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Transfer and Transformation of Soil Iron and Implications for Hydrogeomorpholocial Changes in Naoli River Catchment, Sanjiang Plain, Northeast China

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Chinese Geographical Science 2011年第2期21卷 149-158页

作者： JIANG Ming LU Xianguo WANG Hongqing ZOU Yuanchun WU Haitao Key Laboratory of Wetland Ecology and Environment Northeast Institute of Geography and Agroecology Chinese Academy of Sciences Changchun 130012 China National Wetland Research Center USGS Lafayette Louisiana 70506 USA

Wetland soils are characterized by alternating redox process due to the fluctuation of waterlogged conditions. Iron is an important redox substance, and its transfer and transformation in the wetland ecosystem could be an effective indicator for the environment changes. In this paper, we selected the Naoli River catchment in the Sanjiang Plain, Northeast China as the study area to analyze the dynamics of transfer and transformation of soil iron, and the relationship between iron content change and environmental factors. The results show that the total and crystalline iron contents reach the peak in the depth of 60 cm in soil profile, while the amorphous iron content is higher in the topsoil. In the upper reaches, from the low to high landscape positions, the total and crystalline iron contents decrease from 62.98 g/kg to 41.61 g/kg, 22.82 g/kg to 10.53 g/kg respectively, while the amorphous iron content increases from 2.42 g/kg to 8.88 g/kg. Amorphous iron content has positive correlation with organic matter and soil water contents, while negative correlation with pH. Moreover, both the crystalline and amorphous iron contents present no correlation with total iron content, indicating that environmental factors play a more important role in the transfer and transformation of iron other than the content of the total iron. Different redoximorphic features were found along the soil profile due to the transfer and transformation of iron. E and B horizons of wetland soil in the study area have a matrix Chroma 2 or less, and all the soil types can meet the criteria of American hydric soil indicators except albic soil.

关键词： wetland soil landscape position hydrogeomorpholocial condition redoximorphic feature iron

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冻融交替处理下湿地土壤可溶性铁的动态变化研究

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环境科学 2010年第5期31卷 1387-1394页

作者：于晓菲王国平吕宪国邹元春姜明中国科学院东北地理与农业生态研究所湿地生态与环境重点实验室长春130012 中国科学院研究生院北京100049

通过原位土柱模拟实验,对比研究了冻融交替下(-10℃冻结1d后5℃融化7d作为1个冻融周期,共5个周期,并以5℃恒温培养为对照)三江平原典型环形湿地土壤可溶性铁的动态变化.结果表明,冻融交替处理导致了环形湿地3种典型湿地土壤(毛苔草群落... 详细信息

通过原位土柱模拟实验,对比研究了冻融交替下(-10℃冻结1d后5℃融化7d作为1个冻融周期,共5个周期,并以5℃恒温培养为对照)三江平原典型环形湿地土壤可溶性铁的动态变化.结果表明,冻融交替处理导致了环形湿地3种典型湿地土壤(毛苔草群落的腐殖质沼泽土、乌拉苔草群落的草甸沼泽土和小叶章群落的草甸白浆土)溶液中的pH和Eh在经过第1个冻融周期后大都先升高,而在后4个周期后再逐渐降低;在整个实验过程中冻融组的pH有84.4%低于对照,而Eh则有82.2%的高于对照;各土壤溶液中的可溶性铁都以Fe3+为主,而Fe3+的还原受到冻融交替处理的抑制,无论Fe2+、Fe3+或总铁(TFe)的含量大都低于对照,其中TFe从(1.25±0.16)mg·L-1减少到(0.62±0.08)mg·L-1;不同土类之间,腐殖质沼泽土的pH、Eh和可溶性铁含量变化趋势与草甸白浆土的变化趋势差异显著,处于过渡带的草甸沼泽土则在pH的变化趋势上更接近于草甸白浆土,而在Eh和可溶性铁含量的变化趋势上更接近于腐殖质沼泽土;各土类不同土层之间,冻融交替对湿地上层土壤的影响要小于深层土壤.

