不同水位管理对恢复泥炭地土壤CO_(2)、CH_(4)排放的影响

泥炭地水文条件影响泥炭地生物地球化学循环,控制和维持着泥炭地生态系统的结构和功能,是泥炭地生态恢复的重要前提。然而,目前关于恢复泥炭地土壤碳排放对不同水位的响应尚不明确。以长白山区天然(NP)、退耕(DP)及实施不同水文管理的恢复泥炭地(低水位(LR)、高水位(HR)与高低交替水位(H-LR))为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对研究区泥炭地进行生长季(6—10月)土壤CO_(2)、CH_(4)排放监测。结果表明:温度和水位变化是研究区泥炭地土壤CO_(2)、CH_(4)排放季节变化的主控因子。H-LR受水位控制的影响,生长季土壤CO_(2)排放速率波动剧烈,其它水位管理恢复区土壤CO_(2)排放速率呈单峰型排放模式,且均与近地表温度呈指数相关(P<0.05)。除HR外,土壤CO_(2)排放速率与水位呈显著负相关(P<0.05)。生长季,研究区HR土壤CH_(4)排放速率呈双峰型,H-LR与NP的土壤CH_(4)排放呈单峰型,与近地表温度呈指数相关(P<0.05),LR水位与CH_(4)排放速率显著正相关(P<0.05)。研究区不同水位管理恢复泥炭地土壤碳排放差异显著,虽然HR的土壤CO_(2)-C累积碳排放量显著低于其它水位恢复区,但其土壤CH_(4)-C累积碳排放量和综合增温潜势显著高于其它水位恢复区(P<0.05)。LR的累积碳排放量显著低于退化泥炭地,且其综合增温潜势最低。因此,建议在泥炭地恢复初期将低水位管理作为短期策略,以更好地恢复泥炭地碳汇功能,减弱其增温潜势。

应用rioja软件包建立有壳变形虫-环境因子转换函数

应用R语言rioja软件包的加权平均(Weighted Averaging,WA)和加权平均偏最小二乘(Weighted AveragingPartial Least Squares,WA-PLS)模型建立了长白山区泥炭藓泥炭地有壳变形虫与水位埋深(depth to water table,DWT)、pH和泥炭湿度的转换函数,为古环境定量重建奠定了基础,也提供了rioja软件包应用的实例和参考。结果表明水位埋深以WA-PLS模型最佳(预测均方根误差RMSEP为7.39 cm,R2=0.74);对于pH和泥炭湿度,WA-PLS第一分量和WA.inv都产生了最小的RMSEP和较高的R2值。pH的RMSEP为0.18,R2为0.72。泥炭湿度的RMSEP为1.95%,R2为0.62。如果泥炭剖面的有壳变形虫种类组成与本研究的训练样本集相同,水位埋深、pH和泥炭湿度可以分别以±7.39 cm、±0.18和±1.95%的平均误差进行重建。

长白山区苔草泥炭沼泽植物物种多样性

本研究以长白山区典型苔草沼泽为对象,分析了密丛型苔草(瘤囊苔草、乌拉草)沼泽和疏丛型苔草(毛苔草)沼泽的植物物种多样性。结果表明:3种苔草沼泽植物群落共有83个物种,隶属于36科59属。其中,乌拉草沼泽有71个物种,瘤囊苔草沼泽有61个物种,毛苔草沼泽有26个物种。密丛型苔草沼泽植物物种数和物种丰富度明显高于疏丛型苔草沼泽,且密丛型苔草沼泽草丘位置的物种数和物种丰富度均显著高于丘间位置;草丘的物种丰富度与草丘的高度、基面积和表面积均呈显著正相关,说明草丘对苔草沼泽的物种多样性维持功能具有重要作用。典范对应分析表明,草丘和丘间的水分、养分(有机碳、总氮、总磷、碳氮比)及枯落物厚度的差异是影响物种组成的主要环境因素。在密丛型苔草沼泽中,草丘微地貌主要通过增加表面积和生境异质性来促进沼泽植物物种多样性维持功能。鉴于其较高的物种多样性维持功能,密丛型苔草可以作为退化泥炭沼泽植被恢复的优选物种。

