三江平原乌拉苔草- 毛苔草湿地土壤动物多样性及其枯落物分解功能

土壤动物是陆地生态系统结构的重要组成部分，对营养物质循环具有重要的作用。湿地土壤动物群落多样性及其功能研究，可为深入湿地生态系统结构研究和湿地恢复评价等管理提供基础资料。采用野外采样和不同网孔分解袋分解实验，研究了生长季三江平原典型乌拉苔草（Carex meyeriana）—毛苔草（C.lasiocarpa）湿地土壤动物的多样性和分解功能。结果表明，岛状林土壤动物隶属5门11纲24目，优势类群有柄眼目、真螨目、鞘翅目成虫和线虫，常见类群14类；优势类群和常见类群都具有明显的季节动态变化。多样性分析表明，土壤动物个体密度（ID）表现为ID5月〉ID10月〉ID8月〉ID7月〉ID6月；土壤动物类群数（GN）表现为GN8月=GN5月〉GN10月〉GN7月〉GN6月；土壤动物的多样性指数为2．54，丰富度指数为3．70，均匀度为0．80，优势度指数为0．12。夏季土壤无脊椎动物多样性和均匀度较高，而在春季、秋季，土壤无脊椎动物多样性相对较低。土壤动物对湿地乌拉苔草分解具有明显的作用，整个实验过程土壤动物对乌拉苔草分解的贡献率为26．68％～39．45％，其中大型土壤动物分解贡献率始终最大，分解贡献率为14．67％～27．79％；中型土壤动物的分解作用力最小，小型土壤动物作用力波动较大。土壤动物这种分解作用力具有明显的季节差异；而且起主要作用的土壤动物类型也随季节的不同而发生变化。

三江平原湿地毛果苔草群落的演替特征

为了说明三江平原湿地植物物种多样性近 30年的演替特征 ,选择三江平原湿地中分布最广泛的毛果苔草群落为研究对象 ,进行了广泛的野外样方调查。研究发现毛果苔草群落的物种丰富度呈明显减少趋势。毛果苔草的平均高度减少了约为 1 8cm。Drude多度级几乎降低了一个级别。物种构成发生了重大改变 ,物种重要值≥0 .3的一些优势物种的重要性降低 ,物种重要值≥ 0 .2的物种数目明显减少。群落演替处于快速衰落阶段 ,退化迹象十分明显。

土壤动物对三江平原典型毛果苔草湿地枯落物分解的影响

采用尼龙网分解袋法,从枯落物的分解量、组分含量和分解残留物的热能值3方面,研究了土壤动物对三江平原毛果苔草(Carex lasiocarpa)湿地枯落物分解的影响。结果表明,土壤动物加速了枯落物的分解,大中型土壤动物的分解作用大于小型土壤动物;土壤动物增加了枯落物中腐殖酸、纤维素和木质素等物质含量以及C/N比值的变化幅度,促进了枯落物组分的释放;土壤动物影响枯落物分解过程中的能量流动;但土壤动物并未影响枯落物分解的总体变化趋势,土壤动物对枯落物分解不起决定性作用。

长白山区沟谷沼泽湿地乌拉苔草(Carex meyeriana)地上生物量与土壤有机质和氮素相关性分析

通过对长白山区沟谷沼泽湿地乌拉苔草群落的乌拉苔草生物量与该土壤有机质和氮素进行统计分析,揭示了该湿地上生物量与土壤有机质及氮素在土壤空间的异质性。相关分析结果表明,地上生物量和土壤有机质的相关系数各层均为不显著,但相关系数逐渐由小到最大,存在明显的空间差异;地上生物量与氮素之间的相关差异明显,但相关性均不显著;与硝态氮呈极显著和显著相关,但差异不大;与土壤中铵态氮的相关性均不显著,随着土壤剖面的加深相关系数增加。与全氮和速氮的相关性空间差异性很大。地上生物量和有机质、全氮、铵态氮、硝态氮相关性最大的是土壤剖面的C层,和速氮相关性最大的是表层。乌拉苔草生物量与土壤有机质和氮素在不同土壤剖面的相关性不同,揭示出该湿地有机质和氮素的空间异质性。

