长江淡水潮汐湿地植物特性和植物群落演替研究——以镇江北固山湿地为例

镇江北固山湿地属于长江近河口段淡水潮汐湿地,植物群落基本保持原生演替的前期状况。根据对该湿地的实地观测研究,描述了河滨湿地植物的生长特性;结合湿地的水文特征刻画了湿地高等水生植物在时间、空间和景观上的生态过程;综合河滨湿地植物的生长特性及湿地的水文特征探讨了镇江淡水潮汐湿地的演变趋势。对湿地面临的问题进行了讨论,从而为长江淡水潮汐湿地的生态修复和增加生物多样性及湿地保护提供参考。

北固山淡水潮汐湿地土壤对铜(Ⅱ)和铬(Ⅵ)的吸附特征研究

以长江河口地区北固山淡水潮汐湿地为研究对象,采用一次平衡法研究了生长有芦苇(Phragmites austra-lis)、虉草(Phalaris armdinacea)植物的湿地土壤和边滩裸地对重金属Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附特征。结果表明,湿地土壤对Cu(Ⅱ)的吸附受到植物类型与温度变化效应的交互影响。20℃时,生长有芦苇的湿地土壤对Cu(Ⅱ)的吸附量最大,生长有虉草的湿地土壤次之,边滩裸地最小;当温度的升高至30℃时,上述差异明显减小。对以阴离子形式存在的Cr(Ⅵ)而言,湿地土壤和边滩裸地对其吸附量的植物类型差异性不明显。当温度从20℃升高至30℃时,湿地土壤和边滩裸地对Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的吸附量都减小,反映出研究区湿地土壤对两种重金属的吸附机制表现为化学吸附作用较弱,物理吸附作用相对较强,吸附呈放热过程。Freundlich方程是描述淡水潮汐湿地土壤Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)等温吸附的最佳模型,方程中常数n和k的大小能够体现吸附过程中存在的植物类型与温度变化影响效应,比较真实的反映了吸附的过程。

盐分增强对河口淡水潮汐湿地土壤活性碳组分和碳获取酶活性的影响

为了研究未来盐水入侵对河口淡水潮汐湿地土壤有机碳分解的影响,本研究将河口淡水潮汐湿地土壤移置到半咸水潮汐湿地,研究土壤移置30、180和510 d后,河口淡水潮汐湿地土壤活性有机碳(LOC)组分和碳获取酶活性(β-葡萄糖苷酶、纤维素水解酶、过氧化氢酶与酚氧化酶)对盐分增强的响应.结果表明,土壤盐分增强对活性有机碳组分的影响显著,盐分增强促进土壤MBC和DOC的含量增加,土壤EOC的含量减少.植物地上生物量随着土壤盐分的增强而降低,而地下生物量随着盐分的增强而增加.细菌丰度随着土壤盐分增强而减少,真菌丰度随着土壤盐分增强而增加.随着土壤盐分的增强,4种碳获取酶的活性增加.相关分析和回归分析表明碳获取酶的活性受土壤Fe(III)/Fe(II)比值、土壤C/N比值及土壤真菌/细菌(F/B)比值影响.研究结果表明:当河口淡水潮汐湿地由淡水潮汐湿地转变为半咸水潮汐湿地,植物的根系泌氧和有机物分泌都会相应增加,土壤有机质质量变差,故而土壤碳获取酶的活性会相应增加,而土壤活性有机碳的含量大量减少.因此,未来海平面上升后,河口淡水潮汐沼泽湿地土壤碳储量减少,并进一步加剧海平面上升对河口淡水潮汐湿地生态系统的危害.

