩化树种缺乏。中央分隔带土层薄,呈中性或偏酸性,土壤速效氮、速效钾和速效磷含量低,土质较差。根据植物的生态学特性及路段的现有条件,结合高速公路绿化要求的特殊性,探讨哈大高速公路中央分隔带绿化树种的选择,为黑龙江省高速公路景观绿化植物的选择、设计、施工和更新改造提供科学依据。

紫椴基因组DNA提取方法及提取部位的比较研究

采用4种方法对紫椴基因组DNA进行提取,结果表明采用改良CTAB法能够获得高质量的紫椴基因组DNA。对紫椴水培嫩叶、枝条韧皮部、成熟叶片及芽进行基因组DNA提取,发现在不能够得到幼嫩叶片的情况下,采用枝条韧皮部提取DNA要比成熟叶片更能获得较高质量的DNA,也能够满足不同季节的需要。

三江平原地区农业活动对相邻湿地的干扰范围

农业活动作为三江平原湿地的主要干扰方式,通过施肥、排水等对相邻湿地生态系统结构和功能产生影响。以物种多样性指数为依据,分析农业活动对相邻湿地的干扰范围。研究结果表明,相邻湿地内物种多样性沿农田边缘至湿地中心方向呈先降低后增加的趋势,在40～44 m时,多样性指数趋于稳定。α多样性指数半方差值随间隔距离的变化符合球状理论模型变化趋势,农业活动对相邻湿地的干扰范围为21～33 m。

基于Cite Space的小叶章知识图谱分析

小叶章是东北地区典型草甸、沼泽化草甸的建群植物和优势植物,沼泽植被中的优势种、亚优势种或重要的伴生种。从不同层面开展小叶章研究对揭示东北地区湿地生态系统结构和功能、促进湿地保护与恢复具有重要意义。采用CiteSpace可视化文献分析软件对1950-2018年CNKI总库中的536篇文献进行可视化分析,得出小叶章研究动态、作者群以及主要研究机构的知识结构图谱。研究结果表明:(1)小叶章的研究始于1965年,其研究主要集中在三江平原地区,围绕物种多样性、氮沉降、凋落物、土壤微生物、干扰强度等方面展开。(2)小叶章的研究主要形成了四个研究学者群,刘景双、宋长春、吕宪国、倪红伟、孙志高等是主要作者。(3)中国科学院东北地理与农业生态研究所和黑龙江省科学院自然与生态研究所是主要的研究机构,并对小叶章的研究与发展做出了突出贡献。(4)《黑龙江畜牧兽医》是小叶章相关研究刊载论文数量最多的期刊,《生态学报》和《环境科学》是刊载小叶章研究论文重要的核心期刊。

紫椴ISSR-PCR反应体系的建立与优化

分别采用单因子试验和正交设计2种方法对影响紫椴ISSR-PCR反应体系的4个因素(Taq酶,Mg2+,dNTP,引物)在3个水平上进行优化试验。正交设计选用L9(34)方案,采用直观分析法获得影响因素最佳反应水平。单因子试验分别研究各因素对ISSR-PCR反应的影响情况,找出最佳反应水平。2种方法所得影响因素最佳水平存在差异,通过综合比较与分析,最终建立了紫椴ISSR-PCR的最佳反应体系:在20μL的反应体系中,Taq酶1·0U,Mg2+2·0mmol·L-1,dNTP0·20mmol·L-1,引物0·4μmol·L-1,1×PCRbuffer,30ng模板DNA。在此基础上筛选出14个扩增稳定、多态性丰富的ISSR引物,并通过梯度PCR试验,确定引物最佳退火温度。

三江平原湿地小叶章群落沿土壤水分梯度物种组成及多样性变化

水分是影响湿地生态系统植物多样性的重要因素之一。以三江平原湿地小叶章群落为对象,研究了沿土壤水分梯度的典型草甸、沼泽化草甸和沼泽3种生境中群落物种组成及多样性特征。结果表明,3种生境均以小叶章占优势,但是伴生物种组成分化明显,其中,典型草甸指示种为二歧银莲花和垂梗繁缕,沼泽化草甸指示种为灰脉苔草和五脉山黧豆,沼泽指示种为漂筏苔草和毛果苔草;非度量多维尺度分析结果表明,草甸的物种组成差异更大,而沼泽和沼泽化草甸的物种组成差异较小。随土壤水分含量增加,小叶章的优势度逐渐降低,群落物种丰富度和Simpson优势度均呈逐渐降低的趋势,而Shannon-Wiener多样性与Pielou均匀度均呈逐渐上升的趋势;群落相似性系数(CJ、CS)呈现逐渐升高的趋势,二者的最大值分别出现在沼泽化草甸和沼泽,最小值分别出现在典型草甸和和沼泽化草甸,而Cody指数的变化格局呈现渐低的趋势,群落间共有物种数逐渐减少,物种替代速率降低。研究认为,三江平原小叶章湿地植物群落物种组成、Pielou均匀度、Simpson优势度和Shannon-Wiener多样性的变化格局与水分密切相关,β多样性的格局与水分联系紧密,物种丰富度的变化格局与水分无相关性,可能与物种自身的生物学特性以及其它环境因子有关,尚需进一步探讨。

