Short-term effects of fire disturbance on CH4 emission from forested wetlands in the Xiaoxing’an Mountains, Northeast China

Using static chamber gas chromatography, we determined the seasonal dynamics, controlling factors, and distribution patterns of forest swamp CH4 levels and related environmental factors (temperature, water level) after fire disturbance in the Xiaoxing’an Mountains. The results showed the following: during the growing season, the annual CH4 emission distribution ranged from - 0.001 ± 0.012 to 22.373 ± 3.650 mg m^-2 h^-1;mild fire caused the swamp CH4 emission flux of tussock, shrub, Alnus sibirica and birch swamp to increase by 56.0–524.7%;at low water levels, temperature had a significant influence on the swamp type, and the correlation between the methane emission flux and temperature was significantly strengthened;after a fire disturbance, methane emissions from all types of marsh were highest in summer and second highest in autumn, with a weak absorption in spring;and along the water environment gradient of the transition zone, the CH4 emission flux presented a decreasing trend in its spatial distribution pattern.

吉林东部山地沼泽湿地土壤碳、氮、磷含量及其生态化学计量学特征

湿地土壤有机碳、氮和磷含量变化显著影响着湿地生态系统的生产力。为阐明吉林东部山地沼泽湿地土壤养分的空间分布特征,以吉林省敦化市4种典型山地沼泽湿地：落叶松-苔草湿地（T1）、莎草湿地（T2）、小叶章-甜茅湿地（T3）和沼泽化草甸湿地（T4）为研究对象,研究了土壤有机碳、全氮和全磷含量及其化学计量比的空间分布特征及影响因素。结果表明：4种山地沼泽湿地类型土壤有机碳、全氮、全磷含量均值分别为343.11 mg/g、28.03 mg/g和4.00 mg/g,变异系数为有机碳（9.26%）〈全氮（16.52%）〈全磷（48.64%）。在0-40 cm土层内,T1、T2和T3土壤有机碳、全氮、全磷含量随土壤深度的增加呈先增加后减少的趋势,在10-20 cm土层出现累积峰;T4土壤有机碳、全氮、全磷含量随土壤深度的增加而减少。

长白山森林/沼泽生态交错带群落和环境梯度分析

揭示了森林 沼泽过渡带群落的结构、生产力、植物多样性等群落梯度和交错带环境梯度的相关规律 ,并结合交错区环境梯度分析这些群落特征形成机制 ,为维持、保护与经营管理这一交错带生物资源提供了理论依据 .将长白山地区森林和高、中、低位沼泽所形成的三大类型过渡带作为研究对象 ,采用样带网格的调查方法 ,并应用系统软件分析方法建立了经验回归模型 ,研究了森林 /沼泽生态交错带群落的种类组成、群落建群种径级结构与年龄结构、植物多样性、群落生产力及其随生态交错带环境梯度变化趋势 .结果表明 ,森林 /沼泽生态交错带群落结构特征、植物多样性、群落生产力均随着交错带环境梯度的变化而呈现有规律的分布格局 .沿着沼泽至森林方向的交错区环境梯度 ,群落建群种发生更替现象 ;群落种类数目呈现指数递增趋势 ;群落的径级结构呈现双曲线分布规律性 ;年龄结构一般呈三次式分布规律 ;植物多样性呈二次式递增分布趋势 ;群落生物量均呈现三次式函数曲线递增趋势 。

小兴安岭地区天然沼泽林生产力与植被碳密度

采用样带网格调查法和标准木解析法,研究了小兴安岭地区不同类型天然森林沼泽群落的树种组成结构、径级分布、蓄积量、生物量和生产力,并估算碳密度。定量评价了该地区天然沼泽林群落的生产力现状及碳密度水平,为东北地区乃至全国森林生态系统碳储量的估算提供可靠的科学依据。研究表明:不同类型的天然沼泽林均以中、小径级林木占优势;蓄积量和生物量均呈现出落叶松—藓类沼泽>落叶松—苔草沼泽>白桦沼泽>毛赤杨沼泽>落叶松—泥炭藓沼泽;生产力呈现出落叶松—藓类沼泽与落叶松—苔草沼泽相差不大,均高于毛赤杨沼泽,其次为白桦沼泽,而以落叶松—泥炭藓沼泽为最低;除落叶松—泥炭藓沼泽外,其他各沼泽林的碳密度均高于黑龙江省天然林碳密度及全国森林植被碳密度水平。

