基于历史生物多样性与湿地景观结构的三江平原湿地恢复优先性研究

三江平原是我国最大的淡水沼泽分布区,建国后大规模的农业开发活动导致湿地面积锐减,湿地生态系统服务功能退化,产生一系列的生态环境问题,有必要进行湿地恢复。生物多样性的历史分布和湿地景观结构特征对湿地恢复具有重要指导意义。在分析三江平原湿地景观格局变化的基础上,结合三江平原历史生物多样性保护价值(即湿地恢复价值)以及各县市内湿地景观结构(现有湿地分布比例)对湿地恢复进行了优先性分析,确定了不同县市内不同空间位置上湿地恢复优先等级。景观格局变化分析结果表明,三江平原在20年间,湿地面积大幅减少,且破碎化现象严重,70%以上的退化或消失湿地被耕地侵占;基于历史生物多样性保护价值的湿地恢复价值评估表明,目前已经退化或消失的湿地有57.56%具有相对较高的恢复价值,而且还有22.02%的区域处于中等恢复价值水平,恢复潜力较大;结合现有湿地分布比例的结果表明,在三江平原的19个受湿地影响的市县中,有2个一级恢复区,6个二级恢复区,9个三级恢复区和2个四级恢复区。研究为今后三江平原湿地恢复行动的时空顺序确定提供了参考,同时为缺少生物多样性历史监测数据的区域提供了快速的湿地恢复评估方法。

三江平原湿地恢复适宜性评价

城市建设、农业开垦等人类活动影响导致湿地面积锐减、生态功能退化及生物多样性丧失,严重威胁到生态安全与区域可持续发展。湿地的保护与恢复得到国内外学者的广泛关注。区域尺度上的湿地恢复适宜性空间量化评估,有利于降低湿地恢复的复杂程度和恢复成本。本文以三江平原为研究对象,通过对土壤、植被、水文、地形等自然影响因子和土地利用年限、利用强度等社会经济因子的分析,揭示影响湿地恢复适宜性的关键因素,并对湿地恢复适宜性进行评价,确定三江平原恢复可能性高的关键区,以指导三江平原退化湿地的恢复。对三江平原湿地的恢复优先性评价,将有效促进我国北方内陆湿地保护与恢复的研究进展,在此基础上建立湿地恢复优化网络可为湿地管理者和决策者提供科学的参考,同时也为湿地恢复潜力评估和恢复策略的制定提供基本体系框架。

三江平原湿地小叶章群落沿土壤水分梯度物种组成及多样性变化

水分是影响湿地生态系统植物多样性的重要因素之一。以三江平原湿地小叶章群落为对象,研究了沿土壤水分梯度的典型草甸、沼泽化草甸和沼泽3种生境中群落物种组成及多样性特征。结果表明,3种生境均以小叶章占优势,但是伴生物种组成分化明显,其中,典型草甸指示种为二歧银莲花和垂梗繁缕,沼泽化草甸指示种为灰脉苔草和五脉山黧豆,沼泽指示种为漂筏苔草和毛果苔草;非度量多维尺度分析结果表明,草甸的物种组成差异更大,而沼泽和沼泽化草甸的物种组成差异较小。随土壤水分含量增加,小叶章的优势度逐渐降低,群落物种丰富度和Simpson优势度均呈逐渐降低的趋势,而Shannon-Wiener多样性与Pielou均匀度均呈逐渐上升的趋势;群落相似性系数(CJ、CS)呈现逐渐升高的趋势,二者的最大值分别出现在沼泽化草甸和沼泽,最小值分别出现在典型草甸和和沼泽化草甸,而Cody指数的变化格局呈现渐低的趋势,群落间共有物种数逐渐减少,物种替代速率降低。研究认为,三江平原小叶章湿地植物群落物种组成、Pielou均匀度、Simpson优势度和Shannon-Wiener多样性的变化格局与水分密切相关,β多样性的格局与水分联系紧密,物种丰富度的变化格局与水分无相关性,可能与物种自身的生物学特性以及其它环境因子有关,尚需进一步探讨。

利用高通量测序对三江平原小叶章湿地土壤细菌多样性的研究

利用黑龙江省科学院自然与生态研究所三江平原野外实验研究站内3个不同小叶章生态类型湿地土壤样品,直接提取土壤微生物总DNA,应用Miseq测序技术对16S rDNA进行序列测定和分析。结果表明:不同小叶章湿地土壤细菌群落结构发生了显著变化,土壤细菌多样性和丰富度随着土壤含水率的增加而降低。草甸化湿地和沼泽化草甸湿地优势种群为酸杆菌,变形菌次之;沼泽化湿地优势种群为变形菌,酸杆菌次之。土壤含水率的增加减少了酸杆菌的分布,而增加了变形菌的分布。16S rDNAheatmap分析则表明,湿地水位的变化对酸杆菌和变形菌的群落结构影响最大。

