互花米草入侵影响下闽江河口湿地土壤有效硅的时空变化特征

2016年1—12月,选择闽江河口鳝鱼滩的短叶茳芏湿地、互花米草湿地以及二者的交错带湿地为研究对象,采用定位研究方法探讨了互花米草入侵影响下湿地土壤有效硅含量的时空变化特征。结果表明:互花米草入侵影响下3块湿地土壤有效硅含量随时间推移整体呈波动上升趋势;互花米草入侵显著提高了鳝鱼滩湿地30—60 cm土层土壤有效硅含量(P0.01),与短叶茳芏湿地相比,交错带湿地和互花米草湿地30—60 cm土层土壤有效硅含量分别增加了8.56%和19.97%,逐步线性回归分析表明土温和电导是影响其变化的重要因素(P0.01)。研究互花米草入侵影响下湿地土壤有效硅含量的变化特征,对于揭示湿地生态系统生源要素硅生物地球化学循环过程以及互花米草入侵及其扩张机制具有重要意义。     

闽江河口芦苇与短叶茳芏空间扩展植物-土壤系统硫含量变化特征

2015年7月,选取闽江河口鳝鱼滩的芦苇湿地、短叶茳芏湿地以及二者交错带湿地为对象,研究了两种植被空间扩展过程中植物-土壤系统全硫(TS)含量的空间变化特征。结果表明,不同湿地表层土壤的TS含量表现为交错带湿地短叶茳芏湿地芦苇湿地,其差异主要与两种植被的空间扩展改变了交错带湿地土壤的质地及有机质等参数,进而对硫的迁移及转化过程产生重要影响有关;交错带不同植被的根系分布及其对土壤硫养分的竞争导致土壤TS含量的水平和垂直变异性均较芦苇或短叶茳芏纯群落发生较大改变,其土壤的TS含量受芦苇根系分布的影响更为明显,含量和储量均在深层土壤中较高。芦苇与短叶茳芏的空间扩展改变了两种植被的株高、密度及生物量分配格局,尽管二者在交错带中的地下生物量分配比均高于纯群落,但芦苇地下空间占据能力要高于短叶茳芏。研究发现,芦苇与短叶茳芏的空间扩展是双向过程,二者在空间扩展中通过不同的硫养分吸收、累积与分配策略适应竞争环境,即交错带湿地中的芦苇通过增加根部对硫养分的累积能力来保持其竞争力,而短叶茳芏则通过拓展地上空间及提高地上器官的硫养分累积能力来抗衡芦苇的空间扩展。     

闽江口潮滩湿地不同植被带土壤及间隙水中硅的分布特征

以闽江口潮滩湿地为研究对象,由岸及海方向对芦苇、短叶茳芏、互花米草(潮沟内)和互花米草(潮沟外)4种湿地土壤生物硅和土壤间隙水氮硅营养盐含量及其随深度变化的特征进行为期1a的季度观测。结果显示:互花米草(外)、短叶茳芏、芦苇和互花米草(内)带湿地土壤生物硅的年均含量依次降低,分别为14.33、10.40、9.98、7.50 mg/g;互花米草(外)、互花米草(内)、短叶茳芏和芦苇带湿地土壤间隙水活性硅酸盐年均含量依次降低,分别为407、359、344、323μmol/L;湿地各植被带土壤及间隙水含硅量均呈现夏秋季节高于冬春季节的趋势。统计分析表明:间隙水活性硅酸盐与土壤生物硅含量、距潮沟的距离之间的正相关性均比较显著(P0.05),温度对土壤中硅含量的影响也有一定的正相关性,说明湿地植被、温度和潮汐作用是影响闽江口湿地硅分布的重要因素。与土著种对比,互花米草入侵在一定程度上改变了闽江口潮滩湿地土壤硅分布的格局。     

闽江口芦苇与短叶茳芏空间扩展对湿地土壤磷赋存形态的影响

选择闽江口鳝鱼滩的芦苇湿地、短叶茳芏湿地以及芦苇与短叶茳芏空间扩展形成的交错带湿地为对象，研究了不同湿地土壤磷赋存形态的分布特征及其主要影响因素。结果表明，不同湿地土壤中各形态磷含量整体表现为HCl-Pi > NaOH-Pi > Residual-P > NaHCO₃-Pi > NaOH-Po > Sonic-Pi > Resin-Pi > NaHCO₃-Po。其中，难分解态磷占TP的比例最高（Resin-Pi、NaHCO₃-Pi、NaHCO₃-Po），为48.3%-51.1%；中等易分解态磷次之（NaOH-Pi、NaOH-Po、Sonic-Pi、Sonic-Po），为37.4%-38.8%；而易分解态磷最低（HCl-P、Residual-P），为11.5%-12.9%。交错带湿地土壤中易分解态磷、中等易分解态磷和难分解态磷含量相对于纯群落湿地均发生了明显改变，其值相比芦苇湿地分别提高了10.6%、19.2%和22.6%，相比短叶茳芏湿地分别提高了1.6%、11.5%和16.6%，原因主要与二者空间扩展过程中交错带湿地土壤的理化性质特别是粒度组成、pH以及Fe、Al含量均较纯群落湿地发生明显改变有关。芦苇与短叶茳芏的空间扩展整体改变了湿地土壤的全磷（TP）含量和储量，相对于芦苇湿地和短叶茳芏湿地，交错带湿地土壤的TP含量分别增加了20.0%和7.1%，而磷储量分别增加了12.0%和18.0%。研究发现，芦苇与短叶茳芏的空间扩展不但改变了湿地土壤中磷的赋存状况，而且亦可能改变不同磷形态之间的转化。交错带湿地土壤磷赋存状况有助于缓解芦苇与短叶茳芏空间扩展过程中对磷养分的竞争压力，从而可能在一定程度上维持交错带湿地系统的相对稳定。     

