氮沉降和水位下降對溼地生態系統的影響

2021-01-21 溼地科學與管理

            點擊上方藍字，關注我們~

WETLAND SCIENCE & MANAGEMENT

李裡，劉偉

1  中國科學院西北高原生物研究所高原生物適應與進化重點實驗室

2  中國科學院研究生院


介紹了溼地生態系統及其氮沉降和水位下降的概況，綜述了全球變化背景下的氮沉降和水位下降對溼地生態系統的具體影響。氮沉降能夠在一定範圍內提高生產力，具體表現在植物的地上生物量、淨初級生產力、植株高度等方面，氮沉降還影響植被組成，使苔蘚類植物向維管植物過渡；氮沉降通過兩種方式促進微生物分解，一是解除微生物代謝的限制因素，二是改變微生物分解底物的質量；此外，氮沉降還影響溫室氣體(甲烷、二氧化碳、氧化亞氮)的通量。水位下降後，植被的光合速率降低，生長降低，促進微生物的分解，使溫室氣體二氧化碳、氧化亞氮的通量增加，使甲烷通量降低。

1 氮沉降對溼地生態系統的影響

1.1 溼地生態系統氮沉降概況

在中國三江平原氮沉降量約為7.57 kg/hm2，且生長季氮沉降為4.9024 kg/hm2。長江口地區以NH4+和NO3-形式氮的季節通量在秋、冬季最大，夏季最小，以NO2-形式的氮則是冬季最小，其他季節差別不大，各形態氮的通量在各季均以NH4+形式的氮最大。

1.2 氮沉降對溼地植被的影響

當氮沉降低於氮飽和臨界點時，一定的氮沉降可以提高生產力。Aerts等(1995)用10 g/(m2·a)的NH4Cl施加到受到氮限制的泥炭地，明顯增加了碳的固定，說明在受到氮限制的地方施氮肥後使其更具有高生產力的生長條件。並不是氮沉降量越大對生產力的影響越大，Bragazza等(2004)的研究發現,當氮沉降小於1g/(m2·a)時泥炭蘚的莖體積密度(16.5±2.0 g/dm3)顯著高於氮沉降量大於1 g/(m2·a)的莖體積密度(8.8±0.3 g/dm3)，說明氮沉降量超過了生態系統的氮臨界值，生產力不再增加。

氮沉降影響溼地植物的蓋度、密度和體內氮濃度。Edward等(2002)研究發現氮沉降使泥炭蘚屬的密度減少25%，蓋度減少24%，而使金髮蘚Polytrichum的密度減少83%，蓋度減少46%。

1.3 氮沉降對溼地凋落物分解的影響

氮沉降通過兩種方式促進微生物的分解：一是解除微生物代謝的限制因素——氮，研究發現隨著氮沉降的增加，氮元素不斷得從有機質中釋放出來，使微生物有充足的的氮源。二是改變微生物分解底物的質和量，增加微生物的酶活力

1.4 氮沉降對溼地生態系統溫室氣體通量的影響

線性和多元回歸分析顯示，CO2的釋放量與土壤的pH值呈正相關，氮添加使土壤pH值降低，從而降低CO2的釋放量，尤其是在氮含量低的溼地土壤中(Aerts et al，1999)。

2 水位下降對溼地生態系統的影響

2.1 溼地幹化概況

溼地幹化的原因有兩種，一是氣候變化，二是人為原因。氣候變化主要是通過改變降水和溫度的機制來影響溼地的水文變化。溫度的升高，乾旱的加劇，都可能對溼地產生直接的影響，如氣候變化可能會增加夏季乾旱的頻率(Breeuwer et al，2009)。人為原因主要是排水和泥炭開採。

2.2 水位下降對溼地植被的影響

Blodau等（2004）的研究發現水位下降對光合速率具有顯著的影響。Laine等（1996）研究排水的松樹沼澤發現，在排水不久後森林植被發生次級演替，並且在營養最豐富的地區類型上進行得最快，這導致在地區類型間形成一個均一的植被組成。

