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不同水位管理对恢复泥炭地土壤CO_(2)、CH_(4)排放的影响

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生态学报 2023年第11期43卷 4583-4593页

作者：王怡萌段磊磊陈聪王铭王升忠赵婧东北师范大学地理科学学院泥炭沼泽研究所长春130024 长白山地理过程与生态安全教育部重点实验室长春130024 东北师范大学国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室长春130024

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... 详细信息

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。

关键词：恢复泥炭地水位管理 CO_(2)排放 CH_(4)排放长白山

气候和地热共同影响泥炭地表面湿度变化——以赤池泥炭地为例

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第四纪研究 2022年

作者：刘莉赵红艳李鸿凯卜兆君王升忠东北师范大学泥炭沼泽研究所国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室吉林省长白山湿地生态过程与环境变化重点实验室东北师范大学地理科学学院长白山地理过程与生态安全教育部重点实验室

来自北方泥炭地的研究表明,沼泽表面湿度变化时常受控于气候变化。然而火山活动区泥炭地的表面湿度是否受到了火山地质的影响?这个问题值得进一步明晰。本研究以长白山赤池泥炭地38 cm深的沉积物作为研究对象,通过植物大化石、有壳变形... 详细信息

来自北方泥炭地的研究表明,沼泽表面湿度变化时常受控于气候变化。然而火山活动区泥炭地的表面湿度是否受到了火山地质的影响?这个问题值得进一步明晰。本研究以长白山赤池泥炭地38 cm深的沉积物作为研究对象,通过植物大化石、有壳变形虫和腐殖化度多指标分析,重建该泥炭地过去近50年的地表湿度变化。研究表明,3个指标揭示的地表湿度变化趋势总体一致,即38～27 cm(1957～1965 A.D.)由干向湿转变;27～18 cm(1965～1976 A.D.)干湿波动;18～0 cm(1976～2008 A.D.)由湿向干转变。与当地的气象数据对比,发现剖面底部湿度偏低与地热引起的强烈蒸发有关;而剖面上部湿度偏低与降水少、温度高的气候变化模式较吻合。理解泥炭地表面湿度变化对于泥炭记录的古气候、古环境和古生态重建具有重要意义。

关键词：长白山植物大化石有壳变形虫沼泽表面湿度气候变化

气候和地热共同影响泥炭地表面湿度变化——以长白山赤池泥炭地为例

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第四纪研究 2023年第1期43卷 163-172页

作者：刘莉赵红艳李鸿凯卜兆君王升忠东北师范大学地理科学学院长白山地理过程与生态安全教育部重点实验室吉林长春130024 东北师范大学泥炭沼泽研究所国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室吉林长春130024 吉林省长白山湿地生态过程与环境变化重点实验室吉林长春130024

来自北方泥炭地的研究表明,沼泽表面湿度变化时常受控于气候变化。然而火山活动区泥炭地的表面湿度是否受到了火山地质的影响?这个问题值得进一步明晰。本研究以长白山赤池泥炭地38cm深的沉积物作为对象,通过植物大化石、有壳变形虫和... 详细信息

来自北方泥炭地的研究表明,沼泽表面湿度变化时常受控于气候变化。然而火山活动区泥炭地的表面湿度是否受到了火山地质的影响?这个问题值得进一步明晰。本研究以长白山赤池泥炭地38cm深的沉积物作为对象,通过植物大化石、有壳变形虫和腐殖化度多指标分析,重建该泥炭地过去近50年的地表湿度变化。研究表明,3个指标揭示的地表湿度变化趋势总体一致,即38~27cm(1957~1965A.D.)由干向湿转变;27~18cm(1965~1976A.D.)干湿波动;18~0cm(1976~2008A.D.)由湿向干转变。与当地的气象数据对比,发现剖面底部湿度偏低与地热引起的强烈蒸发有关;而剖面上部湿度偏低与降水少、温度高的气候变化模式较吻合。理解泥炭地表面湿度变化对于泥炭记录的古气候、古环境和古生态重建具有重要意义。

关键词：长白山植物大化石有壳变形虫沼泽表面湿度气候变化

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冻融作用对金川泥炭沼泽土壤酶活性的影响

生态学报 2022年第13期42卷 5348-5359页

作者：郭彤孙嘉鸿徐志伟王升忠董彦民东北师范大学地理科学学院长白山地理过程与生态安全教育部重点实验室长春130024 东北师范大学泥炭沼泽研究所长白山湿地与生态吉林省联合重点实验室长春130024 东北师范大学国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室长春130024

