神农架大九湖泥炭湿地非生长季CO_(2)通量特征

开展泥炭湿地非生长季CO_(2)通量研究,对了解泥炭湿地生态系统碳收支动态以及全球气候变化的响应模式具有重要意义。以神农架大九湖亚高山泥炭湿地为研究区,采用涡度相关法通过对研究区进行连续3年非生长季(2015年12月1日—2016年4月15日、2016年11月15日—2017年4月15日、2017年11月15日—2018年4月15日)CO_(2)通量监测,分析研究区泥炭湿地非生长季CO_(2)通量日、月变化特征及其影响因子。结果表明:(1)该泥炭湿地非生长季CO_(2)通量日变化规律均呈“U”型曲线,非生长季CO_(2)通量日变化范围分别为-0.724~4.301μmol/(m^(2)·s)(2016年)、-1.251~4.833μmol/(m^(2)·s)(2017年)、-0.980~4.982μmol/(m^(2)·s)(2018年);(2)2016—2018年研究区泥炭湿地非生长季CO_(2)通量月变化均表现为排放CO_(2),3年非生长季CO_(2)通量月累计释放量分别为28.26 g C/m^(2)、17.65 g C/m^(2)和50.73 g C/m^(2);(3)研究区泥炭湿地非生长季CO_(2)通量对降雨的响应仅在长期无降雨后,降雨量突增时CO_(2)通量释放量增加显著;(4)2016—2018年研究区泥炭湿地非生长季CO_(2)通量与10 cm层土壤温度呈极显著正相关关系,与10 cm层土壤含水率呈极显著负相关关系,与大气温度呈负相关关系,但相关性不显著。土壤温度是大九湖泥炭湿地非生长季CO_(2)通量的主要调控因子。

神农架大九湖泥炭湿地CO_2通量特征及其影响因子

泥炭地在全球碳循环中起着重要作用,其碳源、碳汇功能的转变已成为研究全球气候变化的热点。为研究湖北省神农架林区大九湖亚高山泥炭湿地碳排放特征及影响因素,采用涡度相关法对大九湖泥炭湿地CO_2通量进行了观测,选取2016年6—8月作为生长季和2015年12月—2016年2月作为非生长季,对比分析泥炭湿地在不同生长季节CO_2通量的变化规律及其影响因子。结果表明,(1)大九湖泥炭湿地生态系统生长季CO_2通量的日变化规律明显,整体呈"U"型曲线,日变化范围为-6.84~6.65μmol·m^(-2)·s^(-1);非生长季CO_2通量变化趋势平缓,在-0.88~5.19μmol·m^(-2)·s^(-1)之间。(2)白天生长季与非生长季的CO2通量与光量子通量密度(PPFD)均符合直角双曲线关系,但生长季PPFD与CO_2通量的拟合效果(R^2=0.427 3,P<0.01)优于非生长季(R^2=0.045 6,P<0.01)。(3)生长季的气温(Ta)与CO_2通量呈二次曲线相关(R^2=0.248 6,P<0.01),CO_2通量随Ta的升高呈先增加后降低;非生长季Ta与CO_2通量(R^2=0.042 8,P<0.01)相关性显著,两者呈负相关,但Ta仅能解释CO_2通量4.28%的变异数据。(4)土壤温度(Ts)和土壤含水量(SWC)对CO_2通量的影响,主要体现在生态系统呼吸上。生长季夜间生态系统呼吸受Ts与SWC的共同影响(R^2=0.199 5,P<0.01),生态系统呼吸的温度敏感性Q10值为1.84;非生长季夜间生态系统呼吸与Ts、SWC的相关性均不显著(P>0.05)。