2.3 水位下降對溼地微生物的影響

水位下降使溼地的微生物群落髮生顯著的變化。Jaatinen等（2007，2008）的研究表明，排水使微生物群落的結構和活性因溼地類型的不同而發生不同的變化。

2.4 水位變化對溼地溫室氣體的影響

很多研究表明水位降低使CO2通量增加，N2O通量增加，CH4通量減少。


來源：溼地科學與管理，2011, 7(4): 48-52

封面：三亞紅樹林溼地

投稿網址：www.lkgl.cbpt.cnki.net

郵箱：sd@caf.ac.cn；sdkxgl@sina.com

《溼地科學與管理》編輯部

相關焦點

  • 植物所揭示植物葉片氮吸收對生態系統碳氮循環的影響
    植物所揭示植物葉片氮吸收對生態系統碳氮循環的影響 2020-12-18 植物研究所 【字體：大 中 小】 在森林生態系統中，40%~80%的沉降氮在到達林下土壤之前已被森林冠層截留，部分被截留的氮可直接被冠層吸收。目前，研究多從增加土壤氮供應的角度關注大氣氮沉降產生的影響，對森林冠層氮截留過程的認識不足。　　中國科學院植物研究所研究員劉玲莉研究組利用氮同位素（15N）示蹤技術，進行了三年的中宇宙實驗，探討冠層對沉降氮的截留過程是否會改變植物對氮的吸收和固持。
  • 研究揭示植物葉片氮吸收對生態系統碳氮循環影響
    人類活動導致大量活性氮通過大氣沉降進入生態系統，顯著改變陸地生態系統的生物地球化學循環過程。在森林生態系統中，40%~80%的沉降氮在到達林下土壤之前已被森林冠層截留，部分被截留的氮可直接被冠層吸收。目前，研究多從增加土壤氮供應的角度關注大氣氮沉降產生的影響，對森林冠層氮截留過程的認識不足。
  • 長江溼地生態系統退化 部分喪失動植物棲息地功能
    長江經濟帶也是我國河流、湖泊、沼澤等溼地資源密集分布區，溼地面積1154萬公頃，超過全國溼地總面積的1/5。　　溼地是長江經濟帶的生態命脈，維繫著流域生態安全和經濟社會可持續發展的根基。目前，由於人口密度大、開發強度高等多種原因，長江經濟帶溼地保護面臨溼地面積萎縮、生態系統退化、生物多樣性減少、蓄水調洪能力下降、水汙染嚴重等嚴峻問題。
  • 亞熱帶生態所揭示密度影響溼地植物對乾旱脅迫的響應機制
    密度是影響植物生長及群落結構的重要因子，但其影響具有兩面性。一方面由於對光照、養分等資源的競爭限制植物生長，另一方面較高的密度可通過改善微生境促進植物生長。受季節性水位波動的影響，溼地植物常面臨洪水和乾旱雙重脅迫，但密度如何影響植物對乾旱脅迫的響應仍不清楚。
  • 中國林科院副院長崔麗娟:滋潤生命——溼地的力量(二)多樣的溼地生態系統服務
    2020年，溼地公約發布的全球溼地每年提供的生態系統服務價值為332.1萬億人民幣，比森林、草原或沙漠都要多。溼地，作為地球三大生態系統之一，能為人類提供哪些服務呢？讓我們跟隨中國林業科學研究院副院長、國家林業和草原局溼地研究中心主任崔麗娟走進溼地，認識溼地。 今天推出第二講：滋潤生命——溼地的力量（二）多樣的溼地生態系統服務。
  • 保護紅樹林 保護溼地生態系統
    溼地生態系統退化包括水體退化、植被退化和土壤退化三大要素。水是溼地生態系統最活躍、最基本的因素，水位、流速、流量等決定了溼地土壤、沉積物和水分的物理與化學性質，並進一步影響溼地的植被、動物和微生物。溼地生態系統中的植被，是食物鏈營養級的基盤，具有能量固定、轉化、貯存和調節區域環境的功能。
  • 水保所在氮沉降對全球土壤碳庫存及溫室氣體排放影響研究中取得進展
    許多陸地生態系統生長由於受氮限制，導致生產力及穩定性下降，而氮沉降通常促進植物生產力的提高，進而提高土壤碳儲量，但是，也有研究認為氮沉降不能促進碳固定或者對土壤碳固定影響不大。這種不確定性與研究區域的氣候、生態系統類型、研究時空尺度均有關係。所以，科學界關於氮沉降能否增加陸地生態系統土壤碳庫仍沒有明確的定論。
  • 淺談現代農業對生態環境的影響
    二、現代農業對生態環境的影響 　　地球上幾乎沒有不受人類活動影響的生態系統。農業活動是人類最早作用於自然生態系統的活動，它不但改變當地的自然生態系統，使之成為人工生態系統，而且有可能對生態環境產生更為廣泛的影響。
  • 長江上遊水庫群運用對鄱陽湖溼地重要生境的影響及調控對策
    同時，鄱陽湖的溼地生態系統正經歷明顯退化：溼沼生植物向湖區入侵、沉水植物分布面積大幅縮減，鶴類等越冬水鳥更多的遷至人工生境覓食。水文節律是湖泊溼地生態系統結構和功能形成的基礎，水位波動對水鳥豐度和多樣性的影響、以及水鳥對溼地水文節律的響應，一直是溼地恢復和水鳥保護的核心問題。近20年鄱陽湖水文節律較大變化特別是枯水情勢的顯著改變對其溼地生態系統演化有何影響？