大兴安岭林区沼泽-森林人工造林效果综合评估

采用样带网格调查方法，研究大兴安岭22年生人工兴安落叶松沼泽林的群落结构、蓄积量、植物多样性及其沿沼泽-森林过渡带水分环境梯度的变化规律，并与天然沼泽森林进行对比分析，结合经济效益及环境影响，对沼泽-森林人工造林效果进行综合评估，提出沼泽-森林的分类经营模式。结果表明：1）天然沼泽林群落建群种沿沼泽-森林过渡带环境梯度发生明显的更替，而人工落叶松沼泽林均以落叶松为优势种；天然沼泽林的垂直结构比人工落叶松沼泽林完整；2）人工落叶松沼泽林的蓄积量沿着沼泽到森林方向的环境梯度呈增加趋势（4．3497～6．99050·hm^-2a^-1），而天然沼泽林呈减少趋势（6、6898～1、41180·hm^-2a^-11；3）人工落叶松沼泽林的物种丰富度指数较相应生境地段天然沼泽林提高9～25种，而其Shannon-Wiener多样性指数和Jsw均匀度指数却较天然沼泽林下降了0，2214～0．8582和0．2343～0．4042；4）人工落叶松沼泽林的地下水位和泥炭层厚度较天然沼泽林有所下降（分别下降15．5～36．1cm和9．6～25．2cm）；5）在沼泽-森林过渡带内培育落叶松人工林可获得较高经济效益（投入产出比为1：2，4～1：9．6）；6）沼泽森林的分类经营模式为：典型草本沼泽生境应保持原始状态，沼泽-森林过渡带的中下部生境应培育毛赤杨沼泽林，过渡带的中上部生境可以培育人工落叶松沼泽林。

不同恢复途径对大兴安岭森林沼泽群落结构与生产力的影响

采用样带网格调查方法和标准木解析法,研究了大兴安岭林区天然森林沼泽群落、演替森林沼泽群落和人工森林沼泽群落的树种组成结构、径级分布、蓄积量、生物量、生产力及其沿过渡带环境梯度的变化规律,定量评价了人工造林途径和自然演替途径的恢复效果,以探讨退化森林沼泽群落的有效恢复途径,为退化森林湿地生态系统的恢复与重建提供科学依据。研究表明:演替群落与天然群落建群种沿森林沼泽过渡带环境梯度具有明显更替规律性,人工森林沼泽群落建群种却比较单一;演替群落与天然群落的径级分布均以较小径级林木占绝对优势,人工群落径级分布却以较大径级林木占优势地位;演替群落(6.006～1.316m3/hm2)与天然群落(6.690～2.137m3/hm2)的蓄积生产力沿沼泽至森林方向过渡带环境梯度呈递减趋势,人工群落蓄积生产力(4.350～6.991m3/hm2)则呈递增趋势;演替群落(453.7～113.0g·a-1·m-2)与天然群落(335.7～195.6g·a-1·m-2)的生产力沿沼泽至森林方向过渡带的环境梯度呈递减趋势,人工群落(198.8～334.0g·a-1·m-2)的生产力呈递增趋势。干扰森林沼泽群落生产力与天然沼泽林群落生产力有所不同,并与干扰后的恢复途径和森林沼泽过渡带的环境梯度存在密切的相关性。