阿什河流域10种水生植物对水质氮磷的净化能力比较

阿什河是松花江重要的一级支流,水环境污染问题最为突出.针对阿什河流域氮磷污染严重、水质恶化、生物多样性低等问题,选取千屈菜(Lythrum salicaria)、菖蒲(Acorus calamus)、泽泻(Alisma plantago-aquatica)、慈姑(Sagittaria trifolia)、芦苇(Phragmites australis)、菰(Zizania latifolia)、显脉苔草(Carex kirganica)、水葱(Scirpus validus)、狭叶香蒲(Typha angustifolia)、香蒲(Typha orientalis)10种阿什河流域常见植物作为研究对象,在室内静水条件下对其氮磷富集和水质净化的能力进行比较研究.结果表明:(1)不同植物净增生物量之间具有显著差异(P<0.05),生物量的变化范围为492.71~939.19 g/m2,其中净增生物量最高的泽泻是最低的慈姑的1.91倍.(2)不同植物的植株茎叶部和根部的氮、磷含量也具有一定的差异,茎叶部TN含量(以质量分数计)为3.46~19.55 mg/g,TP含量为1.34~4.77 mg/g;根部TN含量为3.88~13.59 mg/g,TP含量为1.16~7.59 mg/g;TN、TP在茎叶部的富集能力均大于根部,有效刈割是彻底去除污染物的有效手段.(3)在水体中TN、TP浓度(以质量浓度计)为2.08~3.03、0.56~0.77 mg/L时,不同植物对水质的净化能力也存在一定的差异,不同植物对TN、TP的去除率为64.96%~86.03%、64.64%~85.12%.(4)不同植物TN、TP富集贡献率范围分别为50.24%~80.71%、54.85%~93.44%.研究显示,植物净增生物量湿质量、干质量均与TP富集率相关性较高,可以作为植物筛选的一个重要的参考因素;水葱、芦苇、菰和千屈菜可作为阿什河流域生态修复的备选植物.

冻融作用对三江平原湿地土壤活性有机碳及酶活性的影响

为了研究冻融作用对不同类型土壤活性有机碳组分及酶活性的影响,选取三江平原未受干扰小叶章湿地(UDAW),干扰小叶章湿地(DDAW)和水稻田(RP)土壤(0—10 cm,10—20 cm和20—30 cm)进行室内冻融模拟实验。实验设置(-10—10℃)和(-5—5℃)两个冻融幅度。将经过3次、6次、10次和15次冻融循环处理后的土壤活性有机碳和酶活性分别与未经过冻融处理的FTC(0)对比。结果表明:冻融循环增加了3种湿地土壤可溶性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)浓度。随着活动层深度的增加,同一类型土壤DOC增量降低,不同类型土壤DOC增量为UDAW最高,其次是DDAW,RP增量最低。与此相反,冻融循环均降低了土壤微生物量碳(Microbial Biomass Carbon,MBC)浓度和纤维素酶、蔗糖酶和淀粉酶的活性。随着土壤深度的增加,冻融循环对MBC和3种酶活性的影响逐渐减弱,不同类型间MBC浓度和3种酶活性降低幅度为UDAW高于DDAW,RP降低幅度最小。冻融幅度对DOC浓度的影响为-5—5℃大于-10—10℃,而对MBC浓度和3种酶活性的影响则是-10—10℃大于-5—5℃。冻融次数显著影响土壤活性有机碳组分(DOC与MBC)及3种酶活性(P<0.05)。随着冻融次数的增加,DOC浓度先升高后降低,MBC浓度和3种酶活性则先降低后升高。此外,UDAW和DDAW土壤活性有机碳组分和土壤酶活性显著正相关(P<0.01),暗示DOC浓度的增加,MBC起着重要作用。而在RP土壤中,二者的相关性降低,或许与人类的强烈干扰有关。