基于有壳变形虫的大兴安岭洛古河泥炭沼泽古水位定量重建

对采自大兴安岭北部洛古河泥炭地表层49cm泥炭剖面，基于137Cs法建立剖面年代框架，利用有壳变形虫指标，借助转换函数法定量重建过去近100年来的水位变化。具体可划分为3个阶段：1）1918~1951年泥炭地非常湿润，有壳变形虫以喜湿物种为主，如茄壳虫未定种（H. sp.）、瓶形梨壳虫（Nebela lageniforms）、齿口阿吉尼亚虫（Argynnia dentistoma）以及Archerella flavum等，缺少干燥种，水位埋深自12cm频繁大幅波动升高至23cm；2）1951~1982年仍较湿润，但已呈现变干的趋势，喜湿种类显著减少，以指示较湿润生境的凤蝶茄壳虫（Hyalosphenia papilio）、巧茄壳虫（Hyalosphenia elegans）、染色梨壳虫（Nebela tincta）为主，水位埋深大部分时间保持在22~24cm；3）1982~2013年泥炭地持续变干，指示湿润环境的物种基本消失，苔藓鳞盖虫（Assulina muscorum）、半空鳞盖虫（Assulina seminulum）占优势，指示干燥环境的长圆鳞壳虫（Euglypha rotunda type）、暧昧蛹壳虫（Corythion dubium）丰度增大，水位埋深自24cm持续降低至34cm。洛古河泥炭地持续变干是由于气温升高驱动还是降水减少驱动，或二者都有尚待研究。

吉林敦化臌囊薹草泥炭沼泽土壤甲烷产生速率和氧化速率

以地处长白山区的吉林省敦化市大石头镇东明林场臌囊薹草(Carex schmidtii)泥炭沼泽为研究对象,于2019年7月15日,采集臌囊薹草草丘、丘下和丘间0~10 cm、10~20 cm和20~30 cm深度的土壤样品,采用室内培养法,培养土壤样品,在连续培养的24 d中,从培养土壤样品的培养瓶中抽取气体样品,测定土壤甲烷的产生速率和氧化速率。研究结果表明,在实验的第24天,臌囊薹草草丘0~30 cm深度土壤的甲烷产生速率最大,为(156.55±83.37)μg/(g·d),在实验的第6小时,土壤甲烷氧化速率最大,为(1.38±0.11)μg/(g·d),二者显著高于丘下和丘间土壤,丘下和丘间土壤甲烷产生速率和氧化速率无显著差异;在垂直方向上,在实验的第24天,草丘10~20 cm深度土壤甲烷产生速率最大;在实验的第16天,丘间10~20 cm深度土壤甲烷产生速率最大;在实验的第12天,丘下0~10 cm深度土壤甲烷产生速率最大;草丘对土壤甲烷的氧化作用在甲烷释放过程中占主导地位,可以有效减少甲烷的排放量,对沼泽碳输出具有重要的调控作用。