基于系统保护规划的三江平原湿地保护网络体系优化

综合三江平原湿地不同层次、不同维度的生物多样性特征,在系统保护规划方法(Systematic Conservation Planning,SCP)框架下,以集水区为规划单元,计算研究区域不可替代性指数,确定高保护价值网络体系,通过保护空缺分析对现有保护网络进行优化,并评估优化体系的有效性。结果表明:三江平原湿地高保护价值区域的分布呈现沿河流分布的特点;现有保护区中湖泊和目标物种的保护状态比较好;保护网络体系优化后,沼泽湿地在保护网络中的比重由22.88%重增加到50%以上;河流湿地由16.20%增加到33.92%;地下水资源在现有保护网络中的比重非常低,仅为2.01%,优化后保护网络中保护比重增加到12.05%,因此在今后的保护区规划中,应该重视对地下水资源的保护和管理。另外本研究结合生态脆弱性对高保护价值的空缺设计3个情景方案,并根据生态威胁的种类和强度提出各优先保护方案的保护建议,为保护管理决策提供依据。

森林生态系统中主要功能微生物的研究进展

森林土壤微生物是生态系统中重要的组成部分,其结构与功能对森林生态系统物质循环具有重要的作用。主要阐述了土壤功能微生物在不同森林类型中的差异;介绍了主要功能微生物在森林生态系统中的作用;概述了氨氧化微生物、产甲烷古菌和甲烷氧化细菌、反硝化细菌和真菌等主要功能微生物的相关研究进展;分析了森林植被类型和土壤理化性质对森林生态系统中微生物影响的研究成果。提出了森林功能微生物研究的发展方向。

不同供氮水平对饲料桑树幼苗生长以及光合特性的影响

为科学制定饲料桑树幼苗氮肥管理措施,在水培条件下以青龙桑为试验材料,设置4个供氮水平(每株0 mg、7.5 mg、15.0 mg和22.5 mg),探求不同供氮水平对桑树幼苗生长及生理特性的影响。结果表明,桑树幼苗株高、地径、叶片数量、叶面积、根长、生物量、叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、水分利用率(WUE)、蒸腾速率(Tr)均随施氮量的增加而呈现先升高后降低的趋势,根冠比随着施氮量的增加逐渐降低,其中每株施15 mg氮处理的桑树幼苗长势最好;此外,桑树幼苗的叶绿素含量、PSII最大光化学量子产量(Fv/Fm)、光化学猝灭系数(qp)、PSII实际光化学效率(ΦPSⅡ)、电子传递速率(ETR)均随施氮量的增加而升高,非光化学猝灭系数(NPQ)随着施氮量的增加而降低。适宜的供氮量可以增强桑树叶绿体光化学活性和光合能力,并且促进桑树的生长,而过高的供氮水平对其促进效应降低。

不同氮素形态配比对饲料桑幼苗叶片叶绿素荧光特性和能量分配的影响

为研究饲料桑‘青龙’幼苗叶片光合电子传递和分配对NH4+-N和NO3--N不同形态氮配比的响应,以不同氮素形态配比为处理手段,通过测定饲料桑‘青龙’幼苗叶片的净光合速率响应曲线、以及荧光参数来测算光合电子传递速率和分配去向。结果表明,正常大气CO2浓度[380μmol/(m2·s)]处理下,饲料桑‘青龙’幼苗叶片较多的激发能以热量的形式耗散,n(NH4+-N):n(NO3--N)为75:25至50:50时可使更多的激发能向光化学反应方向的分配,降低光合能量的热耗散速率,NO3--N浓度增加使激发能以热量的形式耗散增加;n(NH4+-N):n(NO3--N)为100:0时饲料桑‘青龙’幼苗叶片参与光呼吸的非环式电子流速率(J0)最高,随着n(NH4+-N):n(NO3--N)为75:25时饲料桑‘青龙’幼苗叶片参与碳同化的非环式电子流速率Jc也升至最高。n(NH4+-N):n(NO3--N)为50:50时激发能分配不平衡性系数(β/α-1)下降至最低,激发能分配系数达到平衡。荧光量子产额和热耗散的量子产额(Фf,D)n(NH4+-N):n(NO3--N)为50:50至25:75范围时用于光化学反应的量子产额(ФPSⅡ)所占比例最高,依赖于类囊体膜两侧质子梯度和叶黄素循环的量子产额(ФNPQ)所占比例最低。该结果为探讨饲料桑‘青龙’幼苗光合作用电子流流向和激发能分配对不同氮素形态配比的响应规律,为饲料桑栽培中进行合理的苗期氮肥实施提供基础数据。