关键词：可溶性铁环形湿地冻融交替三江平原

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垦殖方式对小叶章湿地表土团聚体有机碳分布的影响

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中国环境科学 2011年第10期31卷 1711-1717页

作者：霍莉莉吕宪国中国科学院东北地理与农业生态研究所中国科学院湿地生态与环境重点实验室吉林长春130012 中国科学院研究生院北京100049

研究了2种垦殖方式对三江平原小叶章湿地表土团聚体及其有机碳分布的影响.结果表明,垦殖后,粒径>0.25mm的大团聚体呈降低趋势,大豆田中0.053～0.25mm微团聚体增加;水稻田中主要增加的是1mm及0.053～0.25mm团聚体有机碳含量降幅均呈现大... 详细信息

研究了2种垦殖方式对三江平原小叶章湿地表土团聚体及其有机碳分布的影响.结果表明,垦殖后,粒径>0.25mm的大团聚体呈降低趋势,大豆田中0.053～0.25mm微团聚体增加;水稻田中主要增加的是1mm及0.053～0.25mm团聚体有机碳含量降幅均呈现大豆田大于水稻田,水稻田>大豆田,小叶章湿地>大豆田>水稻田.水稻田比大豆田土壤有机碳储量稍高,但其微团聚体有机碳储量及其占土壤有机碳储量的比例低于大豆田,开垦为大豆田比开垦为水稻田有利于土壤有机碳长期存留.

关键词：土壤有机碳团聚体垦殖湿地三江平原

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外源磷输入对兴凯湖沼泽土壤种子库种子萌发的影响

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湿地科学 2013年第1期11卷 41-47页

作者：刘庆艳姜明王国栋吕宪国王铭娄彦景袁宇翔中国科学院湿地生态与环境重点实验室中国科学院东北地理与农业生态研究所吉林长春130102 中国科学院大学北京100049 东北林业大学黑龙江哈尔滨150040

通过温室萌发实验,研究磷养分输入对兴凯湖狭叶甜茅(Glyceria spiculosa)沼泽、槽鳞扁莎(Pycreus korshinskyi)沼泽、恢复沼泽、大豆地和水稻田土壤种子库种子萌发的影响。结果表明,磷养分输入并没有显著影响狭叶甜茅沼泽、槽鳞扁莎沼... 详细信息

通过温室萌发实验,研究磷养分输入对兴凯湖狭叶甜茅(Glyceria spiculosa)沼泽、槽鳞扁莎(Pycreus korshinskyi)沼泽、恢复沼泽、大豆地和水稻田土壤种子库种子萌发的影响。结果表明,磷养分输入并没有显著影响狭叶甜茅沼泽、槽鳞扁莎沼泽土壤种子库种子萌发的物种组成,但是随着磷养分由低—中—高浓度的输入,两者的种子库萌发幼苗数呈现减小—增加—显著减小的变化。其中,8g/m3磷养分输入使二者的种子库种子萌发幼苗数量显著减少(p<0.05)。磷养分输入对恢复沼泽和农田的土壤种子库种子萌发影响不明显。2g/m3磷养分输入显著减少了狭叶甜茅沼泽土壤种子库中野稗(Echinochloa crusgalli)的幼苗萌发数量,而磷养分浓度达到8g/m3时,槽鳞扁莎和三裂慈菇(Sagittaria trifolia)的幼苗萌发数量显著减少。磷养分输入可能会抑制狭叶甜茅和槽鳞扁莎沼泽物种的种子萌发数量,进而改变沼泽植物群落结构。应注意控制沼泽中营养物质的输入,以维持沼泽植物群落结构和生态系统的稳定。

关键词：磷狭叶甜茅槽鳞扁莎沼泽养分输入种子库

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垦殖对湿地土壤有机碳垂直分布及可溶性有机碳截留的影响

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环境科学 2013年第1期34卷 283-287页

作者：霍莉莉邹元春郭佳伟吕宪国中国科学院湿地生态与环境重点实验室中国科学院东北地理与农业生态研究所长春130012 中国科学院大学北京100049

通过测定和计算兴凯湖地区沼泽湿地及由其垦殖而来的旱田和水田土壤剖面有机碳含量和密度及土壤剖面不同深度土壤溶液中可溶性有机碳含量,分析了垦殖对兴凯湖周边沼泽湿地土壤有机碳垂直分布及土壤剖面截留可溶性有机碳的影响.结果表明... 详细信息

通过测定和计算兴凯湖地区沼泽湿地及由其垦殖而来的旱田和水田土壤剖面有机碳含量和密度及土壤剖面不同深度土壤溶液中可溶性有机碳含量,分析了垦殖对兴凯湖周边沼泽湿地土壤有机碳垂直分布及土壤剖面截留可溶性有机碳的影响.结果表明,垦殖显著影响湿地0～40 cm土壤有机碳含量,大豆田和水稻田0～10、10～20、20～30、30～40 cm土壤有机碳含量与湿地相比分别降低了79.07%和82.01%、79.01%和82.28%、79.86%和92.90%、37.49%和78.05%;40 cm以下土层土壤有机碳含量垦殖前后差异不显著.大豆田和水稻田有机碳密度相比沼泽湿地分别降低了25.50%和47.35%,但三者1 m深土壤中大部分的有机碳均是储存在0～50 cm土层中.垦殖前后土壤有机碳含量与深度之间的关系均可用指数函数来描述,垦殖改变了土壤有机碳含量但并未改变其随土壤深度的变化规律.垦殖为大豆田土壤剖面对可溶性有机碳的截留效果较湿地和水稻田更明显,沼泽湿地和水稻田对可溶性有机碳的截留效果大致相当.