神农架大九湖泥炭湿地水汽通量特征及生态意义

采用涡度相关法对神农架大九湖泥炭湿地生态系统2015年8月至2016年7月的水汽通量进行观测,研究了大九湖湿地水汽通量的变化规律及其主要环境影响因子。结果表明:大九湖湿地水汽通量具有明显的日变化和季节变化,均呈单峰曲线,即在月尺度上,日变化范围为-0.63(5月份)~6.95(7月份)mmol/(s·m^2),白天变化幅度较大,夜间基本维持在0左右,在季节尺度上,夏季日变化最为明显,冬季最弱,生态系统整体表现为水汽源;大九湖湿地全年蒸散量(1 133.88mm)占降雨量(2 096.97mm)的54.07%,表明降雨量能满足目前生态系统的需求;大九湖湿地水汽通量主要受净辐射(Rn)和饱和水汽压差(VPD)的共同影响,即湿地春、夏、秋、冬四季水汽通量与Rn两者拟合的R^2值分别为0.682 3、0.753 4、0.638 4、0.284 7,均优于其他研究区域,可能与泥炭湿地常年积水以及亚高山地区辐射较强有关;大九湖湿地植物主要生长季内(6~9月份)水汽通量与VPD的相关性分析显示,在泥炭藓生长季初期和末期(6、7、9月份),其叶片易受到水分胁迫,水汽通量随VPD先增加后减小,而在泥炭藓生长季中期(8月份),其发育成熟,水汽通量随VPD的增加而增大,两者的拟合效果也达到最佳(R^2=0.408 4)。该研究结果可为该区域水热评估及气候预测提供基础数据。

神农架大九湖泥炭湿地二氧化碳和甲烷排放化学计量比研究

湿地碳释放产物之间关系的研究对了解湿地生态系统碳固定和温室气体排放机理具有重要意义。运用涡度相关技术连续原位观测,对湖北省神农架林区大九湖亚高山泥炭湿地二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的排放特征、CO2与CH4排放化学计量比(CO2∶CH4比值)的动态变化及其与环境因子的相关性进行了分析。结果表明:①大九湖泥炭湿地CH4和CO2通量均表现出较明显的月和季节变化规律,从CO2与CH4排放的相关性拟合结果来看,各季节CH4与CO2排放的月平均关系表现为线性拟合或一元二次拟合效果最佳,而其日平均关系则表现为一元二次拟合效果较好;②泥炭湿地CO2∶CH4比值从2017年3月到2018年1月呈"U"型曲线,1月达到最大值后下降,且全年CO2:CH4比值日平均与CO2呈极显著正相关关系;③除地面以下20cm处土壤含水量(SWC20)月平均外,CO2∶CH4日/月平均变化与环境因子均呈极显著相关关系,其中CO2∶CH4比值与环境温度、土壤温度呈极显著负相关关系,而CO2∶CH4比值与土壤含水量呈极显著正相关关系。

神农架大九湖湿地摇蚊群落组成及其环境指示意义

泥炭地是一种水-陆过渡型的湿地生态系统。水体沼泽化过程中,植被等生物群落也随之改变,进而影响泥炭地碳埋藏和发育过程。作为泥炭地生态系统重要的次级生产者,摇蚊群落结构变迁可以为追溯泥炭地环境演变和发育历史提供关键线索。泥炭地在发育过程中将经历各种不同阶段,然而,现有的泥炭地摇蚊群落调查仅限于泥炭生境或泥炭地中开阔水域,较短的生境梯度不足以提供更为全面的摇蚊群落变化信息。神农架大九湖湿地包含泥炭地、湖泊、临时性水体等多种生境,本研究选择该湿地公园作为研究区域,通过采集不同生境的表层沉积物及水体样品,提取底泥亚化石摇蚊头壳,分析大九湖湿地中不同生境下的摇蚊群落结构差异,并对其与环境因子间的关系进行探讨。结果表明:1)大九湖湿地不同生境中摇蚊优势种迥异,泥炭藓藓丘生境中Limnophyes、Psilometriocnemus、Pseudosmittia等半陆生种类为主要优势种,湖泊生境中则以典型静水种Polypedilum nubeculosum-type为主要优势种,而过渡性水域(泥炭地洼地、沟渠及水洼生境)中,静水种与半陆生种共存;2)烧失量、水位埋深和p H是塑造不同生境类型下摇蚊群落结构的显著环境因子,水文条件主要通过改变碳积累过程等其他环境条件间接影响生物群落组成;3)沿水生-半陆生生境梯度,有机质含量和类型均发生显著变化,而摇蚊群落也由静水种、静水/半陆生共存转变为以半陆生种为主,摇蚊群落对生境变化表现出良好的响应过程。本研究揭示了不同生境条件下摇蚊群落的结构差异及影响摇蚊群落结构的潜在因子,为未来基于摇蚊的长时间尺度上泥炭地发育过程分析提供参考依据。