淹水增加对闽江河口淡水潮汐湿地孔隙水地球化学特征及CO2和CH4排放通量的影响

海平面上升使得河口潮汐湿地淹水高度增加,对CO2和CH4的排放通量产生重要影响,但目前绝大多数研究集中在淹水增加对河口盐沼湿地的影响,淹水增加对于河口淡水潮汐湿地的影响缺乏数据.鉴于此,本研究利用模拟潮汐池和中型生态系,研究淹水增加15 cm和30 cm后对闽江河口淡水潮汐湿地孔隙水(NH4+、NO3-、DOC、溶解性CH4和DIC)浓度及CO2和CH4排放通量的影响.结果表明,淹水高度增加15 cm和30 cm后,CO2的排放通量分别下降28. 53%和36. 56%;淹水增加15 cm时,CH4的排放通量没有显著变化,增加至30 cm后,CH4的排放通量显著增加29. 27%;淹水高度增加15 cm和30 cm,孔隙水CH4的浓度分别增加47. 83%和73. 91%.淹水增加对孔隙水DOC浓度变化影响不显著.淹水增加促进孔隙水NH4+浓度,并降低孔隙水DIC和NO3-的浓度.淹水增加降低CO2和CH4排放通量的温度敏感性.根据研究结果,未来海平面上升50 a和100 a后,闽江河口淡水潮汐湿地的综合增温潜势将分别降低28%和35%.

模拟SO_4^(2-)沉降对闽江河口潮汐淡水湿地温室气体排放通量的影响

为了探究SO_4^(2-)沉降对潮汐淡水湿地温室气体排放通量的影响,在闽江河口短叶茳芏(Cyperus malaccensis)潮汐淡水湿地模拟SO_4^(2-)沉降,采用静态箱法测定样地环境因子与3种温室气体(CH_4、CO_2、N_2O)通量随SO_4^(2-)添加量和不同月份的变化,采用多元逐步回归分析影响温室气体通量的关键因子.结果表明:(1)各环境因子和3种温室气体通量均具有显著的月际变化.(2)添加SO_4^(2-)显著增加了短叶茳芏种群密度和间隙水ρ(SO_4^(2-))、ρ(NH_4^+-N),但对其他环境因子无显著影响.(3)添加SO_4^(2-)显著抑制了CH_4排放,当SO_4^(2-)添加量(以SO_4^(2-)-S计,下同)为40和120 kg/(hm^2·a)时,CH_4通量分别减少了33.8%、69.9%;CO_2和N_2O通量随SO_4^(2-)添加量的变化不显著,但分别趋于减小和增加,其中,SO_4^(2-)添加量为40和120 kg/(hm^2·a)时,CO_2通量分别减少了5.2%、11.8%,N_2O通量则分别增加了98.0%、103.0%.(4)相关分析和多元逐步回归分析结果显示,沉积物温度及间隙水ρ(SO_4^(2-))、ρ(NH_4^+-N)、ρ(NO_x^--N)(NO_x^--N主要包括NO_3^--N和NO_2^--N)是影响样地3种湿地温室气体排放通量的关键因子.(5)当SO_4^(2-)添加量为40和120 kg/(hm^2·a)时,3种温室气体排放产生的综合温室效应呈减小趋势,分别降低了5.5%和13.5%.研究推断,SO_4^(2-)沉降速率的升高有助于缓解潮汐淡水湿地对全球气候变暖的贡献.

盐分和淹水增加对河口潮汐淡水沼泽湿地土壤磷形态和磷酸酶活性的影响

选取中国东南沿海闽江河口潮汐淡水沼泽湿地土壤作为研究对象,研究不同盐分(淡水对照、低盐处理、高盐处理)和不同淹水(CK、CK+15 cm、CK+30 cm)交互处理对土壤磷形态和磷酸酶活性的影响.结果表明,在闽江河口潮汐淡水沼泽湿地土壤中,无机磷是土壤总磷的主要赋存形态,约占总磷含量的68%~82%,有机磷含量约占总磷的18%~32%.无机磷以铁铝结合态磷为主(60%~66%),其次为钙结合态磷和闭蓄态磷.淹水处理对磷的总量和形态的影响有限,盐分变化对磷的总量和形态影响显著.低盐处理可增加铁铝结合态磷、闭蓄态磷含量及碱性磷酸酶活性,而高盐处理则对它们表现出抑制作用.随着盐分的增加,土壤总磷含量逐渐降低,土壤中钙结合态磷含量和磷酸盐含量将逐渐升高.相关分析表明,有机磷含量与土壤碱性磷酸酶活性呈负相关,无机磷含量与土壤碱性磷酸酶活性呈正相关.当盐分由淡水变化至低盐时,土壤磷的形态主要由有机磷向无机磷转化;而当盐分由低盐变化至高盐时,无机磷占比降低,有机磷占比增加.研究结果表明,碱性磷酸酶活性在磷形态对盐分和淹水的响应中发挥着重要作用.