为研究冻融作用对泥炭沼泽土壤酶活性的影响,选取金川草本泥炭沼泽为研究对象,采集表层(0—15 cm)和深层(15—30 cm)土壤样品,进行室内冻融模拟实验。实验设置(-5—5℃)和(-10—10℃)两个冻融幅度,分析经0、1、3、5、7、15次冻融循环处... 详细信息

为研究冻融作用对泥炭沼泽土壤酶活性的影响,选取金川草本泥炭沼泽为研究对象,采集表层(0—15 cm)和深层(15—30 cm)土壤样品,进行室内冻融模拟实验。实验设置(-5—5℃)和(-10—10℃)两个冻融幅度,分析经0、1、3、5、7、15次冻融循环处理后土壤3种水解酶活性(β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、β-1,4-N-乙酰葡糖胺糖苷酶(NAG)和酸性磷酸酶(AP))和2种氧化酶(过氧化物酶(PER)和多酚氧化酶(PPO))的变化特征,并结合土壤有机碳、氮组分,探讨泥炭沼泽土壤酶活性与土壤活性有机碳、氮组分间的相关关系。结果表明,冻融频次与冻融幅度均显著影响了土壤有机碳、氮组分及土壤酶活性。-10—10℃冻融作用下,土壤可溶性有机碳(DOC)与可溶性有机氮(DON)含量呈现先增加后降低的变化趋势。-5—5℃的冻融作用下土壤DOC与DON释放相对-10—10℃冻融作用更为缓慢,在冻融结束后呈现增加趋势。冻融循环增加了土壤微生物碳(MBC)含量,而降低了土壤微生物氮(MBN)含量。冻融幅度对土壤MBC和MBN的影响表现为-5—5℃15—30 cm。冻融循环降低了土壤水解酶活性和氧化酶活性。冻融幅度对土壤水解酶活性的影响表现为-5—5℃>-10—10℃,对土壤氧化酶活性的影响表现为-5—5℃15—30 cm。土壤酶活性与土壤MBC和MBN含量呈正相关,而与土壤DOC含量呈显著负相关(P<0.05)。研究结果表明冻融作用初期促使部分微生物死亡,其死亡残体释放的可利用养分,促进了适应冻融作用的微生物生长,但在培养后期随着土壤养分的消耗,土壤微生物量呈现下降趋势,进而最终降低了土壤酶活性。

关键词：冻融循环泥炭沼泽水解酶氧化酶土壤有机碳氮

冻融循环对金川泥炭沼泽土壤微生物量及群落结构的影响

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生态学报 2022年第7期42卷 2763-2773页

作者：孙嘉鸿郭彤董彦民王升忠汪祖丞徐志伟东北师范大学地理科学学院长白山地理过程与生态安全教育部重点实验室长春130024 东北师范大学泥炭沼泽研究所长春130024 东北师范大学长白山湿地与生态吉林省联合重点实验室长春130024 东北师范大学国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室长春130024

冻融作用显著改变土壤微生物活性及碳氮循环过程。以长白山金川泥炭沼泽0—15 cm和15—30 cm土壤为研究对象,进行室内冻融交替模拟实验。实验设置两个冻融幅度(-10—10℃和-5—5℃)。经过0/1/3/5/7/15次冻融循环后,分别采用氯仿熏蒸法... 详细信息