毛果苔草湿地营养元素的积累、分配及其生物循环特征

毛果苔草 ( Carex lasiocarpa)湿地地上部分积累量小于地下部分的积累量 ,在地上几个构件中 ,叶片比叶鞘积累量大 ,而穗的积累量最小 ;地下部分中细根比根茎的积累量大。土壤分室营养元素贮量在系统的各分室中占绝对优势 ,毛果苔草湿地土壤中各种营养元素总贮量的顺序为 :K>Fe>N>Ca>P>Mg>Mn>Zn>Cu;它们的吸收系数的排序是 :Mn>N>P>Zn>Mg>Cu>Ca>Fe>K;几种营养元素的利用系数的排序是 :Mn>N>P>Zn>Mg>Cu>Ca>Fe>K;几种营养元素的循环系数的排序为 :Ca>K>Mg>N>P>Mn>Zn>Cu>Fe;因此 ,该系统中钙、钾的存留比例最小 ,而流动性较大 ,而铁则相反 ,存留比例大 。

农田排水对沼泽湿地毛果苔草的影响及效应

随着三江平原沼泽湿地的垦殖，农田排水不断进入沼泽湿地，对湿地生态系统造成不同程度的影响。当一定氮、磷浓度的农田排水进入毛果苔草沼泽湿地后，水中TN、NH4＋-N、TP和PO4^3--P的含量均明显升高，8～9月份TN和NH4＋-N含量分别为自然沼泽湿地水体的1．51～2．10倍和1．53～3．02倍；TP和PO4^3--P含量分别为1．30～4．08倍和4．33～11．33倍。接受农田排水的毛果苔草根、茎叶生物量明显增高，相应的植物不同部分TN、TP含量也明显增高，其毛果苔草根部TN、TP含量与水中TN、TP含量的相关关系比自然湿地毛果苔草的这一相关关系更强，表明农田排水可促进毛果苔草的生长和对氮、磷的吸收。由于农田排水中磷的含量相对较高，造成湿地水系统N／P失衡，对湿地毛果苔草生态系统的稳定性和生物生产力形成潜在的威胁，因此应控制农田排水直接排入沼泽湿地。

毛果苔草湿地开垦后土壤中主要营养元素垂直分异

以三江平原毛果苔草湿地及其开垦后的农田为研究对象 ,探讨了湿地开垦前后土壤中主要营养元素含量差异及垂直分异。结果表明 ,毛果苔草湿地土壤中主要营养元素含量要远高于农田土壤中营养元素含量 (土壤表层 K元素除外 ) ,其中 ,全 N含量相差 2 0多倍 ;毛果苔草湿地土壤中主要营养元素的垂直分异显著 ,都在 4 0 %以上 ,其中全 N含量的变异系数最高 ,达到 81.32 % ,而农田土壤中主要营养元素的垂直分异不太显著 ,都在 2 4 %以下 。

三江平原毛果苔草湿地光辐射能的利用与分配

毛果苔草湿地的物理过程观测设在中国科学院三江平原沼泽湿地生态实验站内 ,用美国CID公司出品的光合仪对典型湿地中几种优势植物的光合能力进行测定 ;在 80℃干燥的植物样品 (含各种不同的构件 ) ,粉碎后 ,分别称量约 1g左右 ,用美国公司Parr型氧弹式热量计测定 ;研究发现毛果苔草湿地建群种中毛果苔草的净光合速率最大 ,为 4 7 4 1μmol/m/s。以太阳总辐射能和生长季内光合有效辐射为基础计算出各器官的能量利用效率计 ,极大值是细根 ,分别为l 394 5 %和 3 1879% ,极小值是穗 ,分别为 0 0 0 2 0 %和 0 0 0 4 6 % ,毛果苔草种群的能量利用率为2 5 4 %。湿地不同植物群落地下部分的能量含量分布中毛果苔草群落的地下部分能量含量的平均值最大。这说明毛果苔草种群具有较高的能量转化效率 ,并将大部分能量储存在地下部分。在不同层次的能量含量分配中 ,随着土壤深度的增加 ,地下部分的能量含量趋于递减。

