闽江河口湿地围垦稻田对土壤铁碳结合特征的影响

土壤铁氧化物结合态有机碳是有机碳长期维持的主要途径,但其机理研究仍较为薄弱。为探究河口湿地围垦稻田对土壤铁碳结合特征的影响,本研究选择福建省闽江河口天然芦苇湿地与围垦稻田为研究对象,对两种类型土壤中的铁结合态有机碳(Fe-OC)及其相关指标进行测定与分析。结果显示:①芦苇湿地围垦稻田改变了土壤氧化还原过程,显著影响土壤中铁相的转化。围垦后土壤二价铁[Fe(Ⅱ)]、三价铁[Fe(Ⅲ)]、活性总铁含量(HCl-Fe_(t))及Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)分别显著下降了24.68%、52.56%、51.45%、35.68%(P<0.05)。游离态氧化铁(Fe_(d))与无定形态铁(Fe_(o))含量分别显著下降了21.64%和29.24%(P<0.05),络合态铁(Fe_(p))含量则有所增加。②芦苇湿地围垦稻田显著影响土壤碳固存,Fe-OC与土壤有机碳含量(SOC)在围垦稻田后分别显著下降了39.03%和18.42%(P<0.05);芦苇湿地与稻田土壤Fe-OC均主要以吸附途径结合,稻田土壤Fe-OC对土壤有机碳的贡献率(fFe-OC)显著高于芦苇湿地(P<0.05)。③土壤全氮、含水量、电导率、铁以及土壤有机碳、溶解性有机碳与Fe-OC呈显著正相关(P<0.01)。本研究可为退耕还湿、土壤碳增汇提供科学参考。

闽江河口芦苇与短叶茳芏湿地植物钴生物富集全年变化特征

河口湿地位于陆海相互作用地带,是痕量有益元素的重要源、汇或转换器.在当前河口复杂环境变化及人类活动影响下,探讨湿地植物痕量有益元素的生物富集特征具有重要意义.本研究选择闽江河口鳝鱼滩的典型芦苇湿地和短叶茳芏湿地为研究对象,探讨了不同湿地植物钴(Co)生物富集的全年变化特征及其主要影响因素.结果表明,研究区湿地土壤Co含量的全年平均值((13.47±1.50)mg·kg^(-1))明显高于福建省表层土壤的背景值(7.41 mg·kg^(-1)),存在中等程度富集.芦苇和短叶茳芏湿地不同土层Co含量的全年变化特征较为相似,二者在1—4月均骤然降低,在5—9月变化不大,而在10—12月均迅速增加;除0~10 cm土层外,后者10~60 cm土层的Co含量均显著高于前者(p<0.05).植物生长节律及土层深度是影响芦苇和短叶茳芏湿地土壤Co含量时空变化的重要因素.芦苇与短叶茳芏不同器官的Co含量及富集系数(BCF_(Co))均以根最高,说明根均是二者Co的重要富集器官;二者根、叶、立枯体的BCF_(Co)在1—6月均呈先增加后降低趋势,之后至12月则呈不同波动变化,这主要与二者生长节律以及其对Co的富集能力差异有关.芦苇与短叶茳芏湿地土壤均是Co的重要储库,其占植物-土壤系统Co储量的比例均超过99.7%.研究发现,短叶茳芏不同器官的Co含量、BCF_(Co)及储量均明显高于芦苇,说明其对于Co具有更强的生物富集能力.

氮负荷增强对闽江河口短叶茳芏湿地近地气层CH4浓度变化的影响

2021年3月—2022年2月,选择闽江河口鳝鱼滩的短叶茳芏湿地为研究对象,基于野外原位氮负荷增强模拟试验,探讨了不同氮负荷水平(N0,无氮负荷处理,0g·m^(-2)·a^(-1);NL,低氮负荷处理,12.5 g·m^(-2)·a^(-1);NM,中氮负荷处理,25.0g·m^(-2)·a^(-1);NH,高氮负荷处理,75.0 g·m^(-2)·a^(-1))对湿地近地气层甲烷(CH_(4))浓度时空变化的影响.结果表明,不同氮负荷增强条件下湿地近地气层的CH_(4)浓度呈现出不同的月动态变化特征;不同处理下的CH_(4)浓度均在氮负荷持续5个月后最低,在持续9个月后最高.随着氮负荷时间的延长,近地气层的CH_(4)浓度整体以NH处理最高((2.032±0.554)mL·L^(-1)),NL((1.937±0.618)mL·L^(-1))和NM((1.889±0.589)mL·L^(-1))处理次之,而N0处理最低((1.830±0.647)mL·L^(-1)).不同氮负荷处理下湿地近地气层的CH_(4)浓度在每次氮负荷后的1 h和3h整体低于氮负荷前,原因可能与每次氮负荷时的铵态氮(NH_(4)^(+)-N)与硝态氮(NO_(3)^(-)-N)输入比例以及输入时间有关.不同氮负荷水平下湿地近地气层的CH_(4)浓度整体均随高度增加而降低;除NL处理的CH_(4)平均浓度在0.3 m取得最高值外,其他处理的CH_(4)浓度均在0m最高.研究发现,氮负荷增强条件下湿地近地气层CH_(4)浓度的时间变化主要与土壤氮养分状况改变以及温度、Eh等主要因子的变化有关,而其垂直变化可能主要受风速和植物生态特征(株高、密度)的显著影响.