神农架大九湖泥炭湿地关键带监测进展

关键带科学是当代地球科学的热点研究领域之一.国际上主要通过关键带监测来促进关键带科学的发展,服务于社会经济发展和生态保护.在我国,关键带研究与监测还处在起步的阶段.神农架大九湖湿地是中纬度地区少见的亚高山泥炭藓湿地,是丹江口水库最大入库河流堵河的源头之一,已被列入国际重要湿地名录,是开展泥炭湿地监测的优良场所.在10多年来系统的古气候与现代过程研究基础上,我们在大九湖部署了较为系统的监测体系,涵盖了关键带的各种要素,特别是生物、水体及温室气体等方面.在监测点的设置上,既考虑了泥炭湿地内部的空间变化,也考虑表层和深部之间的关联,还设置了河流和湖泊对照点.在监测技术上,部分实现了在线高频监测,大部分达到了野外现场测试的要求.本文将对前期的工作进行回顾总结,并对后续的努力方向进行展望.在前期工作的基础上,要逐步完善监测技术和监测设施,并聚焦于泥炭湿地关键带对气候变化(如干旱)的响应,评估气候变化对大九湖泥炭湿地生态功能的影响.加强与国内外同行的合作,在大九湖开展多学科交叉研究.在关键带系统监测的基础上,完善亚高山泥炭湿地关键带的理论认识,并建立合适的泥炭湿地关键带模型,为湿地保护和可持续发展服务.

神农架大九湖泥炭藓沼泽湿地对镉(Ⅱ)、铜(Ⅱ)、铅(Ⅱ)、锌(Ⅱ)的净化模拟

在2007年8月研究的基础上,于2008年7月在神农架大九湖泥炭藓沼泽湿地采用自制简易模拟装置进行现场模拟实验,深入研究了泥炭藓沼泽湿地对不同浓度的金属污染物镉(Ⅱ)、铜(Ⅱ)、铅(Ⅱ)、锌(Ⅱ)的净化作用。研究表明:泥炭藓沼泽湿地对各种金属污染物都有很强的去除能力,2小时后的去除效果强弱顺序为Pb>Cu>Cd>Zn;4种金属任一时刻的去除速率都随初始浓度的增加而增大,低初始浓度先于高初始浓度达到平衡;泥炭藓沼泽湿地的稀释功能在污染物去除中起着重要作用。通过双常数速率模型得到了去除速率与实验时间的关系;拟二级动力学模型和修改后的拟一级动力学模型能够很好地描述泥炭藓沼泽湿地去除金属污染物的动态过程,拟二级动力学模型的拟合效果更佳,通过修改后的拟一级动力学模型可以计算出稀释作用对湿地净化的贡献率。为评估泥炭藓沼泽湿地净水价值、保护和合理利用泥炭藓沼泽湿地提供科学依据。