小兴安岭阔叶林沼泽土壤CO_2、CH_4和N_2O排放规律及其影响因子

采用野外静态箱-气相色谱法,研究了小兴安岭典型阔叶林沼泽生长季节土壤CO2、CH4和N2O排放季节变化规律、源/汇功能及主要影响因子。结果表明:①苔草沼泽、毛赤杨沼泽和白桦沼泽生长季节土壤CO2、CH4、N2O排放分别集中在夏季、夏秋季、春夏季,平均排放通量依次为487.89、382.27、514.63 mg.m-2.h-1,1.88、1.03、0.04 mg.m-2.h-1,3.70、58.61、11.73μg.m-2.h-1。②三者生长季节土壤CO2排放通量与气温和0-20 cm土壤温度均呈显著正相关;苔草沼泽CH4排放通量与30-40cm土壤温度呈显著正相关,毛赤杨沼泽CH4排放通量与地表温度呈显著负相关;白桦沼泽N2O排放通量与地表温度呈显著正相关。苔草沼泽N2O排放与水位呈显著负相关;毛赤杨沼泽CH4排放与水位呈显著正相关;白桦沼泽CO2排放与水位呈显著负相关。③三者生长季节土壤均为CO2、CH4、N2O排放源(17.56、13.76、18.53 t.hm-2;67.54、37.05、1.30 kg.hm-2;0.13、2.11、0.42 kg.hm-2),三者CO2排放量相近(5.5%-21.6%);苔草沼泽为CH4的强排放源,毛赤杨沼泽为中排放源,白桦沼泽为弱排放源;毛赤杨沼泽为N2O的强排放源,白桦沼泽为中排放源,苔草沼泽为弱排放源。

长白山毛赤杨和白桦-沼泽生态交错带群落生物量分布格局

采用样带网格、树干解析和经验模型方法 ,研究了长白山毛赤杨和白桦 沼泽交错群落生物量分布格局 ,揭示群落建群种生长过程、器官生物量分布、群落生物量水平分布和垂直分布规律性 .结果表明 ,毛赤杨和白桦在生长过程及适宜生境方面存在差异 .毛赤杨生长速度是白桦的 2～ 3倍 ,随交错区环境梯度旱化 ,其生长呈减缓趋势 ,而白桦生长呈加快趋势 ,故白桦是耐水湿树种 ,毛赤杨是喜湿树种 .毛赤杨和白桦个体营养器官生物量表现出相似的分布规律 .两者营养器官生物量分布格局为树干 1/ 2、树根 1/ 4、树枝 1/ 10、树皮 1 5 / 2 0、树叶 1/ 2 0 .乔木层生物量占群落生物量的 87%～ 90 %、灌木层占 7%～ 9%、草本层占 2 %～ 3% .

小兴安岭草本泥炭沼泽土壤有机碳、氮和磷分布特征

对小兴安岭草本泥炭沼泽湿地土壤有机碳、氮和磷含量分布特征进行研究。结果表明:漂筏苔草湿地土壤有机碳含量最高,有机碳平均含量为438.40g/kg,平均碳密度为88.99kg/m3,碳储量为35.40kt/km2,且10～20cm碳含量高于其他土层。修氏苔草湿地土壤有机碳含量随土层加深而逐渐减少,平均碳含量为98.74g/kg,碳密度为56.27kg/m3,碳储量为20.03kt/km2。2类湿地土壤全氮、水解氮和速效磷垂直变化均表现为随土层加深而逐渐减少,漂筏苔草湿地土壤全氮、水解氮、全磷和速效磷含量均高于修氏苔草湿地,分别是修氏苔草湿地的271%、548%、132%和216%。漂筏苔草湿地40cm土层氮、磷储量分别是修氏苔草湿地的4.40和1.33倍。土壤有机碳与全氮、水解氮、全磷和速效磷呈极显著正相关(P<0.01),土壤有机碳、氮、磷均与土壤密度呈极显著负相关(P<0.01)。