长白山区沟谷沼泽乌拉苔草(Carex meyeriana)湿地土壤酶活性与氮素、土壤微生物相关性研究

通过现场采样及室内分析,研究了长白山区沟谷沼泽乌拉苔草湿地土壤酶活性及其与氮素、土壤微生物的相关性。结果表明,土壤脲酶活性在时空变化中,表层最高,且最大值出现在6月份,为2.57;C层最小,最小值出现在7月份,为0.3;土壤纤维素酶活性表层最高出现在6月份,为1.35;B层最小,最低点出现在6月份,为0.18,土壤蛋白酶活性在时空变化中变化规律基本一致,最高值是6月份B层,为8.5;最低点是C层的5月,为0.9;与氮素的相关性分析结果为:土壤脲酶在8月份最大,为0.91,B层最大为0.76;土壤纤维素酶在5月份最大,为0.41;C层最大,为0.52;土壤蛋白酶在4月份最大,为0.83;A层最大,为0.67,均不呈显著相关。与微生物相关结果为:土壤脲酶与8月份微生物呈极显著的正相关;蛋白酶与B层的细菌呈显著的正相关;脲酶与7、8月份的放线菌呈极显著的正相关。本文揭示了土壤不同酶活性受制于不同的微生物影响。

三江平原毛果苔草湿地CH_4排放研究

用密闭不透明箱 -气相色谱法对三江平原毛果苔草湿地进行了近两年的观测研究 ,结果表明 :三江平原毛果苔草湿地全年甲烷排放通量有着明显的季节变化 ,在非冰冻期 (5～ 10月 )CH4通量范围在 4 .6 4～ 2 1.4 8mg·m-2 ·h-1之间 ,平均值为 11.15mg·m-2 ·h-1;冰冻期 (11月到次年 4月 )CH4通量范围在 0 .4 6～ 4 .30mg·m-2 ·h-1之间 ,平均值是 1.6 9mg·m-2 ·h-1。经估算 ,三江平原毛果苔草湿地全年CH4排放总量为 0 .2 32 4Tg/a-1。

长白山区沟谷沼泽乌拉苔草湿地铁循环规律的研究

长白山沟谷沼泽乌拉苔草湿地,土壤有效铁含量不同土壤层变化均呈波动变化,A、B二层的变化趋势一致,表层和C层随着季节的积水和植物生长变化波动较大。有效铁活性A层>表层>B层;而土壤有效铁活性与土壤环境的关系为:土壤氧化还原电位对有效铁在6、8月份呈显著相关;土壤孔隙度均与之不显著相关;放线菌在表层土壤和有效铁含量极显著负相关外,8月份细菌、真菌、放线菌和有效铁呈极显著的相关;土壤剖面的蛋白酶、尿酶、纤维素酶和磷酸酶对有效铁均不显著相关(P<0.05);脲酶对有效铁有显著的影响,因此脲酶可以作为有效铁的衡量指标。乌拉苔草丛生根部含铁量最多;而不同季节乌拉苔草对土壤有效铁的吸收率在7月份最大;而枯落物中铁向下迁移最大月份是8月。

毛果苔草湿地植物营养元素分布及其相关性

The distribution of nutrient was different for different dominant plant species in C.lasiocarpa wetland ecosystem.The distribution of nutrient was also different for different plant components in Carex lasiocarpa .The gross nutrient element distribution for N,P,K,Ca,Mg,Cu and Fe in C.lasiocarpa was in order of:redicula>rhizoma>spike>blade>sheath>inflorescence.But this rule for the gross nutrient element distribution of Zn and Mn was not obvious.The seasonal dynamic trends of nutrient element contents in dead stand were decreaseing.The liberation of general elements N,P,K and microelement Mn were continuous,and with monotone downtrend;the liberation rate of microelement Cu,Zn,Fe were faster than other elemnts,while the trend for Ca was all through incremental.There were different degrees of correlativity among different nutrient elements in C.