关键词：土壤有机碳可溶性有机碳垦殖垂直分布截留湿地

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三江平原典型灌区井灌地下水中铁的随水迁移特征

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环境科学 2012年第4期33卷 1209-1215页

作者：邹元春于晓菲霍莉莉吕宪国姜明中国科学院东北地理与农业生态研究所湿地生态与环境重点实验室长春130012 中国科学院研究生院北京100049

以三江平原典型水稻灌区———黑龙江省农垦总局建三江分局为例,系统调查了该区地下水的铁含量特征,并具体分析了铁通过井灌从地下水进入晒水池、稻田,再通过排水进入多等级沟渠系统的季节迁移过程及铁在相应沉积物或土壤中的分布特征.... 详细信息

以三江平原典型水稻灌区———黑龙江省农垦总局建三江分局为例,系统调查了该区地下水的铁含量特征,并具体分析了铁通过井灌从地下水进入晒水池、稻田,再通过排水进入多等级沟渠系统的季节迁移过程及铁在相应沉积物或土壤中的分布特征.结果表明,研究区地下水总铁质量浓度为(1.73±0.41)mg.L-1,最大值为11.4 mg.L-1,最小值0.01 mg.L-1,变异系数1.29%.根据2010年水稻种植面积和当地实行的每亩额定灌水量推算,从地下进入稻田和其它地表水体中的铁可达4 976.40 t.溶解性Fe2+、溶解性Fe3+、溶解性铁和总铁都具有明显的季节变化(6、7月较高),且沿水流方向以稻田积水中的含量较高.晒水池和稻田对地下水铁的富集效应明显,二者的总铁质量浓度分别达到地下水的6.17和21.65倍.晒水池沉积物的总铁含量显著高于稻田、农渠和干渠(浓江河).不同氧化铁形态中,仍以晒水池沉积物中各形态铁氧化物的含量较高,而稻田土壤、农渠和干渠沉积物之间没有显著性差异.三江平原典型灌区地下水中的铁通过井灌进入地表水体中,大部分被蓄积在晒水池和稻田中,仅有少部分随稻田退水进入沟渠网,并逐级沉淀在稻田和沟渠沉积物中.铁在随水迁移过程中除了总量变化外,还伴随着种类和形态的转化,这些变化直接受水稻灌溉管理方式的影响,具有明显的季节特征.长期井灌或将导致铁在稻田土壤和沟渠沉积物中的富集,具有潜在的污染风险.

关键词：铁迁移地下水井灌三江平原

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农田开垦对三江平原湿地土壤种子库影响及湿地恢复潜力

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生态学报 2013年第1期33卷 205-213页

作者：王国栋 Beth A Middleton 吕宪国姜明王铭赵魁义娄彦景中国科学院东北地理与农业生态研究所湿地生态与环境重点实验室长春130012 中国科学院研究生院北京100039 U.S.Geological Survey National Wetland Research Center

种子库是湿地植被恢复的重要途径之一,不同时期的耕作土壤中残留的种子对开垦湿地恢复具有重要的作用。本文采用温室萌发法在两种水分条件下对三江平原天然湿地、不同开垦年限湿地种子库结构和规模进行了研究,以了解不同开垦年限湿地种... 详细信息

种子库是湿地植被恢复的重要途径之一,不同时期的耕作土壤中残留的种子对开垦湿地恢复具有重要的作用。本文采用温室萌发法在两种水分条件下对三江平原天然湿地、不同开垦年限湿地种子库结构和规模进行了研究,以了解不同开垦年限湿地种子库特征及其在湿地植被恢复中的潜力。本次实验共萌发物种50种,随着开垦年限增加,萌发物种逐渐减少,天然湿地、开垦1年、3年、10年、20年的湿地分别为34种、31种、21种、21种和8种,萌发物种数与种子库规模均表现出极显著差异(F1=8.32,F2=5.946,P<0.001)。种子库密度以天然湿地和开垦1年湿地最大,分别为7624粒/m2,9836粒/m2。随着开垦年限增加,种子库规模逐渐减小,开垦3年、10年种子库密度为4336粒/m2,4872粒/m2。开垦20 a后,显著减少为432粒/m2。湿润条件下萌发物种数及种子密度显著高于淹水处理,种子库具有明显的分层现象,0—5 cm土层种子库规模显著高于5—10 cm。小叶章(Calamagrostis angustifolia)作为该地区优势物种,由最初的1192粒/m2,经过20 a开垦后在种子库中消失。研究表明,在一定的开垦年限范围内,开垦湿地土壤中仍然保留大量的湿地物种种子,在湿地恢复中具有重要的作用。