长白山毛赤杨和白桦/沼泽交错带植物多样性分布格局

采用样带网格调查方法和香农—威纳多样性指数分析方法,研究长白山毛赤杨、白桦/沼泽交错带和干扰白桦/沼泽交错带植物多样性水平分布和垂直分布格局。结果表明:①毛赤杨、白桦/沼泽交错群落植物多样性随着交错区环境梯度变化呈现出凸型水平分布格局,其植物多样性指数为相应地段森林群落的1.5倍,沼泽群落的2～3倍。干扰白桦/沼泽交错群落植物多样性随着交错区环境梯度变化呈现出凹型水平分布格局,其植物多样性指数仅相当于相应地段沼泽群落或森林群落的80%左右,仅为毛赤杨、白桦/沼泽交错群落的70%;②毛赤杨、白桦/沼泽交错群落植物多样性呈现“金字塔型”垂直分布格局,其垂直分布格局是草本层(5):灌木层(3):乔木层(1)。而干扰白桦/沼泽交错群落植物多样性垂直分布格局为草本层(5):灌木层(0.4):乔木层(1),并未呈现典型“金字塔型”分布。因此,人为经营活动不仅降低了森林/沼泽交错带植物多样性水平,也改变了其分布格局。

长白山森林沼泽生态交错带群落演替规律研究(Ⅰ)——白桦沼泽群落演替规律研究

该文目的在于揭示长白山森林沼泽生态交错带群落的演替规律 ,以便为科学地保护和经营管理森林与湿地过渡带生物资源提供依据 .选择本区典型的白桦沼泽生态交错带为研究对象 .采用定量观测和建立经验回归模型的方法 ,研究群落建群种白桦生长过程和斑块动态、蒸腾排水作用的相关规律 ,预测白桦沼泽生态交错带演替进程 .研究结果表明 :随着群落建群种白桦生长加快、年龄不断增大 ,林分个体着生的微域斑块呈现三次式函数曲线增大 ,林分蒸腾排水作用按幂函数曲线增强 .随着群落的发育 ,斑块不断扩大和生物排水作用的增强 ,白桦沼泽交错群落在 5 0～ 6 0a内将会使交错带生境趋于中生化 。

小兴安岭典型泥炭沼泽土壤水分物理性质研究

对小兴安岭5类典型泥炭沼泽土壤水分物理性质进行对比研究,结果表明：落叶松-杜香-泥炭藓沼泽土壤容重最小,非毛管孔隙最高,持水性最好;漂筏苔草沼泽和油桦-笃斯越桔-修氏苔草沼泽次之,修氏苔草沼泽和白桦-油桦-小叶章沼泽相对较差。落叶松-杜香-泥炭藓沼泽0~40 cm平均土壤容重为0.06g.cm-3,非毛管孔隙31.69%,总孔隙度高达87.19%,平均土壤质量含水量、最大持水量、毛管持水量和最小持水量分别为1130.1%、1586.57%、1007.71%和882.70%,是对照林地的56.6倍、26.4倍、24.9倍和25.5倍。在5类泥炭沼泽中,白桦-油桦-小叶章沼泽0~40 cm平均土壤容重最高（0.74 g.cm-3）,总孔隙度最低（62.02%）,土壤各持水指标均最小,但其持水指标均显著高于对照林地。

寒温带岛状林沼泽土壤呼吸速率和季节变化

2011年生长季内利用静态箱-气相色谱法,研究了寒温带典型湿地白桦(Betula platyphylla)岛状林沼泽、兴安落叶松(Larix gmelinii)岛状林沼泽土壤呼吸速率的季节动态及其主要环境因子,利用壕沟隔断法对土壤呼吸各组分间的差异进行研究。结果表明:生长季白桦和兴安落叶松岛状林沼泽土壤呼吸速率具有明显的季节性规律,土壤呼吸总速率分别为368.60和312.46 mg m-2h-1,异养呼吸速率分别为300.57和215.70 mg m-2h-1,占土壤呼吸总速率的81.5%和69.0%;自养呼吸速率为68.03和96.76 mg m-2h-1,占土壤呼吸总速率的18.5%和31.0%。不同处理条件下的土壤呼吸在季节变化上表现基本一致,高峰期都发生在夏季;土壤呼吸与温度呈极显著相关性,但与土壤湿度的相关性较差。生长季白桦和兴安落叶松岛状林沼泽土壤呼吸总量分别为12.64和10.61 t/hm2。