地理来源与生物化学属性对泥炭地植物残体分解的影响

不同地理来源的泥炭地植物残体在同一环境中的分解速率一直缺乏比较研究。该研究沿纬度梯度,选择大九湖、哈泥和满归3处泥炭地,以三地的10种植物为分解材料,使用分解袋包装,埋藏于长白山哈泥泥炭地,开展为期1年的分解实验,研究地理来源及生物化学属性对泥炭地植物残体分解的影响。结果表明,如不考虑物种差异,从总体上看,随着纬度增加,3处泥炭地植物残体的初始氮(N)含量下降,初始木质素含量、碳氮比(C/N)和木质素/N上升。经一年分解后残体分解速率因植物类群不同而不同,桦木属(Betula)和薹草属(Carex)植物残体的干质量损失率均接近50%,远大于泥炭藓属(Sphagnum)植物(约为10%)。3处来源地植物残体干质量损失率总体上无差异,但比较同种植物残体发现,来自中纬度泥炭地哈泥的中位泥炭藓(S.magellanicum)的干质量损失率(19%)远高于来自高纬度泥炭地满归的(9%)。制约残体分解的因素因植物类群不同而不同,残体初始总酚/N是决定属间残体干质量损失率差异的重要指标。薹草属植物初始N含量和C/N与残体分解速率、泥炭藓属植物初始Klason木质素含量和总酚/N与残体分解速率均呈正相关关系。该研究一定程度上表明,若以纬度降低指代气候变暖,当前持续的气候变暖可能通过改变高纬度泥炭地的植物组成和植物的生物化学属性,来改变植物残体分解速率,进而影响泥炭地的碳汇功能。

烟气对泥炭藓孢子萌发影响的模拟研究

适量烟气能促进种子萌发,但对苔藓植物孢子的作用尚不清楚.选取采自长白山区泥炭地的粗叶泥炭藓和中位泥炭藓的孢蒴为试验材料,通过燃烧泥炭地植物产生烟气,制备烟溶液,分别与不同大小(大:直径为2.10～2.50 mm;小:直径为1.50～1.90 mm)以及不同保存时长(旧:4.3和6.3年;新:0.3年)的孢蒴进行两组双因素试验,经不同时长的烟溶液浸泡和萌发试验,模拟研究烟气、孢蒴大小和保存时长对苔藓植物孢子萌发的影响.结果表明:烟溶液浸泡影响孢子萌发,培养10 d时,不同时长的烟溶液浸泡均可使孢子的萌发率提高5倍以上,小孢蒴孢子的萌发率高;培养21 d时,仅适度浸泡(3 d)表现出促进萌发的作用,孢蒴大小对孢子萌发率无影响;烟溶液浸泡对长时间保存(4.3和6.3年)的孢蒴孢子萌发无促进作用.研究表明,适量烟气可加速新泥炭藓孢子以及小孢蒴孢子的萌发.在存在不定期火烧干扰的泥炭地中,与对种子植物的作用类似,烟气可能在苔藓植物种群的有性更新和种群维持中发挥重要作用.

气候变暖背景下泥炭藓泥炭地酚氧化酶和过氧化物酶活性的研究

泥炭地主要氧化酶在各个季节均会面临气候胁迫,但目前缺乏氧化酶特征及其对气候胁迫响应方面的数据。在实验增温条件下、泥炭藓藓坪区,沿狭窄的矿养-雨养泥炭地梯度,测定了酚氧化酶和过氧化物酶的活性。发现,不管季节和采样面积如何,泥炭藓的过氧化物酶活性均比酚氧化物酶活性高出1000倍以上。气温升高(平均1℃)使过氧化物酶活性增加(30%),但增温不改变酚氧化酶的活性。结果表明,泥炭地过氧化物酶活性的监测可作为反映气候变暖对泥炭地碳循环影响的一个合适的且有预见性的指标。

长白山西侧哈泥沼泽表面湿度的多指标记录及其可能的驱动因素

本文采用半定量化的植物大化石技术、腐殖化度分析和烧失量方法,重建长白山地哈泥沼泽表层50cm湿度变化过程,探讨控制沼泽表面湿度变化的主导因素,并试图揭示该地过去175年的气候变化,考察植物大化石在大陆性气候下的敏感性。根据^(210)Pb技术和AMS^(14)C定年法确定剖面年代。结果表明,哈泥沼泽表层50cm以泥炭藓泥炭为主,植物大化石除趋势分析揭示植被演替是由水位变化造成的,且3种指标揭示的哈泥沼泽表面湿度变化趋势基本一致,即从0~22cm(约公元1983~2008年)表面湿度明显偏大;22~34cm(约1925~1982年)处于干燥时期;34~50cm(约1834~1924年)沼泽表面湿度较高。通过与最近的靖宇站的气象数据和长春地区的湿润指数对比,发现3种指标重建的表面湿度与降水数据或者湿润指数比较吻合,与温度关系次之,沼泽表面湿度增大发生在夏季降水和年降水均高的年份。由此推测,降水可能是引起沼泽表面湿度变化的主要因素。结论也说明植物大化石和腐殖化度在大陆性气候条件下对沼泽表面湿度变化仍然反应敏感。