大九湖沼泽湿地大泥炭藓种群分布特征及其制约因素

为探究神农架大九湖泥炭藓湿地的关键物种大泥炭藓(Sphagnum palustre L.)种群的分布特征及其制约因素,于2020年8月沿垂直湖岸带方向设置样带和样方进行植被和环境因子的调查和采样,于室内进行各理化指标和生理指标的测定与分析。研究结果显示:(1)大泥炭藓三生长指标(头状枝数量、盖度、生物量)对垂直湖岸带距离的响应具有一致性,均随垂直湖岸带距离的增加呈现先增加后减小的趋势,在距湖岸40m左右时,大泥炭藓种群生产力最高;(2)多元线性回归分析结果显示,在20个环境因子(土壤含水量、容重、孔隙度、固相比、液相比、气相比、pH、TN、TP、TOC、AHN、AP、TOC/TN、TOC/TP、TN/TP;地下水埋深;水样pH、TN、TP、TN/TP)中,地下水埋深是影响大泥炭藓种群生长和分布的最重要环境因子,其次是土壤TOC/TP;在8个生理指标(组织TC、TN、TP、TC/TN、TC/TP、TN/TP、总叶绿素、类胡萝卜素)中,组织TC与大泥炭藓生长显著相关;(3)地下水埋深通过影响大泥炭藓头状枝的光合和呼吸作用,土壤TOC通过影响大泥炭藓吸收同化到自身组织中的TC含量,来影响其种群的生长和分布;(4)除了非生物因子,维管植物的种间作用等生物因子也影响着大泥炭藓种群的生长和分布。本研究可为亚热带山地泥炭藓湿地的保护和恢复提供理论依据和科学指导。

神农架大九湖泥炭湿地甲烷通量特征及其与土壤微生物群落组成的关系

虽然神农架大九湖泥炭湿地的甲烷排放特征、土壤微生物群落组成已有一些研究,但是关于微生物群落与甲烷排放量的关系及影响的研究不多.采用涡度相关法和高通量测序技术,探讨2016年3月~2017年2月微生物对大九湖泥炭湿地CH4通量排放的影响.结果表明,大九湖泥炭湿地研究期间表现为CH4的源,年总排放量5566.27 mg·m^-2,日平均排放速率10.96 nmol·m^-2·s^-1;春、夏、秋、冬四季的平均通量分别为12.06、22.47、3.02、2.92 nmol·m^-2·s^-1;研究区优势菌为泉古菌(54.6%)、广古菌(18.9%)、酸杆菌(12.6%)等.对不同季节样品Shannon指数进行单因素分析,p值为0.000127,分析结果表明:CH4月通量变化均呈明显的倒“U”型;夏季CH4通量最高,冬季最低;不同季节的微生物群落物种多样性存在显著差异;夏季、冬季微生物群落组成与CH4通量分别呈显著正相关、显著负相关;未鉴别出的菌群和俭菌总门与CH4通量呈极显著正相关关系,泉古菌门与CH4通量呈极显著负相关关系.

大九湖泥炭藓湿地对磷、铜污染物净化作用的模拟研究

在大九湖泥炭藓沼泽湿地采用野外实地模拟方法,就泥炭藓湿地对铜、磷两种污染物的净化能力进行了研究。结果表明,磷污染物浓度分别为10,100,1 000 mg/L时,两小时后泥炭藓湿地对该污染物的净化率分别为93.9%,69.5%,66.3%;同样的浓度梯度下,对铜污染物的净化率分别为100.0%,97.6%,88.0%。泥炭藓湿地对污染物具有很强的净化能力,其泥炭层部分在湿地净化污染物中起到重要作用。利用拟一级动力学模型、修改上限的拟一级动力学模型、拟二级动力学模型、Elovich模型、双常数速率模型、抛物线扩散模型等6个模型对泥炭藓湿地的净化进行动态研究,其中后4个模型均可模拟湿地净化的动态过程。长期预测以拟二级动力学模型为最佳。