模拟氮沉降对三江平原小叶章湿地土壤微生物功能多样性的影响

采用Biolog-Eco方法分析了模拟氮沉降对三江平原小叶章(Calamagrostis angustifolia)湿地土壤微生物碳源利用的影响。结果表明:不同氮沉降处理间土壤微生物功能多样性差异显著,AWCD值随培养时间延长而增加。土壤微生物对6大类碳源利用强度存在差异,各处理间土壤微生物对氨基酸类碳源利用率最高,为优势碳源;不同处理间土壤微生物在碳源利用上有明显的空间分异,土壤微生物功能多样性的差异主要体现在对羧酸类、酚酸类和胺类碳源的利用上,其中胺类尤为突出;此外,对不同施氮处理土壤微生物群落功能多样性与土壤理化因子相关分析表明,全氮、铵态氮、全磷会对小叶章湿地土壤微生物组成和功能活性产生显著影响。以上结果表明增加氮沉降改变了土壤微生物功能多样性。

三江平原地区土壤有机碳及其组分的空间分布特征

以三江平原地区为研究对象，基于网格法取样，用经典统计学和地统计学综合分析了土壤有机碳及其组分的空间变异特征。结果表明：土壤有机碳（TOC）、颗粒有机碳（POM-C）、轻组有机碳（LFOC）、溶解性有机碳（DOC）和微生物量碳（SMBC）的平均质量分数分别为28.1748、4.9446、2.4764 g·kg-1，367.92和372.03 mg·kg-1。土壤有机碳及其组分具有较高的空间异质性，变异系数在32.18%~113.55%之间；有机碳各组分的最佳拟合模型均为指数模型，RSS值均很小，拟合程度均很高；TOC、SOCS、POM-C、LFOC 含量的空间分布受着空间因素的强烈作用，SMBC 空间异质性只受随机因素的影响。TOC、SOCS和POM-C的变程较大，SMBC的变程只有0.60 km。三江平原地区土壤有机碳及其组分存在明显的空间变异。研究区域内，TOC、SOCS、POM-C空间分布格局相似，由西南向东北方向增加，高值区域出现在抚远县以及饶河县和宝清县交界处；LFOC和DOC整体的空间分布格局为中间低四周高。

2001-2005年黑龙江省生态足迹动态分析

运用生态足迹模型,对黑龙江生态省建设第一阶段(2001—2005年)的生态足迹进行了时间序列的测度,将黑龙江省资源利用的动态特性融入到生态足迹模型中,在此基础上分析了黑龙江省的可持续发展状态。结果表明:2001—2005年黑龙江省的人均生态足迹呈整体上升趋势,由2.2467hm2·人-1攀升到3.0084hm2·人-1,增长近1.34倍。其中,草地和能源生态足迹对黑龙江省人均生态足迹贡献最大,生态足迹的供需结构具有明显的不对称性。2001—2005年黑龙江省人均生态承载力变化不大,整体呈下降趋势。5a间黑龙江省均表现为生态赤字,且随着人均生态足迹的不断增大,生态赤字逐渐加大,黑龙江省处于不可持续发展状态。2001—2005年黑龙江总GDP的生态足迹一直呈现下降趋势,表明资源利用效率得到了较大提高,一定程度上缓解了资源消耗增大对环境造成的压力。总体上,黑龙江省可持续发展状况不容乐观,并在此基础上提出了黑龙江省未来可持续发展的有效途径。

应用PLFA技术分析氮沉降对三江平原小叶章湿地土壤微生物群落结构的影响

为了研究氮沉降对三江湿地土壤微生物群落结构的影响,利用磷脂脂肪酸技术（PLFA）对三江平原小叶章湿地土壤微生物多样性进行了分析。2010年5月,在黑龙江省科学院自然与生态研究所三江平原湿地生态定位研究站内的小叶章湿地中建立模拟氮沉降试验平台,设置3个氮沉降浓度梯度：N1（0 g N·m-2a-1）、N2（4 g N·m-2a-1）、N3（8 g N·m-2a-1）,于2014年6月用土钻进行土壤样品采集。结果表明：本研究共检测到PLFAs 75种,其中特征脂肪酸29种。不同氮沉降处理下,真菌群落的生物量较高,土壤微生物生物量的总量介于30~33nmol·g-1。氮沉降增加对真菌群落数量的影响比较显著（P〈0.05）,但是对细菌和放线菌影响并不显著。低氮时土壤微生物的数量最多,对照最低;高氮时土壤微生物群落的多样性值和丰度值最高。根据典型性相关分析,得出铵态氮和硝态氮对土壤中真菌含量影响较为显著。通过本研究可以得出,施氮增加了土壤微生物总量。铵态氮和硝态氮是影响土壤微生物数量的主要因子,低氮增加了土壤微生物多样性,高氮则产生抑制作用。