火干扰对小兴安岭白桦沼泽和落叶松-苔草沼泽凋落物和土壤碳储量的影响

火干扰在湿地生态系统中起着重要的作用,尽管湿地占全球陆地生态系统很小一部分,却是陆地生态系统一个重要的碳汇。然而关于火干扰对我国小兴安岭森林沼泽生态系统土壤碳库影响的研究鲜有报道。因此选取两种森林沼泽典型地段进行土壤取样,研究火干扰对小兴安岭白桦(Betula platyphylla)沼泽和落叶松(Larix gmelinii)-苔草(Carex schmidtii)沼泽地表凋落物和土壤碳储量(0—50 cm)的影响。研究结果表明:①重度火烧使得白桦沼泽地表凋落物量和碳储量降低了36.36%(0.50 kg/m2)和35.52%(0.23 kg C/m2),而轻度火烧无显著影响;轻度火烧和重度火烧落叶松-苔草沼泽地表凋落物量和碳储量分别减少了45.32%(0.99 kg/m2)和44.66%(0.42 kg C/m2)、50.42%(1.10 kg/m2)和49.71%(0.47 kg C/m2);②白桦沼泽和落叶松-苔草沼泽两者对照样地、轻度火烧样地、重度火烧样地的土壤碳储量(0—50 cm)分别为(23.55±6.34)kg C/m2、(18.50±8.16)kg C/m2、(32.50±7.22)kg C/m2和(20.89±2.59)kg C/m2、(23.52±16.03)kg C/m2、(21.75±6.60)kg C/m2,然而火干扰对两种森林沼泽土壤碳储量(0—50 cm)影响不显著。研究结果可为我国东北开展森林湿地计划火烧和碳管理提供理论依据。

小兴安岭退化沼泽湿地植被恢复技术

以黑龙江省友好国家级自然保护区火烧、放牧和垦殖3种干扰类型退化森林沼泽湿地为研究对象,应用样地调查法和挖掘法对植物生长指标进行调查,分析不同栽植模式对退化沼泽湿地植被的恢复效果。结果表明:在火烧干扰湿地中,栽植红皮云杉纯林是最好的植被恢复模式,栽植3年成活率为89%,其他植被恢复模式的树木成活率都很低。在放牧干扰湿地中,红皮云杉纯林、落叶松纯林模式和红皮云杉与落叶松混交林的造林模式恢复效果好,3年平均成活率分别为94%、79%、85.5%。在垦殖干扰湿地中,栽植红皮云杉、落叶松纯林模式或红皮云杉与落叶松混交林的造林模式恢复效果好,3年平均成活率分别为92%、85%、83%。沙棘在3种退化森林湿地中3年成活率均低于36%,不适合在以上的退化湿地中进行培植。因此,在小兴安岭干扰火烧退化湿地、放牧退化湿地以及垦殖退化湿地植被恢复中,应选择以红皮云杉、落叶松为主的恢复树种。