干旱胁迫下三江平原湿地毛苔草光合作用日变化特性研究

为了探讨干旱胁迫下毛苔草的光合特性，选三江平原湿地毛苔草（Carex lasiocarpa）无性系种群进行桶栽模拟实验，采用Li6400型便携式光合仪测定毛苔草光合作用日变化特性。结果表明：毛苔草对干旱的适应能力较强，在土壤含相对水量保持在300g／kg的干旱处理（S1）下，仍能进行光合生产，但其光合参数除气孔限制值（Ls）外，均较对照（CK，水位在0—10cm波动的自然降水）有所降低。2种水分处理下毛苔草的光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）的日变化趋势均呈单峰曲线变化，干旱处理的峰值均出现在8：30，而对照处理的峰值出现在10：30；胞间CO2浓度（Ci）的日变化均呈“V”字型，干旱和对照处理的最低值分别出现在10：30和12：30。毛苔草Pn日变化过程即有气孔限制的贡献也有非气孔限制的作用。毛苔草在干旱处理下Pn与Gs和Tr均呈极显著正相关，与Ci和Ls的日变化呈不显著的负相关关系；而在对照处理下Pn与Ci极显著负相关，与Tr呈极显著正相关，而与Gs呈显著正相关关系，与Ls呈不显著的相关关系。干旱胁迫使光合速率与其它光合参数之间的相关性发生较大变化。

毛果苔草湿地枯落物及其地下生物量动态

采用网袋法和土柱法分别对三江平原湿地毛果苔草 (Carexlasiocarpa)种群枯落物及地下生物量的季节动态变化规律进行分析 .结果表明 ,毛果苔草的立枯物总的变化趋势是其拟合曲线符合指数方程 .以其凋落物的失重率表示分解速率 ,而日失重率是随着时间增长而不断减少 ,且日失重率的变化在0 .70 5 8%～ 0 .2 372 %之间 .毛果苔草全生长季 (1999年 5月 2日～ 10月 10日 )枯落物总量为 2 10 .8876g·m-2 .毛果苔草地下生物量具有明显的垂直结构 ,呈倒金字塔形 。

三江平原毛果苔草湿地物理过程——能量环境的基本特征

从整个生长季 ( 1999-0 4-30～ 0 9-30 )来分析 ,到达毛果苔草湿地生态系统的太阳辐射能总量约为 2 673 0 6MJ m2 。太阳总辐射在一天内不同时间段累积呈现出单峰型曲线 (抛物线型 ) ;分光辐射总量呈明显的单峰曲线 (抛物线型 ) ,在分光辐射的几个分量中 ,光合有效辐射的分配比总是最大 ,其次是红外辐射 ,最小的是紫外辐射。净辐射主要与下垫面的季节性植被季相有关 ,生长初期与生长末期较大 ,而生长旺盛期较小。

乌拉苔草湿地土壤CO_2和CO的变化特征

对乌拉苔草湿地生长季节内土壤CO2和CO的变化特征进行了模拟研究。结果表明:生长季节的乌拉苔草湿地土壤释放CO2,并消耗CO。化学反应CO+H2O→CO2+H2对于CO2和CO的动态变化起主要作用,CO2和CO之间存在显著的负相关。温度对CO2和CO体积分数的影响存在一定差异,但差异不显著。

