尕海湿地不同植被退化阶段凋落物分解及其有机碳动态

以甘南尕海湿地不同植被退化阶段的泥炭沼泽和沼泽化草甸为研究对象,通过2013,2014两年凋落物试验分析,研究了不同植被退化过程中凋落物的分解速率及有机碳动态变化特征。结果表明:随着植被退化演替,凋落物有机碳浓度、碳绝对含量和分解速率显著下降(p0.05)。分解速率从6—9月随时间变化均呈现下降趋势,相应的分解速率在0.001 3~0.009/d之间,分解速率最大的为2013年泥炭沼泽未退化PI(0.009/d),最小为2014年沼泽化草甸中度退化SⅢ(0.001 3/d)。泥炭沼泽凋落物中有机碳平均浓度未退化PI(515.07g/kg)退化PⅡ(489.62g/kg),沼泽化草甸凋落物有机碳平均浓度未退化SI(541.26g/kg)轻度退化SⅡ(488.28g/kg)中度退化SⅢ(456.01g/kg),且两年的凋落物碳绝对含量均减小,即发生净释放;凋落物分解速率及有机碳浓度、碳绝对含量都随植被退化加深而减小。     

甘南尕海湿地不同植被退化阶段土壤有机碳含量及动态

以尕海湿地区内的典型泥炭地和沼泽草甸为研究对象,采用野外样地定位观测和室内分析相结合的方法,研究植被退化过程中湿地土壤有机碳含量及动态。结果表明:随着植被退化演替,两类湿地的土壤有机碳含量显著降低(P0.05)。未退化泥炭地土壤有机碳平均含量247.58g/kg,比退化地高出41.90%;未退化沼泽草甸有机碳含量为61.23g/kg,比轻度、中度、重度退化沼泽草甸土壤有机碳分别高出51.24%,51.75%和81.39%。泥炭地的SOC含量随土层的加深无显著变化,而沼泽草甸的SOC含量随土层加深逐渐降低,但随着植被退化程度的加剧,土壤有机碳含量降低的趋势明显减弱。泥炭地未退化阶段各土层土壤有机碳含量从5月到9月随时间变化均呈现"降—升—降"的变化趋势,即7月最低,8月最高,但这种变化趋势在退化阶段0—10cm和20—40cm土层表现恰好相反;而沼泽草甸4种退化阶段各土层土壤有机碳含量变化趋势差异较大,在0—10cm土层,未退化呈单峰型曲线,中度退化与其恰好相反;而在10—20cm和20—40cm土层,各退化阶段均表现为单峰型曲线。植物地上生物量与不同退化阶段土壤有机碳含量存在一定的线性相关关系,但与泥炭地的退化阶段显著相关,R2达到0.99,与沼泽草甸的各退化阶段相关不显著,R2均小于0.80。     

甘南尕海湿地泥炭地不同退化状态下氮素的特征

[目的]分析甘南尕海湿地泥炭地不同退化状态下土壤氮素的变化特征,为尕海泥炭地的生态恢复建设以及保护和利用提供科学依据。[方法]采用野外采样与室内分析相结合的方法,研究泥炭地退化过程中表层(0—40cm)土壤氮素的变化特征。[结果]除未退化土壤外,其他3种退化类型的土壤全氮含量均为9月显著高于7月,而土壤C/N比与土壤全氮变化恰好相反;土壤各相应层铵态氮含量7和9月基本呈相同的变化趋势;0—20cm层土壤速效氮9月显著高于7月,20—40cm层(除中度退化)恰好相反。从剖面分部上看,土壤全氮在20—40cm层富集;土壤C/N比和速效氮含量基本在20—40cm层富集;除中度退化外,土壤铵态氮在0—20cm层富集。[结论]4种退化阶段的泥炭地土壤全氮含量具有明显的时间变化,说明植被对尕海泥炭地的恢复具有十分重要的作用。     

尕海湿地植被退化过程中土壤轻重组有机碳动态变化特征

以甘肃省甘南尕海湿地内的沼泽化草甸为研究对象,采用野外取样和室内测试相结合的方法,研究植被退化过程中土壤轻重组有机碳含量及动态变化。结果表明:不同植被退化阶段0—20cm土壤轻组有机碳含量差异显著(P0.05),表现为未退化轻度退化重度退化中度退化;20—100cm土壤轻组有机碳受植被影响较小。整个土壤剖面重组有机碳含量表现为中度和重度退化显著高于未退化和轻度退化(P0.05)。土壤轻重组有机碳含量均随土壤剖面下降显著降低(P0.05)。各退化阶段沼泽化草甸土壤轻重组有机碳均呈现出明显的时间变化,在0—20cm土层,未退化阶段轻组有机碳表现为"降—升—降"的变化趋势,即5月最高,7月和9月最低,其他各退化阶段则在6月降低并趋于稳定;20—100cm土层轻组有机碳变化幅度较小。各退化阶段土壤重组有机碳动态变化较为一致,均随时间延长呈线性下降,不同月份之间差异显著(P0.05)。说明植被退化导致轻组有机碳含量下降,重组有机碳增加,而在植被生长过程中主要消耗轻组有机碳,重组有机碳相对稳定。相关分析表明,地下生物量与土壤含水量的变化对土壤轻重组有机碳影响显著。     