植物调节湿地CO_(2)和CH_(4)排放对淹水增强的响应

在闽江河口鳝鱼滩潮汐沼泽湿地设置有植物与无植物2种中宇宙,每种中宇宙设置对照(CK)、CK-20cm、CK-40cm 3种高程处理,以此模拟研究淹水增强对有无植物2种中宇宙的CO_(2)和CH_(4)排放通量的影响.结果表明,淹水增强未显著改变植物的总生物量和植物株高,但增加植物地下生物量,减少植物地上生物量.在有植物中宇宙中,土壤氧化还原电位(ORP)和溶解性有机碳(DOC)浓度随着淹水增强而增加.在无植物中宇宙中,DOC浓度也随着淹水增强而增加,但土壤ORP随淹水增强变化不显著.与CK相比,在CK-20cm和CK-40cm 2种高程处理中,有植物中宇宙中CO_(2)排放通量分别增加43%和61%,而CH_(4)排放通量则分别增加66%和84%.在无植物中宇宙中,CO_(2)和CH_(4)的排放通量随着淹水增强无显著变化.未来海平面上升50~100a内,有植被的潮汐沼泽湿地综合增温潜势会增加,土壤有机碳储量会显著下降;无植被的潮汐沼泽湿地综合增温潜势将下降,土壤有机碳储量不会显著改变.

氮负荷增强对闽江河口湿地植物-土壤系统硫分布及其转运特征的影响

选择闽江河口典型短叶茳芏(Cyperus malaccensis)湿地为研究对象,基于野外原位氮(N)负荷增强模拟实验,探讨了不同氮负荷梯度下(NL0(对照处理):0 g·m^(-2)·a^(-1);NL1(低氮处理):37.5 g·m^(-2)·a^(-1);NL2(中氮处理):50 g·m^(-2)·a^(-1);NL3(高氮处理):100 g·m^(-2)·a^(-1))湿地植物-土壤系统硫分布及其转运特征.结果表明,不同氮负荷处理下湿地土壤的TS含量整体表现为NL3>NL2>NL0>NL1(p<0.05).相较于NL0处理,NL2和NL3处理下的TS平均含量分别增加了10.02%和37.25%,而在NL1处理下其值降低了38.07%.植被生态特征是影响不同氮负荷处理下土壤TS含量分布的共性因素,而高氮负荷处理下的土壤TS含量还受到pH和EC变化的影响.氮负荷增强条件下植物不同器官的TS含量均发生了明显变化,除NL3处理下根与茎的TS含量较NL0处理升高外,其它氮负荷处理下(NL1和NL2)的各器官TS含量均降低.不同氮负荷处理下湿地植物-土壤系统的硫储量整体表现为NL3>NL2>NL0>NL1,土壤是硫库的主体;不同氮负荷处理下植物不同部分的硫储量均低于NL0处理,原因可能与氮负荷增强条件下植物的“自疏效应”以及其对硫养分的吸收与转运有关.研究发现,尽管氮负荷增强并未改变湿地植物-土壤系统的硫分配格局,但其明显改变了植物的硫养分分配状况.短叶茳芏在低氮和中氮负荷条件下可能将更多的硫养分优先分配给根系,并通过拓展地下空间和提高地下生物量的方式来适应氮负荷环境;但在高氮负荷条件下,其可能将更多硫养分优先分配给茎,并通过拓展地上空间的方式来适应氮负荷环境.