冻融作用显著改变土壤微生物活性及碳氮循环过程。以长白山金川泥炭沼泽0—15 cm和15—30 cm土壤为研究对象,进行室内冻融交替模拟实验。实验设置两个冻融幅度(-10—10℃和-5—5℃)。经过0/1/3/5/7/15次冻融循环后,分别采用氯仿熏蒸法和磷脂脂肪酸法测定泥炭沼泽土壤微生物量及磷脂脂肪酸含量,并与未进行冻融处理的FTC(0)对比。实验结果表明:冻融作用对土壤微生物量碳、氮及微生物磷脂脂肪酸含量有显著影响(P<0.001)。15次冻融交替作用后,土壤微生物碳(MBC)含量均显著增加,土壤微生物量氮(MBN)含量显著降低。两种冻融模式下,各类型微生物磷脂脂肪酸含量均显著降低。冻融作用显著改变了泥炭沼泽土壤微生物群落结构。冻融作用降低了土壤真菌/细菌比值(-5—5℃,0—15 cm土壤除外),增加了革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌比值。-5—5℃冻融作用下,各土壤微生物磷脂脂肪酸含量变幅大于-10—10℃,土壤MBC的变化则与其相反,在-10—10℃变化幅度更大。两种冻融幅度下MBC与大部分微生物群落在15—30 cm土壤的变幅更大,这说明冻融作用对不同深度土壤微生物量和微生物群落结构的影响存在差异。冻融次数对土壤微生物量和各类型磷脂脂肪酸含量有显著影响(P<0.01)。相关性分析结果表明多种微生物磷脂脂肪酸含量与MBN含量呈正相关关系(P<0.01),与DOC含量呈负相关关系(P<0.05)。综上,冻结作用促进了微生物的死亡,为融化期微生物生存提供更多碳源与营养物质,改变了土壤微生物群落结构。冻融期间各类型微生物磷脂脂肪酸含量降低,可能会降低泥炭沼泽土壤碳汇能力。

关键词：冻融循环室内模拟实验泥炭沼泽磷脂脂肪酸土壤有机碳、氮

水位影响泥炭沼泽土壤有机碳分解的生物化学机制研究进展

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生态学报 2022年第19期42卷 7729-7739页

作者：徐志伟辛沐蓉王钰婷刘莎莎王升忠东北师范大学地理科学学院长白山地理过程与生态安全教育部重点实验室长春130024 东北师范大学泥炭沼泽研究所长白山湿地与生态吉林省联合重点实验室长春130024 东北师范大学国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室长春130024

在人类活动和气候变化影响下,泥炭沼泽生态系统急剧退化,其独特的氧化还原过程使得退化泥炭沼泽及其恢复过程中土壤有机碳(SOC)分解与存储机制成为研究的热点问题。泥炭沼泽排水/再湿过程会显著改变土壤的氧化还原条件,进而改变土壤微... 详细信息

在人类活动和气候变化影响下,泥炭沼泽生态系统急剧退化,其独特的氧化还原过程使得退化泥炭沼泽及其恢复过程中土壤有机碳(SOC)分解与存储机制成为研究的热点问题。泥炭沼泽排水/再湿过程会显著改变土壤的氧化还原条件,进而改变土壤微生物群落和酶活性,驱动铁氧化还原过程,影响SOC分解。已有研究对“缺氧是维持泥炭地碳存储的关键”的传统理论提出了质疑,而土壤酶及铁(Fe)在土壤SOC分解与存储过程中分别扮演着“酶锁”和“铁门”的作用,二者同时受到氧化还原条件的影响。然而,有关退化泥炭沼泽及其恢复过程中酶-土壤SOC-Fe相互作用及微生物驱动机制还有待深入。总结了干旱/排水/再湿对泥炭沼泽土壤SOC组分、分子结构、碳排放的影响,并从微生物、酶、Fe化学的角度归纳总结了泥炭沼泽土壤SOC分解的生物化学机制。未来研究中应将土壤水分与土壤SOC分解的生物地球化学机制联系起来,探寻水位变化过程中生物及非生物要素对土壤SOC分子结构变化的调控机制及土壤氧化酶-酚类物质/SOC分子结构-水解酶之间的作用机制。同时,关注Fe的氧化和还原过程,评估Fe-SOC在泥炭沼泽土壤有机碳中的地位,利用分子生物学手段探究水位变化过程中酶-SOC分解/碳排放-铁之间的权衡机制。

关键词：泥炭沼泽水位变化有机碳分解微生物酶锁铁门

中全新世以来白江河泥炭沼泽的发育过程及其控制因素

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中国科学：地球科学 2023年第3期53卷 572-586页

作者：董彦民李鸿凯王升忠贺红士东北师范大学长白山地理过程与生态安全教育部重点实验室长春130024 东北师范大学国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室长春130024 School of Natural Resources University of MissouriMO 65211USA

泥炭沼泽是陆地生态系统中的重要碳库之一,在全球碳循环中发挥关键作用.理解不同时空尺度下泥炭沼泽发育和碳累积及其对不同驱动因子的响应,有助于揭示泥炭沼泽生态系统的内在过程和一般规律.为探讨气候和局地条件在泥炭沼泽发育和碳累... 详细信息