  • 淺談現代農業對生態環境的影響_生態_中國西藏網
    二、現代農業對生態環境的影響　　地球上幾乎沒有不受人類活動影響的生態系統。農業活動是人類最早作用於自然生態系統的活動，它不但改變當地的自然生態系統，使之成為人工生態系統，而且有可能對生態環境產生更為廣泛的影響。
  • 喀斯特草地生態系統固氮菌對外源氮輸入方式的響應研究取得新進展
    近日，中國科學院亞熱帶農業生態研究所環江喀斯特生態系統觀測研究站王克林研究員團隊在喀斯特峰叢窪地草地生態系統不同氮輸入方式對固氮菌影響方面的研究取得系列新進展。固氮菌作為生物固氮過程的執行者，對土壤氮素供給和土壤生態功能維持具有重要作用。
  • 地理資源所在中國區域大氣氮、磷和酸沉降研究中取得進展
    隨著中國經濟快速發展與能源消耗快速攀升，中國已成為全球氮沉降和酸沉降最重的區域之一；因此，如何科學地評估大氣氮沉降、酸沉降及其生態效應一直受到科學家和公眾的高度關注。在過去幾年中，中國科學院地理科學與資源研究所研究員於貴瑞帶領的研究小組採用聯網觀測與文獻數據整合併行的思路，開展了中國區域大氣氮、磷和酸沉降通量、時空格局以及影響因素的觀測與研究工作。
  • 九龍湖溼地公園開工 將形成典型的庫塘溼地生態系統
    工程主要建設內容包括主入口廣場、遊步道、溼地文化展示臺、溼地植物、水體植物、河堤植物、人工島等。記者從施工平面圖上看到，三座人工島浮在水面，沿湖而建的石板橋一直延伸到中間第二座人工島上，這裡也是市民與溼地親密接觸的地帶，其他兩座人工島出於溼地保護考慮不建道路。
  • 溼地生態系統的作用
    1、系統的生物多樣性。　　由於溼地是陸地與水體的過渡地帶，因此它同時兼具豐富的陸生和水生動植物資源，形成了其它任何單一生態系統都無法比擬的天然基因庫和獨特的生境，特殊的水文、土壤和氣候提供了複雜且完備的動植物群落，它對於保護物種、維持生物多樣性具有難以替代的生態價值。　　2、系統的生態脆弱性。
  • 溼地生態系統的特點
    1、系統的生物多樣性。　　由於溼地是陸地與水體的過渡地帶，因此它同時兼具豐富的陸生和水生動植物資源，形成了其它任何單一生態系統都無法比擬的天然基因庫和獨特的生境，特殊的水文、土壤和氣候提供了複雜且完備的動植物群落，它對於保護物種、維持生物多樣性具有難以替代的生態價值。　　2、系統的生態脆弱性。
  • 中科院長期生態學研究為濱海溼地保護提供科技支撐
    包括潮汐溼地增溫、潮汐氮輸入、非潮汐溼地增溫、降雨量增減、春季降雨分配、季節性氣候變化、氮沉降、氮磷養分添加、刈割和凋落物清除等野外控制試驗平臺（圖 2）。用以模擬單因子和多因子氣候變化對濱海溼地結構與功能的影響，研究濱海溼地對全球氣候變化的響應和適應機制。
  • PNAS | 中國氨排放控制將減輕霧霾汙染和氮沉降,但加劇酸雨
    ，對人類健康和生態系統產生了不利影響。然而，大氣中的NH3也與氮沉降和酸雨密切相關，中國對NH3排放控制的綜合影響仍知之甚少。在這項研究中，通過將化學遷移模型與高解析度的NH3排放清單相結合，研究發現在中國NH3減排可以減輕PM2.5汙染和氮沉降，但會加劇酸雨。
  • 我國溼地生態系統現狀堪憂 美麗溼地亟須法律保護
    在制定法律的過程中,應統一溼地的概念,明確溼地的主管機關及其在管理溼地過程中的權責,釐清溼地保護與環境、水資源等相關法律的關係。　　據《人民日報》7月23日報導,各級政府在溼地保護方面開展了大量卓有成效的工作,但我國溼地生態系統仍然面臨著盲目圍墾與改造、汙染、水土流失、泥沙淤積、生物資源過度利用等多種因素的破壞和威脅,導致面積減少,生態功能下降,生物多樣性喪失。
  • 地理小常識:溼地的相關知識(成因、效益和保護)
    1．溼地的成因分析溼地形成原因：溼地的形成一般著重分析降水量(水位季節變化)、蒸發量、下滲量、排洩能力、水網密度等要素。舉例說明：(1)三江平原地區溼地形成的主要原因：氣候溼潤，降水較豐富；地勢低平，排水不暢；氣溫低，蒸發弱；凍土發育，地表水不易下滲。
  • 安慶:保護溼地自然環境 讓河湖生態系統更健康
    2020年12月22日，得知寒潮及大雪將至，安慶菜子湖國家溼地公園保護中心工作人員外出巡護前特意帶上瞭望遠鏡，以及玉米、麥子等食物，時刻監測候鳥狀況，隨時準備投食。 2020年夏天，菜子湖水位大幅升高，且高水位持續時間較長，湖泊草洲的淹沒造成來此越冬的候鳥覓食困難。