近2600年神农架大九湖泥炭的气候变化记录

神农架大九湖沼泽泥炭柱状样提供了分辨率为25a的约2600a来的气候变化记录。对样品进行了环境磁学参数测量、X射线荧光分析(XRF)、孢粉鉴定和统计建模,结果表明,大九湖气温的变化曲线与竺可桢中国东部的物候温度曲线以及格陵兰氧同位素变化曲线大体一致,与青藏高原东部希门错湖泊沉积物温度代用指标的变化曲线也十分相似。特别是550—1300AD间的相对温暖期,与竺可桢首次提出来的中国东部隋唐温暖期(约600—1000AD)和欧洲的中世纪暖期(930—1240AD)在时间跨度上大致对应。可划分为4个阶段:(1)600BC—550AD,气候相对冷湿;(2)550—1300AD,气候相对凉干;(3)1300—1900AD,气候又转变为冷湿,其中最冷期1400—1900AD可与欧洲的小冰期对应;(4)1900AD至今,气候又开始转向相对凉干。同时发现低频磁化率χlf与铁元素含量之比(χlf/Fe)的变化曲线与利用孢粉分析数据恢复的大九湖气候变化曲线对应得很好,特别是二者都清晰地显示了500—1300AD为一相对暖期。这预示着χlf/Fe可能是泥炭剖面的一个更好的气候记录代用指标。

神农架大九湖湿地公园的植被现状与保护对策

大九湖湿地公园共有维管植物103科273属411种,分别占整个神农架自然保护区维管植物科、属、种的51.8%、31.3%和14.9%。在植物地理区系成分上,以温带成分为主。大九湖湿地公园的植被可划分为4个植被型组,7个植被型,20个群系。黑三棱群落(Form.Sparganium stoloniferum)和睡菜群落(Form.Menyanthes trifoliata)为中国首次记载。食虫植物黄花狸藻(Utricularia aurea)和圆叶茅膏菜(Drosera rotundifolia)及苔草群落(Form.Carexargyi)中的浮毛茛(Ranunculus natans)均为神农架地区首次记载,并且圆叶茅膏菜和浮毛茛亦为湖北省首次记载。在全面调查大九湖湿地公园植被现状的基础上,结合大九湖湿地公园存在的主要问题,提出了相应的保护对策。

神农架林区大九湖湿地生态系统服务价值评价

[目的]评估神农架林区大九湖湿地生态系统服务功能价值,为湿地保护与管理提供科技支撑。[方法]收集现有数据,采用资源经济学和生态经济学原理,评估神农架大九湖湿地生态系统8项服务功能价值。[结果]神农架大九湖湿地生态系统服务总价值量为6.53亿元,约占神农架林区2015年度国内生产总值(GDP)的30%,其中以调蓄洪水、土壤保持和休闲娱乐3项服务价值为主导,占总价值的88.94%;科研教育服务价值仅占总价值量的0.47%,但其价值不可忽视。[结论]大九湖湿地生态系统服务总价值量突显了湿地保护的重要性,在一定程度上,湿地萎缩和功能退化与人类社会对湿地生态服务功能的认识程度有着密不可分的联系。

不同沼泽地对神农架大九湖湿地土壤—植被碳氮磷化学计量比的影响

湿地生态系统碳氮磷(C、N、P)生态化学计量比已成为当前探索群落生态动态过程的热点.然而,人类活动对沼泽湿地生态化学计量比的影响规律及其影响机制尚未明确.以神农架大九湖沼泽湿地为研究对象,探索植被—土壤碳氮磷生态化学计量比及其对人类活动的响应规律,以期为该区域湿地保护恢复提供决策支撑.研究表明:随着人类活动的影响,与泥炭沼泽比较,放牧区沼泽草甸和退耕区沼泽草甸土壤碳、氮、磷含量及其碳磷比、氮磷比显著降低(50%~90%),对碳氮比无显著影响.旅游干扰区沼泽除了显著降低土壤氮磷比外,其它无显著变化.放牧区沼泽草甸、退耕区沼泽草甸植被磷含量较泥炭沼泽和旅游区沼泽明显增加(40%~130%),植被碳、氮含量之间无明显差异.与泥炭沼泽比较,旅游区沼泽、放牧区沼泽草甸和退耕区沼泽草甸植被碳磷比显著降低(30%~50%),但植被碳氮比和氮磷比数据组之间无显著差异.植被—土壤生态化学计量比分析结果显示,氮磷比数值均小于阈值14,表明了该区域泥炭沼泽、草甸生态系统植被生长发育受到氮元素的限制,可能导致沼泽趋向富磷植被生长,为该区域沼泽湿地应对气候变化和氮沉降的研究提供理论支撑.