不同地理分布区紫椴种群的遗传多样性变化

该文运用ISSR分子标记技术,研究不同纬度、不同海拔紫椴(Tilia amurensis)天然种群的遗传多样性变化规律,探讨紫椴种群的濒危机制,为紫椴遗传资源的有效保护和合理利用提供理论依据。14个ISSR引物扩增结果显示:紫椴种群多态位点百分率(P)为93.85%,基因多样性指数(H)和Shannon多样性指数(I)分别为0.2433和0.3803。不同纬度紫椴种群的遗传多样性由高到低依次为:CBS种群>BL种群>NA种群>LS种群>FHS种群>DYS种群;不同海拔紫椴种群的遗传多样性由高到低依次为:H1种群>H2种群>H3种群>H4种群>H6种群>H5种群。紫椴种群的遗传多样性没有随纬度的升高而呈现规律性的变化,但随海拔的升高呈现遗传多样性逐渐降低的趋势。用AMOVA进行分子方差分析表明,紫椴种群间遗传分化较大,遗传变异主要来自种群内部。紫椴种群间遗传距离与地理距离没有相关性,但随着海拔的逐渐增高种群间遗传距离增大。该研究结果揭示,紫椴种群具有较高的遗传多样性,遗传多样性不是导致其种群濒危的主要原因,导致其濒危的主要原因可能与人为采伐、生境破坏和生境退化及其自身生物学特性所导致的自然更新不良有密切关系。因此,应加强对紫椴生境的保护,防止人为因素对紫椴天然种群的进一步破坏。

不同干扰强度下三江平原湿地土壤温室气体排放对冻融作用的响应

为评估季节性冻融作用对不同干扰强度湿地温室气体产生机制的影响,采用静态箱/气相色谱法,原位观测三江平原洪河国家自然保护区内未受干扰的常年积水的小叶章湿地(undisturbed Deyeuxia angustifolia wetland,UDAW)、保护区外受人类活动干扰导致湿地含水量减少的季节性积水的小叶章湿地(disturbed Deyeuxia angustifolia wetland,DDAW)以及由小叶章湿地开垦10年以上的水稻田(rice paddy,RP)的温室气体排放通量,分析季节性冻融作用对3种湿地温室气体排放的影响特征.结果表明:3种湿地在冻融期均有CO2和CH4排放,且在春季冻融初期CO2和CH4均出现短期的高排放现象,随着冻融温度升高,温室气体排放通量均逐渐增加.其中,CO2排放通量表现为UDAW>DDAW>RP,CH4排放通量却表现为DDAW>RP>UDAW;DDAW的CH4排放速率与冻融温度的相关性最高(P<0.01,R2=0.647 5),UDAW中二者的相关性最低(P<0.01,R2=0.424 7).相关性分析显示,DDAW和RP土壤中CO2与CH4的排放通量均呈正相关(P均小于0.01,R2分别为0.749 1、0.574 4),而UDAW土壤中CO2与CH4的排放通量表现为弱相关(P<0.05,R2=0.303 8),可见冻融温度会影响CO2和CH4的排放通量.季节性冻融作用影响了3种湿地土壤N2O的排放通量,秋季冻融期UDAW和DDAW表现为N2O的汇,而在春季冻融期3种湿地均表现为N2O的源,表明不同干扰湿地N2O的排放通量对冻融作用的响应不同,但均随土壤温度的升高其排放通量不断增加.研究显示,三江平原的冻融作用降低了湿地温室气体排放,干扰强度越大,冻融作用影响越小,且秋季冻融作用大于春季.

三江平原湿地不同土地利用方式大型土壤动物群落结构

在三江平原湿地选择森林、湿地、农田、退耕林地、退耕湿地五种土地利用方式,对其大型土壤动物的群落结构和多样性特征进行研究。共获得大型土壤动物2566只,隶属3门6纲16个类群,分析了大型土壤动物种类组成、数量分布及多样性。从总体上看,优势类群为鞘翅目、蜘蛛目和正蚓目,常见类群为地蜈蚣目、鞘翅目幼虫、石蜈蚣目、倍足类、双翅目幼虫、盲蛛目和直翅目。不同土地利用方式大型土壤动物类群数差异不大,个体数退耕湿地>湿地>退耕林地>森林>农田。大型土壤动物群落多样性各指数的分析表明,群落多样性与均匀度呈正相关,群落内物种分布越均匀,则优势度越小。