闽江河口互花米草残体异位分解及磷养分释放特征

潮汐涨落导致的植物残体异位分解是河口湿地最常见的分解方式,研究分解环境变化下残体的分解及其养分释放对深入了解河口湿地养分循环具有重要意义。为此,2021年3–12月,在闽江河口互花米草(Spartina alterniflora)分布区,以自然环境梯度作为分解环境变化研究的替代系统,由陆向海方向布设入侵7年的互花米草湿地(M7,残体记为L7)、新近入侵1年的互花米草湿地(M1,残体记为L1)以及入侵前的光滩(BF)3个分解样地,采用分解袋法模拟研究了分解环境变化对不同入侵年限互花米草残体(L7和L1)分解及磷养分释放的影响。结果表明,分解环境变化可对残体分解速率产生显著影响。L7在M1和BF环境中的分解相比其在原来环境中(M7)更快,而L1在M7和BF环境中的分解相比其在原来环境中(M1)更慢。分解环境变化导致的L7或L1分解速率的改变一方面取决于分解环境中关键环境因子(温度和p H)的变化,另一方面与分解环境变化导致的残体质量(碳氮比和氮磷比)发生改变有关。相较于原分解环境,分解环境的变化导致L7的总磷(TP)含量整体增加,而L1的TP含量降低,但二者TP含量均在M1分解环境中最高。残留率是影响不同分解环境下残体TP含量变化的共性因素,而分解环境变化引起的主要环境因子(电导率)和残体质量改变是导致TP含量存在差异的重要原因。不同分解环境下L7和L1的磷养分在分解期间均表现为不同程度的净释放。研究发现,L7和L1的分解速率及磷养分释放量均在M1分解环境中较高,说明残体在该分解环境中的磷养分归还速率可能更快,而这有利于提高对新近入侵互花米草的磷养分的供给能力。

不同氮负荷水平下闽江河口芦苇残体分解及硫养分释放特征

河口湿地是响应全球气候变化和人类活动最为敏感的生态系统之一,是外源氮的一个重要“汇”,其对于残体分解及生源元素释放过程可产生深刻影响.作为湿地重要的生源元素之一,硫在植物生长发育以及维持湿地稳定性方面扮演着重要角色.在当前闽江河口氮负荷增强背景下,探讨残体分解及硫养分释放特征对氮负荷增强的响应具有重要意义.为此,2021年3月—2022年12月,选择闽江河口芦苇(Phragmites australis)湿地为研究对象,基于野外氮负荷增强模拟试验,探讨了不同氮负荷水平下(NL0,对照处理,0 g·m^(-2)·a^(-1);NL1,低氮处理,12.5 g·m^(-2)·a^(-1);NL2,中氮处理,25.0 g·m^(-2)·a^(-1);NL3,高氮处理,75.0 g N·m^(-2)·a^(-1))芦苇残体分解及硫养分释放特征.结果表明,不同氮负荷处理下残体的分解速率在分解期间(0~630 d)整体表现为NL3(0.00255 d^(-1))>NL2(0.00252 d^(-1))>NL1(0.00219 d^(-1))>NL0(0.00194 d^(-1));相较于NL0处理,NL1、NL2和NL3处理下的分解速率分别增加了12.89%、29.90%和31.44%.尽管NL1和NL3处理对0~270 d的残体分解可产生一定的抑制作用,而该抑制作用在270~630 d又转变为促进作用.不同氮负荷处理下残体中的TS含量在分解期间均呈波动增加趋势,其中NL1处理下残体的TS含量整体高于NL0处理,但NL2和NL3处理下的TS含量整体低于NL0处理.随着氮负荷水平的升高,影响残体TS含量变化的关键因子由NL0处理下的N/S(R^(2)=0.869,p<0.01)转变为NL1处理下的残留率(R^(2)=0.883,p<0.01),而在NL2处理下又转变为C/S(R^(2)=0.769,p<0.01);但在NL3处理下,其TS含量变化主要受残留率、C/N和pH的共同影响(R2=0.958,p<0.05).不同氮负荷处理下残体中的硫养分在0~180d均表现为不同程度的净释放;但在180~630 d,NL0和NL1处理表现为不同程度的净累积,而NL2和NL3处理表现为不同程度的净释放.研究发现,中、高氮负荷条件下芦苇残体的分解速率较高,且随着分解时间的延长,其更有利于残体中硫养分的归还,而这将加速湿地的硫生物循环.