秸秆泥炭化处理的探讨

研究适宜的秸秆还田技术不仅有利于土壤肥力的保持,也可减少秸秆焚烧所导致的环境污染。泥炭是植物残体在高湿厌氧环境中长期累积形成的有机堆积物,是优良的园艺基质和土壤改良基质。研究和借鉴泥炭的形成过程,可为秸秆还田处理提供新的思路和方法,有助于秸秆高效利用。该文论述了秸秆还田的现状,并结合泥炭形成机理,初步探讨了秸秆泥炭化处理的可行性。

长白山区白江河泥炭地植被短期恢复实验

泥炭地是重要陆地碳库,在全球范围内大多面临退化问题。选择长白山区排水改造后的白江河泥炭地为研究地,采用水文恢复、小灌木去除和泥炭藓移植结合的技术,通过筑坝堵截排水沟、剪除金露梅和移植泥炭藓繁殖体以实现各3个水平的水位埋深、小灌木盖度和移植密度的手段,进行了短期恢复实验研究。结果表明:随着水位提升,泥炭藓定植盖度增大;移植密度不超过1∶10(采集∶移植面积比)的条件下,定植盖度随移植密度增大而增大;在浅水位埋深(5~30 cm)条件下,定植盖度随小灌木盖度增加而增加。研究表明,排水泥炭地的恢复项目中,在抬升水位的基础上,移植足量的泥炭藓繁殖体,适当移除小灌木,可提高泥炭地生态恢复的效率。

长白山老里克泥炭地过去2000年以来古水位定量重建

地下水位作为影响泥炭地形成和发育的关键因素之一,在泥炭地古环境研究中广受关注。本文以采自长白山老里克泥炭地(42°28'49.75"N,128°39'9.02"E;1470 m a.s.l.)100 cm的泥炭岩芯作为研究对象,通过210Pb/137Cs和AMS14C定年方法,建立剖面年代框架,以有壳变形虫为代用指标,定量重建该泥炭地古水位变化。重建结果表明,过去2000年老里克泥炭地整体湿润,经历了比较湿润→非常湿润→比较湿润的变化过程。根据有壳变形虫组合的约束聚类结果,具体可划分为以下3个阶段:1)5~150 A.D.(100~91 cm),泥炭地比较湿润,有壳变形虫主要以喜湿物种茄壳虫(Hyalosphenia sp.)、齿口阿吉尼亚虫(Argynnia dentistoma)、Archerella flavum为主,喜干物种苔藓鳞盖虫(Assulina muscorum)、小匣三角嘴虫(Trigonopyxis arcula)等较少,水位埋深保持在1.2~2.0 cm。2)150~1796 A.D.(91~28 cm),泥炭地非常湿润,地表长期保持1~4 cm积水,但积水深度呈不断变浅趋势。喜湿的茄壳虫(H.sp.)、盘状表壳虫(Arcella discoides type)占优势。3)1796~2017 A.D.(28~0 cm),泥炭地虽较前阶段已显著变干,但仍比较湿润,水位埋深自0.2 cm持续降至5.2 cm。适合中等湿润条件的针棘匣壳虫(Centropyxis aculeata type)、片口匣壳虫(Centropyxis platystoma type)占优势,喜湿的茄壳虫(H.sp.)大幅减少。老里克泥炭地古水位变化受内生过程和气候变化共同影响。