尕海湿地植被退化过程中土壤有机碳矿化特征

为了揭示植被退化对湿地土壤碳矿化过程的影响,以甘南尕海4种不同植被退化梯度的湿地(未退化(UD)、轻度退化(LD)、中度退化(MD)及重度退化(HD))为研究对象,采用室内恒温培养和碱液吸收法研究不同土层土壤有机碳(SOC)矿化速率和累积矿化量,结合一级动力学方程,分析土壤半矿化分解时间(T1/2)、有机碳矿化潜势(C0)等参数对植被退化的响应。结果表明:(1)不同植被退化梯度湿地SOC矿化速率在培养期内呈现出基本一致的变化趋势,表现为,培养初期(0~4天)矿化速率快速下降,且数值较高,培养中后期缓慢下降(4~41天)并趋于平稳;各培养温度下,不同植被退化梯度湿地土壤在各土层有机碳矿化速率大小均为UD>LD>MD>HD。(2)在整个培养期间,各植被退化梯度湿地土壤有机碳矿化速率均随土层加深而降低,表层0-10 cm的矿化速率(1.14~16.23 mg/(g·d))均显著高于10-20 cm(1.05~2.85mg/(g·d))和20-40 cm土层(0.94~1.26 mg/(g·d))。(3)4种植被退化梯度湿地在不同温度下的土壤有机碳累积矿化量均值排序为5°C(34.54 mg/g)<15°C(46.67 mg/g)<25°C(58.28 mg/g)<35°C(86.46 mg/g)。(4)一级动力学方程的C0值随植被退化程度增加呈递减趋势,而C0/SOC随着温度的升高而降低。因此,植被退化能显著降低高寒湿地土壤有机碳矿化速率,而气候变暖能够显著增加湿地土壤有机碳矿化量。     

若尔盖高寒湿地蓄水能力评估

[目的]评估若尔盖3种不同类型湿地的土壤蓄水能力,为湿地生态系统水文功能价值的评估提供科学依据。[方法]通过对若尔盖高寒湿地三种湿地类型的土壤采样分析,测量其土壤物理特性和土壤最大滞留贮水能力,进而对其土壤蓄水能力进行评估。[结果](1)在0—60cm深度范围内,3种湿地类型的土壤容重基本上随着深度的加深呈升高趋势,但草本沼泽在80—100cm处、沼泽化草甸和洪泛湿地在60—80cm处呈现出减小趋势。(2)在0—100cm深度范围内,沼泽化草甸的毛管孔隙度随深度增加呈减小趋势,而草本沼泽和洪泛湿地变化不明显。(3)在0—100cm深度范围内,3种湿地类型土壤容重的平均值大小表现为草本沼泽(0.46g/cm~3)沼泽化草甸(1.08g/cm~3)洪泛湿地(1.25g/cm~3)。3种湿地类型土壤最大滞留贮水能力的平均值大小表现为草本沼泽(239.40t/hm~2)沼泽化草甸(171.18t/hm~2)洪泛湿地(148.51t/hm~2)。[结论]草本沼泽贮水能力最强。因此在若尔盖区域实施湿地保护与恢复措施时,应将保护区外的草本沼泽分布的区域纳入重点计划。     

尕海泥炭地退化过程中土壤渗透特征的变化

由于恶劣的气候条件和过度的放牧、修建公路等因素,尕海泥炭湿地退化严重,泥炭地质量和生态作用持续下降。本研究采用空间分布代替时间序列的方法,对该区域4种不同退化程度下泥炭湿地土壤渗透性能的变化进行分析研究,从而进一步评价与揭示退化过程中泥炭地的生态功能。结果表明:在前35 min,泥炭地土壤入渗速率曲线在各土壤分层中的变化情况不一;0~10 cm和20~40 cm土层土壤入渗速率曲线变化稳定且都表现为未退化的优于退化土壤;而10~20 cm土层土壤入渗速率曲线变化复杂多变,无明显规律。0~40 cm泥炭土中,植被退化对各层土壤渗透特征的影响不一,在0~10 cm土层,植被未退化土壤的初渗率、稳渗率、平均渗透速率、渗透系数和渗透总量与其他退化土壤渗透特征差异性显著;10~20 cm土层,未退化的土壤稳渗率、渗透速率、渗透系数与渗透量随着植被的退化程度呈“∽”形态波动变化;0~40 cm土层,土壤稳渗率、平均渗透速率、渗透系数和渗透总量均随着植被的退化,呈现出逐级递减的规律。土壤平均渗透速率与土壤孔隙度呈一定的正显著相关,而与土壤初始含水量之间无明显的相关性。保护高寒泥炭地生态系统,对于尕海畜牧业可持续发展和我国陆地生态系统碳库具有极重要的意义。     