三江平原毛果苔草湿地能量流动过程分析

太阳辐射能在生长季内 (4月 3 0日至 9月 3 0日 )到达毛果苔草湿地的太阳总辐射能为 2 673 .0 6MJ· m- 2 ,以此为1 0 0 %进行分析计算 ;其中 ,有 5 7.92 %被植被层吸收 ,为 1 5 48.2 3 6MJ· m- 2 ;在被吸收的能量中 ,仅有 2 .5 5 %的能量通过植物的净光合作用固定下来成为毛果苔草湿地的净生产量 ,为 68.2 4997MJ· m- 2 ;生物量年积累量占太阳总辐射能的 2 .2 41 % ,为 5 9.90 3 MJ· m- 2 ;用于形成地上、地下不同器官的太阳辐射能分别为 0 .2 642 %和 1 .9768%。将上述过程予以简化 ,形成该系统能流过程的分室模型 ,该模型将可以对毛果苔草湿地生态系统的季节性动态进行分析、模拟与预测。

三江平原毛果苔草湿地物理过程II──太阳辐射能在生态系统中的传输

毛果苔草湿地反射率平均为21.92%,全生长季反射太阳辐射能585.858MJ/m2.群落对太阳辐射的透射率平均为20.16%,在生长季节内透射太阳辐射能538.88MJ/m2.毛果苔草湿地群落的相对光照强度的分布与太阳高度角有关;而在累积叶面积指数(F)不变的情况下,消光系数(K)与相对照度的自然对数成正比;消光系数不仅受叶片透光率、倾斜角、方位角等的影响,而且与太阳高度角有关.毛果苔草湿地群落内太阳辐射能的季节性变化主要是受群落叶量的增减及其配置状况的影响,群落的叶面积集中分布层大约位于群落高的2/3处,其截获太阳辐射能的能力最强.

毛苔草植被对沼泽湿地蒸散发影响的试验研究

为了揭示毛苔草植被对沼泽湿地蒸散发的影响,采用野外蒸发桶观测的方法,2007年7月5日至8月8日,在三江平原对不同植物密度下的毛苔草(Carex lasiocarpa)沼泽湿地下垫面蒸散发进行了试验研究。结果表明,毛苔草植被的存在能够增加沼泽湿地下垫面的蒸散发;与野外植物密度相同的有植物桶的蒸散发量平均达到13.88mm/d,最大蒸散发量可达22.26mm/d,而无植物桶的蒸散发量平均仅为4.81mm/d;有植物桶的平均蒸散发量为无植物桶蒸散发量的2.9倍。毛苔草植物的密度越大,对沼泽湿地下垫面蒸散发增加的作用越大,但只有当毛苔草叶面积指数大于1.5时,下垫面的蒸散发量才会显著增加。太阳辐射和气象要素对毛苔草沼泽湿地蒸散发的影响与植物密度间的关系复杂,还需要进一步研究。

三江平原湿地植物毛苔草枯落物分解过程中热值动态研究

根据三江平原毛苔草枯落物分解过程中热值及有机物组分含量的测定，分析了枯落物分解过程中热值动态变化及与有机物各组分含量之间的相关性。结果显示：（1）随着分解的进行，O～10cm埋藏深度下毛苔草枯落物热值呈先快速下降后缓慢上升，最后又快速下降的变化趋势；10～20cm埋藏深度下毛苔草枯落物热值呈逐渐降低的趋势，在分解初期降低速率较大，后期降低缓慢。（2）从分解天数与有机物各组分的相关性来看，0～10cm、10～20cm层枯落物中C、C／N和纤维素与分解天数呈显著负相关性，表明随着分解的进行，枯落物中C、C／N和纤维素含量呈显著减少的趋势；而10～20cm层枯落物中N与分解天数存在显著正相关关系。（3）从不同埋藏深度枯落物分解过程中热值与有机物各组分含量的相关性来看，枯落物分解过程中热值与枯落物中木质素含量呈显著相关。本研究有助于明确沼泽湿地植物枯落物分解过程中能量流动特征，为完善沼泽湿地生态系统能量生态学研究提供依据。