不同恢复途径对小兴安岭森林沼泽过渡带植物多样性影响

采用样带网格调查法与α多样性指数分析法,对小兴安岭天然、采伐、火烧、造林森林沼泽过渡带群落、草本层、灌木层和乔木层的物种丰富度、多样性指数及其沿过渡带环境梯度的变化规律进行研究,以便评价不同恢复途径对森林沼泽过渡带植物多样性的影响效果,探讨退化森林沼泽生态系统恢复与重建的有效途径。结果表明:天然、采伐、火烧、造林森林沼泽过渡带群落物种丰富度依次分布在25～37、16～39、21～29和19～36之间,干扰使其群落物种丰富度依次下降了37.4%、21.1%和11.3%;天然、采伐、火烧、造林森林沼泽过渡带群落物种多样性指数依次分布在1.5931～1.9488、0.4607～1.3674、0.6365～1.2235和1.4000～1.9575之间,干扰使其群落物种多样性依次下降了60.5%、48.9%和14.6%;天然、采伐、火烧、造林森林沼泽过渡带草本层、灌木层和乔木层物种多样性指数依次分布在1.5762～1.8157、0～1.2673、0.2895～1.1720,0.3008～0.9927、0.5539～1.2327、0.4034～0.7522,0.6322～1.0937、0.6365～1.3514、0～0.1223,1.3157～1.8565、0.2712～0.8909、0.1175～0.6559之间,干扰森林沼泽过渡带草本层、灌木层和乔木层物种多样性分别较天然过渡带有所减少或增加(-67.7%、+26.3%、-28.6%,-51.5%、+67.2%、-88.9%,-19.0%、-18.4%、-23.1%)。总体上看天然森林沼泽过渡带物种多样性最高,人工造林途径与之较接近,而采伐、火烧干扰后自然演替恢复效果相对较差。

热释光:一种冻土区天然气水合物地球化学勘查新技术

开发不受沼泽微生物影响的地球化学勘查技术是提高中纬度冻土区天然气水合物探井预测成功率的重要课题之一。选择在祁连山聚乎更天然气水合物已知区进行土壤热释光勘查技术实验。实验区为高寒沼泽景观,面积150 km^2,采样密度2点/km^2,采样深度60 cm,采集土壤样品300件,应用热释光测量仪对土壤样品进行了热释光分析。实验结果表明,天然气水合物矿藏上方出现天然热释光高值异常,与烃类异常浓度范围一致,为顶部异常模式。结合地质和地球化学勘查成果对异常进行了综合解释,认为祁连山聚乎更地区天然气热释光异常与天然气水合物矿藏关系密切,源于深部水合物矿藏。研究对天然气水合物的进一步调查具有重要的参考价值。

一种冻土区天然气水合物地球化学勘查新技术——惰性气体氦氖分析

开发不受沼泽微生物影响的地球化学勘查技术是提高中纬度冻土区天然气水合物探井预测成功率的重要课题之一。本文选择在祁连山聚乎更天然气水合物已知区进行惰性气体勘查技术实验,研究了氦氖的测试方法,实验区为高寒沼泽景观,面积150km^2,采样密度2点/km^2,采样深度60cm,采集土壤顶空气样品300件和DK-3井岩芯样品400件,应用色谱反吹技术对顶空气样品进行了惰性气体氦氖的分析。结合地质和地球化学勘查成果进行了综合解释,认为惰性气体异常与天然气水合物矿藏关系密切,与烃类异常浓度范围一致,为顶部异常模式。实验区天然气水合物矿藏11个水合物发现井有10个位于He、Ne异常内,1个井位于异常外。分析了天然气水合物岩芯顶空气轻烃和氦氖指标的垂向分布特征,提出了天然气水合物矿藏上方土壤惰性气体的地气迁移机理。研究区近地表氦氖异常源于深部水合物矿藏和断裂构造,不受沼泽微生物的影响,是冻土区天然气水合物勘查的一种有效技术。

大兴安岭森林火灾对沼泽土壤的影响

通过对大兴安岭“6·5”森林火灾后沼泽土壤变化的研究表明,火灾对土壤的土体构型、物理性质、化学性质及微生物特征均产生了不同程度的影响,并且有利于沼泽土壤的发生发育.

南岭东部江西定南大湖湖沼沉积特征研究

在实地考察基础上,订正了前人关于江西定南大湖湖沼的地理坐标.最新钻孔岩芯显示,该地发育了多层泥炭、炭化淤泥与淤泥互层沉积,厚度可达9 m.年代测定表明,其埋深0.25-3.50 m的泥炭主要形成于末次冰消期-全新世;大于4 m的大湖泥炭沉积主要形成于末次间冰阶或深海氧同位素3阶段.钻孔总有机碳（TOC）、腐殖化度和干密度等气候代用指标的结果反映出泥炭发育阶段,气候相对干旱;而淤泥沉积阶段气候相对湿润.