若尔盖高原湿地3种生境地下芽库特征及其差异

[目的]掌握植物地下芽库多样性及形成的环境机制,为保护和恢复生物多样性提供理论依据.[方法]以若尔盖高原湿地的沼泽、沼泽化草甸和草甸3种生境为对象,运用单因素方差分析、相关性分析以及通径分析等对试验数据进行处理.[结果]①芽库密度表现为沼泽＞沼泽化草甸＞草甸,生境间差异显著.沼泽以水平生长的根茎顶芽为主,沼泽化草甸和草...     

若尔盖高原退化湿地土壤有机碳储量

为了定量评价若尔盖高原泥炭沼泽湿地退化的碳储存潜力,研究通过土壤剖面法,收集了3个样点的泥炭沼泽湿地土壤样品(原始泥炭地0—200cm、中度退化沼泽湿地0—100cm和重度退化泥炭地0—100cm)。研究表明:(1)中度退化沼泽湿地(1.11±0.18g/cm~3)和重度退化泥炭地(0.72±0.04g/cm~3)土壤容重平均值较原始泥炭地增加了251.8%和129.7%;中度退化沼泽湿地(46.18±6.61g/kg)和重度退化泥炭地(87.37±6.36g/kg)土壤有机碳含量平均值较原始泥炭地降低了74.2%和51.1%。(2)土层深度为0—100cm时,原始泥炭地土壤有机碳储量较中度退化沼泽湿地(384.73±95.57t/hm~2)显著高了47.0%,而与重度退化泥炭地(518.39±33.07t/hm~2)土壤有机碳储量无显著差异;当原始泥炭地有机层增加到0—200cm后,中度退化沼泽湿地和重度退化泥炭地土壤有机碳储量较原始泥炭地(1 088.17±172.84t/hm~2)降低了64.6%和52.4%,退化湿地土壤有机碳储量的降低可能主要是土壤有机碳含量降低的原因。尽管退化湿地土壤有机碳储量下降,但仍是中国(102.89t/hm~2)和全球(116.56t/hm~2)陆地土壤有机碳储量的3~5倍,该研究可为保护与恢复若尔盖高原湿地提供科学依据。     

三江平原小叶章湿地枯落物分解及其影响因子研究

应用分解袋法对三江平原小叶章湿地枯落物的分解及其影响因子进行了研究,小叶章枯落物的失重率随时间递增,分解速率随时间递减。小叶章枯落物位于地下0～10cm处时,分解最快,失重率最大,分解速率也最大;越往深处,其分解越慢,失重率越小,分解速率越小。通过相关分析和主成分分析,确定了温度和湿度条件以及pH状况是影响小叶章湿地枯落物分解的主要环境因子;并采用单指数衰减模型对小叶章湿地枯落物的分解速率动态和残留率动态进行了模拟。     

基于PSR模型的甘南尕海湿地生态系统健康评价

[目的]对甘南尕海湿地生态系统健康进行综合评价,为该湿地科学管理和可持续发展提供科学依据。[方法]运用PSR数学模型,从压力、状态和响应3个方面选取18个评价指标来构建尕海湿地生态系统健康评价体系,并采用层次分析法(AHP)确定指标权重,分析生态系统健康指数。[结果]尕海湿地生态系统健康指数为0.588 1,属于亚健康状态;压力子系统健康指数为0.733 2,属于健康状态;状态和响应子系统健康指数为0.489 3和0.567 9,二者都属于亚健康状态。[结论]全球气候变化和人为活动干扰使尕海湿地生态系统健康状况受到严重威胁,迫切需要科学地保护和修复措施,提高湿地管理水平。     