水文管理措施对长白山区恢复泥炭地土壤酶活性的影响

以长白山区天然泥炭地、不同水文管理的恢复泥炭地(高水位、高-低水位循环和低水位)及退化泥炭地(弃耕地)为研究对象,分析水文管理措施对恢复泥炭地表层土壤(0~10 cm)酶活性的影响及其驱动因素。结果表明:泥炭地土壤β-1,4-葡萄糖苷酶和β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶活性表现为天然泥炭地>恢复泥炭地>退化泥炭地;退化泥炭地土壤酸性磷酸酶活性显著低于天然泥炭地和恢复泥炭地;多酚氧化酶活性在天然泥炭地最低。在恢复泥炭地,随着恢复区管理水位的下降,土壤β-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶和酸性磷酸酶活性均逐渐降低,土壤多酚氧化酶活性表现为高-低水位循环恢复区最低。相关分析表明,土壤β-1,4-葡萄糖苷酶活性和β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶活性均与土壤有机碳、含水量、水位和全氮含量呈显著正相关,与pH和全磷含量呈显著负相关;土壤酸性磷酸酶活性与水位呈显著正相关,与pH和全磷含量呈显著负相关;土壤多酚氧化酶活性与土壤有机碳、含水量和全氮含量呈显著负相关。RDA分析表明,环境因子共可解释研究区土壤酶活性变异的81.2%,水位和土壤有机碳是影响研究区土壤酶活性的主控因子。适宜的水文管理措施能有效提高退化泥炭地土壤有机碳、氮等养分元素含量及土壤微生物酶活性,提升土壤的生态功能,加速生态系统功能的恢复。

黑龙江流域湿地过去百年水位变化历史及驱动机制

在黑龙江流域上游图强、中游友好和下游洪河湿地采集3个典型泥炭剖面，基于210Pb/137Cs法建立剖面年代学框架，利用有壳变形虫指标，借助转换函数法定量重建人类世以来流域湿地水位变化历史，并探讨其可能的影响因素。研究发现，黑龙江流域图强、友好和洪河湿地泥炭柱芯年代均涵盖了人类世的时间尺度，且不同区域湿地中有壳变形虫的物种组成呈现显著的空间差异。根据约束聚类结果，黑龙江流域湿地水位变化可划分为3个阶段：1）人类世早期（1915年左右），黑龙江流域湿地生境较为湿润，有壳变形虫以喜湿物种为主，如附石/泥炭藓截口虫（Heleopera petricola/sphagni）、凤蝶茄壳虫（Hyalosphenia papilio）等，但水位埋深逐渐增加，湿地生境呈现变干的趋势。区域气候变化是影响湿地水位变化的主要因素。2）1915～1990年左右，黑龙江流域湿地水位变化呈现显著的空间差异，图强湿地水位埋深显著降低，喜湿物种增加，以指示湿润生境的凤蝶茄壳虫（Hyalosphenia papilio）、针棘匣壳虫类（Centropyxis aculeata type）为主；而友好和洪河湿地水位埋深逐渐增加，湿地持续变干，指示湿润环境的物种显著减少，指示干燥环境的顶足法帽虫（Phryganella acropodia）、小匣三角嘴虫（Trigonopyxis arcula）、苔藓鳞盖虫（Assulina muscorum）丰度增大。图强和友好湿地因人类活动影响较弱，区域气候变化仍然是湿地水位变化的主要驱动因素，而洪河湿地水位则受人类活动的显著影响。3）1990年以来，黑龙江流域湿地水位变化因受人类活动的显著影响，上游和中游湿地水位埋深增加，湿地生境持续变干，顶足法帽虫（Phryganella acropodia）、苔藓鳞盖虫（Assulina muscorum）和半空鳞盖虫（Assulina seminulum）占优势；而下游湿地因农田开垦，农田退水使其水位埋深呈现降低的趋势。黑龙江流域人类世以来湿地水位变化受区域气候变化和人类活动的共同影响，在上、中和下游呈现出显著的空间差异。