关键词：三江平原湿地开垦土壤种子库湿地恢复

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三江平原恢复湿地土壤种子库特征及其与植被的关系

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植物生态学报 2012年第8期36卷 763-773页

作者：王国栋吕宪国姜明王铭赵魁义娄彦景中国科学院东北地理与农业生态研究所湿地生态与环境重点实验室长春130012 中国科学院研究生院北京100049

通过幼苗萌发法和样方调查相结合的方法对三江平原不同演替恢复阶段的种子库特征及其与植被的关系进行了研究。将开垦湿地、不同演替恢复阶段湿地以及天然湿地不同土壤层次(0–5、5–10cm和根茎)的种子库在两种水分条件下(湿润、淹水10... 详细信息

通过幼苗萌发法和样方调查相结合的方法对三江平原不同演替恢复阶段的种子库特征及其与植被的关系进行了研究。将开垦湿地、不同演替恢复阶段湿地以及天然湿地不同土壤层次(0–5、5–10cm和根茎)的种子库在两种水分条件下(湿润、淹水10cm)进行萌发处理。结果表明:随着演替恢复阶段的进行,种子库的结构和规模逐渐扩大,地表群落表现出由旱生物种占优势的群落逐渐演变成以小叶章(Calamagrostis angustifolia)占优势的湿生群落的演替趋势。恢复7年湿地、恢复14年湿地、天然湿地土壤种子库萌发物种数分别为24种、29种、39种,植被物种数为21种、25种、14种。湿地类型、水分条件和土壤层次均显著影响种子库萌发的物种数及幼苗数(p<0.01)。种子库具有明显的分层现象,天然湿地0–5cm土层种子库种子萌发密度是5–10cm土层的4倍左右,而恢复湿地仅1.3倍左右,且土层间萌发物种相似性系数较低。湿润条件下的萌发物种数显著高于淹水条件,且两种水分条件下萌发物种的生活型不同。由于恢复时间较短,不同演替恢复阶段的种子库与植被相似性维持在30%以下。湿地中根茎分蘖出大量的湿地物种,对于小叶章等优势物种的繁殖具有重要作用。研究表明,在开垦湿地退耕后的次生演替阶段,种子库能够保持大量的湿地物种,通过对湿地种子库与植被的关系研究,能够为三江平原湿地群落演替与湿地恢复提供策略指导。

关键词：不同演替恢复阶段三江平原湿地土壤种子库植被

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三江平原水稻田耕层土壤铁随开垦年限的动态变化

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水土保持通报 2011年第3期31卷 22-25,51页

作者：霍莉莉吕宪国邹元春国科学院湿地生态与环境重点实验室中国科学院东北地理与农业生态研究所吉林长春130012 中国科学院研究生院北京100049

以三江平原不同开垦年限水稻田为研究对象,分析了水稻田耕层土壤铁随开垦年限的动态变化情况。结果表明,随开垦年限增加,水稻田耕层土壤全铁呈指数形式递增;游离态铁以波动形式增加,3和11a时为波谷,5和14 a时为波峰;络合态铁开垦前期逐... 详细信息

以三江平原不同开垦年限水稻田为研究对象,分析了水稻田耕层土壤铁随开垦年限的动态变化情况。结果表明,随开垦年限增加,水稻田耕层土壤全铁呈指数形式递增;游离态铁以波动形式增加,3和11a时为波谷,5和14 a时为波峰;络合态铁开垦前期逐年增加,8 a后增加到1 562.41 mg/kg,随后逐渐减少;无定形态铁呈指数递减趋势。氧化铁的游离度先升高后降低,开垦8 a时达到最高值0.46;络合度在开垦前8 a逐年上升,5～8 a增速降低,8 a时达到最高值0.18,之后逐年下降;活化度则呈指数形式下降。土壤淹水状况和耕作管理方式的不同造成水稻田和大豆田氧化铁游离度、络合度和活化度随开垦年限变化趋势的差异。水田开发使湿地表土游离态铁、络合态铁和无定形态铁含量增加,氧化铁游离度升高,水稻田耕层土壤氧化铁络合度和活化度低于天然湿地,高于大豆田。

关键词：水稻田耕层土壤铁开垦年限湿地三江平原

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