尕海湿地植被退化过程中土壤碳矿化特征研究

以甘南尕海4种不同退化程度的湿地(未退化(UD)、轻度退化(LD)、中度退化(MD)及重度退化(HD))为研究对象,采用室内5 ℃、15 ℃、25 ℃、35 ℃ 培养法,测定不同土层 SOC 矿化速率和累积矿化量,运用一级动力学方程对土壤的半矿化分解时间(T_1/2)、有机碳矿化潜势(C₀)等参数进行拟合,分析温度、土壤深度和退化程度对土壤碳矿化过程的影响。结果表明：(1)在不同土层、不同温度下,各植被退化程度湿地土壤有机碳 CO₂ 释放量在整个培养期间大致可以分三个阶段,0-4 d快速生成 CO₂ 阶段,4-27 d缓慢生成 CO₂ 阶段,27-41 d平稳阶段;0-10 cm 土层各培养温度下,土壤有机碳矿化速率表现为UD＞LD＞MD＞HD。(2)培养期间,不同退化湿地土壤有机碳矿化速率均随土层加深而降低,表层 0-10 cm的矿化速率(1.14~16.23 mg/(g?d))均显著高于10-20 cm(1.05~2.85 mg/(g?d))和20-40 cm(0.94~1.26 mg/(g?d))土层。(3)整个培养期内,不同退化湿地土壤有机碳总累积矿化量排序为5 ℃(34.54 mg/g)、15 ℃(46.67 mg/g)、25 ℃(58.28 mg/g)和35 ℃(86.46 mg/g)。(4)双库一级动力学方程的C₀值随退化程度增加呈递减趋势,而C₀/SOC随着温度的升高而降低。     

尕海湿地不同退化梯度土壤脲酶与蛋白酶活性时空分布特征

为探讨高寒湿地退化对土壤酶活性的影响，本文以青藏高原东缘尕海湿地未退化、轻度退化、中度退化和重度退化4种不同退化梯度的0～10、10～20和20～40 cm层土壤为研究对象，研究不同退化梯度土壤脲酶与蛋白酶活性时空变化特征。结果表明：随退化梯度加剧，土壤含水量降低，温度升高；土壤脲酶活性在0～40 cm土层中表现为随退化加剧而逐渐降低，而蛋白酶活性趋势恰好相反；除重度退化外，其他退化梯度土壤两种酶活性均随土层加深而降低；0～40 cm土层中脲酶与蛋白酶活性分别在7、8月和6、7月最高；相关性分析表明土壤脲酶活性与蛋白酶活性和温度极显著正相关(P<0.01)；土壤蛋白酶活性与微生物生物量氮极显著正相关(P<0.01)，与含水量和温度显著正相关(P<0.05)，与硝态氮显著负相关(P<0.05)。沼泽化草甸退化显著增加土壤表层脲酶活性而降低蛋白酶活性；温度对土壤脲酶与蛋白酶活性起促进作用，含水量、微生物生物量氮对土壤蛋白酶活性具有促进作用。     

Soil Enzyme Analysis for Leaf Litter Decomposition in Global Wetlands

Enzyme activities (β‐glucosidase, N‐acetylglucosaminidase, phosphatase, and arylsulfatase) were determined in various wetland soils. Soil samples from 21 locations were analyzed, covering a latitudinal range of 5° to 60° N and four types of wetlands (bog, fen, marsh, and swamp). Overall, the greatest activity was found in swamps, followed by marshes. Bogs and fens exhibited less activity than the other two types of wetlands. It appeared that cool temperature and low quality of litter were the main reasons for such low activity. Mean enzyme activity determined in this study was compared to decomposition rates of leaf litter in the literature. Percentage of mass loss of litter in the first year was highly correlated with mean enzyme activity when we compared values by wetland types. This result suggests that enzymatic analysis can be used as an index for litter decomposition rates in wetlands at a worldwide scale.     

甘南尕海不同湿地类型土壤物理特性及其水源涵养功能

通过对甘南尕海4种湿地类型的土壤物理性状和水源涵养功能的研究,结果表明:不同类型湿地的土壤颗粒组成、土壤容重和土壤孔隙度差异明显,且均随土壤深度的增加呈现波动性变化。土壤平均粗砂粒含量为草本泥炭地(63.00%)>永久性沼泽湿地(46.47%)>高山湿地(37.60%);细砂粒为高山湿地(62.40%)>永久性沼泽湿地(53.53%)>草本泥炭地(37.00%)。永久性沼泽湿地(0.49g/cm3),高山湿地(0.90g/cm3)和亚高山草甸(1.29g/cm3)平均土壤容重约是草本泥炭地(0.22g/cm3)的2,4,6倍。土壤总孔隙为草本泥炭地>永久性沼泽湿地>高山湿地>亚高山草甸,土壤非毛管孔隙度为草本泥炭地>亚高山草甸>高山湿地>永久性沼泽湿地。土壤平均最大蓄水量为草本泥炭地(13 143.94t/hm2)>永久性沼泽湿地(11 640.19t/hm2)>高山湿地(9060.79t/hm2)>亚高山草甸(7 391.80t/hm2),非毛管蓄水量为草本泥炭地(937.67t/hm2)>亚高山草甸(598.50t/hm2)>高山湿地(594.67t/hm2)>永久性沼泽湿地(325.13t/hm2)。土壤排水能力的平均值为亚高山草甸(51.49mm)>永久性沼泽湿地(49.66mm)>高山湿地(43.42mm)>草本泥炭地(22.45mm)。在甘南尕海,草本泥炭地的水源涵养功能最好,而亚高山草甸排水功能最好。