泥炭沼泽是陆地生态系统中的重要碳库之一,在全球碳循环中发挥关键作用.理解不同时空尺度下泥炭沼泽发育和碳累积及其对不同驱动因子的响应,有助于揭示泥炭沼泽生态系统的内在过程和一般规律.为探讨气候和局地条件在泥炭沼泽发育和碳累积过程中的作用,文章利用23个泥炭基底年代研究白江河泥炭沼泽的发育和横向扩展过程;基于3个精准测年的泥炭剖面,估算碳累积速率,探究其影响因素.结果表明,白江河泥炭沼泽发育始于7.9cal. ka BP,并通过陆地沼泽化过程逐渐扩展形成. 5~4cal. ka BP的快速扩展是由于丰沛的区域降水和平坦地形.白江河泥炭沼泽3个剖面的平均碳累积速率分别为36.3、39.1和48.4g C m^(-2)a^(-1),高于北方泥炭沼泽.气候和局地条件均对白江河泥炭沼泽中全新世以来的碳累积速率具有影响. 5~1.5cal. ka BP期间碳累积速率主要受微地形、水文和植物组成等局地条件影响. 1.5cal. ka BP不同剖面碳累积速率同步下降,表明气候是该时段碳累积速率的最主要影响因素.本研究表明,在泥炭沼泽发育的不同阶段,碳累积速率的主控因子不同,局地条件在泥炭沼泽碳累积中扮演重要角色.

关键词：陆地沼泽化横向扩展碳累积速率东北地区中全新世

水文管理措施对长白山区恢复泥炭地土壤酶活性的影响

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生态学杂志 2022年第5期41卷 948-954页

作者：赵婧段磊磊王铭王升忠陈聪李鸿凯李兴丽东北师范大学地理科学学院泥炭沼泽研究所长春130024 长白山地理过程与生态安全教育部重点实验室长春130024 长白山湿地与生态过程吉林省联合重点实验室长春130024

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... 详细信息

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。

关键词：长白山区泥炭地恢复土壤酶活性土壤理化性质

不同水位控制条件下泥炭沼泽土壤微生物群落及酶活性

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湿地科学 2023年第6期21卷 887-896页

作者：曾子怡王一诺王国栋徐志伟王升忠东北师范大学地理科学学院长白山地理过程与生态安全教育部重点实验室吉林长春130024 中国科学院东北地理与农业生态研究所吉林长春130102 东北师范大学泥炭沼泽研究所国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室吉林长春130024

在白江河泥炭沼泽采集0~50 cm深度泥炭柱样品,通过室内水位控制实验,以持续淹水(对照)、持续低水位和波动水位,模拟短期排水条件,分析短期排水对泥炭土壤理化性质、活性有机碳组分、微生物群落以及酶活性的影响,并探讨泥炭沼泽土壤微生... 详细信息

在白江河泥炭沼泽采集0~50 cm深度泥炭柱样品,通过室内水位控制实验,以持续淹水(对照)、持续低水位和波动水位,模拟短期排水条件,分析短期排水对泥炭土壤理化性质、活性有机碳组分、微生物群落以及酶活性的影响,并探讨泥炭沼泽土壤微生物生物量、酶活性对短期排水的响应及其影响因素。研究结果表明,持续低水位和波动水位处理下泥炭土壤pH减小,持续低水位处理下0~20 cm深度土壤易氧化有机碳和微生物量碳含量显著减小,而>20~50 cm深度土壤易氧化有机碳含量增大;波动水位处理下泥炭土壤微生物量碳含量显著大于持续低水位处理;泥炭土壤含水量、全氮含量和碳磷比是影响土壤活性有机碳组分变化的主要因素;持续低水位处理下泥炭土壤微生物磷脂脂肪酸含量小于对照处理和波动水位处理;除真菌外,各类型微生物磷脂脂肪酸含量在波动水位处理下都大于对照;持续低水位处理下0~20 cm深度土壤氧化酶活性无显著变化,水解酶活性都增强,而>20~50 cm深度土壤多酚氧化酶和水解酶活性减弱;与持续低水位处理相比,波动水位处理后0~20 cm深度土壤过氧化物酶活性增强,而水解酶活性减弱;土壤有机碳和全氮含量是影响土壤微生物磷脂脂肪酸的主要因素,而土壤微生物量碳含量是影响土壤酶活性的主要因素。

关键词：泥炭沼泽持续低水位水位波动微生物磷脂脂肪酸氧化酶水解酶