氮负荷增强对闽江河口芦苇湿地表层土壤磷赋存形态动态变化的影响

2021年3—9月,选择闽江河口鳝鱼滩的芦苇湿地为研究对象,基于野外氮负荷增强模拟试验,探讨了不同氮负荷水平下(N_(Nt),对照处理,0 g·m^(-2)·a^(-1);N_(Lt),低氮处理,12.5 g·m^(-2)·a^(-1);N_(Mt),中氮处理,25.0 g·m^(-2)·a^(-1);N_(Ht),高氮处理,75.0 g·m^(-2)·a^(-1))湿地表层土壤磷赋存形态的动态变化特征.结果表明,不同氮负荷水平下表层土壤中的活性磷(Resin-P、NaHCO_(3)-P_(i)、NaHCO_(3)-P_(o))、中等活性磷(NaOH-P_(i)、NaOH-P_(o)、Sonic-P_(i)、Sonic-P_(o))和闭蓄态磷(HCl-P_(i)、Residual-P)含量均呈现出不同的动态变化,其中活性较高的无机磷(NaHCO_(3)-P_(i)、NaOH-P_(i)、Sonic-P_(i))含量均在4—6月相对较高且变化一致,而在6—9月均呈降低趋势;但活性有机磷(NaHCO_(3)-P_(o)、NaOH-P_(o)、Sonic-P_(o))的含量变化整体与之相反.氮负荷增强整体增加了表层土壤中的活性磷、中等活性磷和闭蓄态磷含量.相较于N_(Nt)处理,N_(Lt)、N_(Mt)和N_(Ht)处理下的活性磷含量分别增加了4.56%、13.28%和3.00%,中等活性磷含量分别增加了5.28%、1.77%和2.51%,而闭蓄态磷含量分别增加了6.05%、9.00%和4.87%.不同氮负荷水平下表层土壤中各形态磷含量的动态变化一方面与土壤氮养分(特别是NH_(4)^(+)-N)和pH的变化有关,另一方面还可能与研究时段内的芦苇生长节律以及植物-土壤之间的磷养分供给关系密切相关.研究发现,湿地土壤活性磷、中等活性磷和闭蓄态磷含量均在低氮(N_(Lt))或中氮(N_(Mt))负荷水平下增加明显,但在较高氮负荷水平下(N_(Ht))增幅不大,说明中低氮负荷水平更有利于维持土壤有效磷库的稳定,并可提高土壤的供磷能力.

外源氮输入对闽江河口芦苇湿地土壤硅含量的影响

河口湿地是各种物理化学生物及地质过程最为集中和活跃的区域,对大气氮沉降的响应比较敏感.当前闽江河口氮负荷增强的问题不断突显,研究外源氮输入对湿地土壤硅含量的影响有重要意义.本研究于2021年3月-2022年4月在闽江河口鳝鱼滩芦苇湿地开展野外原位模拟试验方法,研究不同氮输入条件(CK:对照处理,LN:低氮输入,MN:中氮输入,HN:高氮输入)对湿地土壤硅形态、组分及其与碳氮化学计量比的影响.结果表明:氮输入在一定程度上导致鳝鱼滩芦苇湿地土壤pH下降、电导率上升,对全氮和全碳含量没有明显的影响,但是对土壤硅含量和组分产生了显著的影响.LN、MN、HN输入时鳝鱼滩芦苇湿地土壤中全硅含量分别比对照组下降了10.73%、2.14%、7.75%,而有效态硅含量分别增加了3.46%、2.54%、4.92%;氮输入未改变土壤全硅及有效态硅在0~10 cm深度分布的特征,均表现为表层<亚表层,但在芦苇生长的初期和后期,有效态硅的土层特征表现为表层>亚表层.从土壤硅组成比例来看,有效态硅占全硅的年平均比例在LN、MN、HN输入时分别为6.29%、5.69%、6.17%,均高于对照组(5.44%),残渣态硅仍占土壤硅的主体地位(92.51%~95.95%).与CK相比,施氮组的土壤全碳/有效态硅和全氮/有效态硅值均呈下降趋势,这说明氮输入在一定程度上提高了土壤有效态硅的利用率,同时改变了土壤碳氮硅的化学计量比,对闽江河口湿地土壤生物地球化学循环过程的平衡性和稳定性有一定的影响.

夏季闽江口鳝鱼滩湿地潮汐过程中溶解态碳动态

潮汐过程中溶解态碳的动态变化是理解湿地碳侧向输出和完善湿地碳计量的关键。以闽江河口湿地受潮汐影响的潮沟为研究对象,测定并分析潮汐过程中溶解有机碳(DOC)、溶解无机碳(DIC)、碱度(TA)、紫外可见吸收光谱参数(α355,SUVA 254,S 275-295)的动态变化。结果表明:DOC和DIC在潮汐过程中呈现明显变化,低潮位时DOC、DIC分别为1353、3726μmol·L^(-1),高潮位时降低至233、940μmol·L^(-1),DIC、DOC及TA均与潮高呈显著负相关。潮汐过程中DIC与DOC输出比例约为1.6。光谱参数(α355,SUVA 254)在潮汐过程中有明显变化特征,可作为示踪潮汐过程溶解有色有机物变化的手段。DIC和TA增加量的比值(~0.96)指示反硝化或硫酸盐还原是维持DIC产生的主要生物地球化学过程。

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.