神农架湿地泥炭测评及其生态开发保护

对神农架大九湖湿地泥炭资源进行了调查、采样、检测与评价。结果表明,神农架泥炭有机质含量>70%,腐殖酸含量>30%,胡敏酸/富里酸(百分含量比)>5.0,水解氨基酸含量为7%,可用于医药、保健等系列生物制品的开发。

神农架大九湖湿地保护与利用研究

神农架大九湖湿地是我国亚热带地区不可多得的亚高山沼泽泥炭湿地,具有独特性、稀有性,其下游堵河是南水北调中线工程水源地丹江口库区的支流之一。大九湖湿地经历了多次大规模的开发,生态环境发生了巨大变化。通过实地调查和查阅相关文献资料,研究了大九湖湿地保护存在的主要问题,分析了湿地保护与恢复的重要意义,提出了湿地保护、恢复与利用的主要措施。

神农架大九湖泥炭藓Sphagnum palustre沼泽特征分析

在实地调查的基础上 ,本文对神农架大九湖泥炭藓沼泽的植被组成 ,群落学特征 。

神农架国家公园大九湖湿地体验式科普创意研究——以神农架大九湖湿地馆设计改造为例

以神农架国家公园大九湖湿地良好的生态环境和多样化湿地景观为基础、以湿地的科普宣教、湿地功能利用、弘扬湿地文化等为主题,结合已建成的神农架大九湖湿地馆现状展开创意研究。神农架国家公园大九湖湿地公园作为一种特殊的公园类型,因其资源的特殊性而拥有独特的功能,不仅承担着类似一般性公园的游憩功能,而且还承担着类似自然保护区的生态功能。湿地公园通过科普宣教规划,达到普及湿地科学知识,弘扬湿地文化与地域文化,传播湿地修复与保护技术和促进社会环保意识加强的目的。

湖北省神农架大九湖湿地异极藻科植物的初步报道

该研究对采自湖北省神农架大九湖湿地的硅藻标本进行观察,共鉴定异极藻科植物42个分类单位,隶属于3属36种5变种1变型.对优势种进行了详细的描述并分析了异极藻科植物种类的分布情况及生境特点.

神农架大九湖湿地浮游植物群落结构特征及营养状态评价

大九湖湿地是南水北调中线工程的重要水源涵养地之一.为了解实施生态修复工程后浮游植物群落结构特征及水质营养状态,于2014年11月-2015年9月进行了3次采样调查,综合营养状态指数表明水质处于中营养和轻度富营养化之间,水质富营化水平沿水流方向呈降低趋势;共采集浮游植物8门129种,11月优势种为绿藻门的四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)和硅藻门的颗粒直链藻(Melosira granulata)、短缝藻(Eunotia sp.);5月优势种为蓝藻门的纤细席藻(Phormidium tenue)、绿藻门的四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)和球衣藻(Chlamydomonas globosa Snow)、硅藻门的短线脆杆藻(Fragilaria brevistriata);9月优势种为蓝藻门的拟柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)、小形色球藻(Chroococcus minor)和泽丝藻(Limnothrix redekei),优势种主要为中污带指示种.冗余分析表明总磷和总氮浓度对浮游植物丰度变化有显著影响,温度和总磷浓度对浮游植物生物量有显著影响,蓝藻门和绿藻门的丰度和生物量均与总磷浓度呈正相关.