闽江河口春季互花米草入侵过程对短叶茳芏沼泽土壤碳氮分布特征的影响

2014年4月,选择闽江口鳝鱼滩湿地中未被入侵的短叶茳芏群落(A)、互花米草入侵斑块边缘(B)以及互花米草入侵斑块中央(C)为研究对象,基于时空互代研究方法,探讨了互花米草入侵序列下湿地土壤碳氮空间分布特征的差异。结果表明,互花米草入侵显著降低了土壤的NO_3~--N含量(P0.05),但整体增加了NH_4~+-N含量,这与其入侵后导致湿地土壤颗粒组成发生显著变化(砂砾含量增加33.81%),进而促进了土壤的矿化作用和硝化作用,并有助于硝态氮的垂直淋失有关。互花米草入侵整体增加了土壤的碳氮含量和C/N比,与入侵进程和入侵前相比,互花米草入侵后湿地土壤的碳储量分别增加了8.73%和24.37%,氮储量则分别增加了10.22%和17.87%,这主要与其对闽江口湿地植物群落格局、养分生物循环以及强促淤作用引起的土壤颗粒组成等显著改变有关。研究发现,闽江口互花米草入侵对短叶茳芏湿地土壤碳氮含量的影响相对于江苏盐城、长江口以及杭州湾湿地的影响可能更为显著,其互花米草入侵较大改变了土壤中陆源和海源有机质的来源比例,使得入侵后湿地土壤养分的自源性增强。     

潮汐对闽江口感潮湿地孔隙水及土壤中硅、氮浓度的影响

以闽江口鳝鱼滩潮汐湿地为研究对象,于2014—2015年大潮月(10月)和小潮月(4月)中的大小潮日对芦苇、短叶茳芏、互花米草3种湿地土壤间隙水中活性硅酸盐、无机氮浓度和表层土壤生物硅、全氮含量进行测定分析,探讨潮汐作用对河口湿地土壤及间隙水中硅、氮含量的影响.结果表明: 湿地土壤间隙水活性硅酸盐、表层土壤生物硅含量在大潮月均略高于小潮月,其中大潮月小潮日土壤间隙水活性硅酸盐含量最高,表层土壤生物硅含量最低,而大潮月大潮日则与之相反.不同植被带湿地土壤间隙水中NH₄⁺-N、NO₃^--N含量均表现为小潮月高于大潮月,且小潮日NH₄⁺-N含量显著高于大潮日(P<0.05).潮汐引起的水淹时间、干湿交替等水文条件变化对河口湿地土壤及间隙水中硅、氮元素含量具有重要影响,而植被类型对其分布亦具有一定影响.     

互花米草与短叶茳芏枯落物分解过程中碳氮磷化学计量学特征

为了揭示植物枯落物分解过程中元素生态化学计量学特征,对闽江河口湿地互花米草和短叶茳芏枯落物分解过程进行了测定.结果表明:整个分解期间内(2007年1-10月),在近潮沟生境和远潮沟生境,互花米草枯落物分解速率、氮磷养分含量低于短叶茳芏枯落物,但热值高于短叶茳芏枯落物;近潮沟生境,互花米草和短叶茳芏枯落物分解过程中平均C/N、C/P和N/P分别为70.5和34.7,2285.8和1210.7,32.8和35.4;远潮沟生境互花米草和短叶茳芏枯落物分解过程中平均C/N、C/P和N/P分别为72.7和33.2,2519.2和1167.0,34.0和35.9,两种生境下均表现为互花米草具有较高的C/N、C/P和较低的N/P;互花米草枯落物分解过程中具有较高的C/N和C/P,其分解速率较低.     

闽江口典型芦苇湿地与短叶茳芏湿地土壤碳氮含量的空间分布特征

以闽江河口鳝鱼滩湿地的芦苇湿地、短叶茳芏湿地以及二者交错带湿地为对象,研究了不同类型湿地土壤碳氮含量的空间分布特征。结果表明:土壤总氮(TN)和有机碳(SOC)含量在水平方向上整体表现为交错带湿地芦苇湿地短叶茳芏湿地,而在垂直方向上其在不同类型湿地土壤中的含量均随深度增加而降低;与芦苇湿地和短叶茳芏湿地相比,交错带湿地表层土壤的无机氮含量分别降低了15.78%、0.84%(NH4+-N)和13.04%、44.00%(NO3--N),而在下层土壤分别增加了30.00%、6.06%(NH4+-N)和43.75%、23.91%(NO3--N);芦苇湿地土壤NH4+-N含量主要受到有机质含量控制,短叶茳芏湿地土壤TN含量受到土壤盐分的重要影响,而土壤颗粒组成和水分是影响交错带湿地土壤的NH4+-N和NO3--N关键因子。研究发现,芦苇与短叶茳芏种群的竞争作用不但明显增加了交错带湿地土壤SOC和TN含量,而且也深刻改变了NH4+-N和NO3--N含量的空间分布特征,其可能通过改变土壤的细颗粒组成、氮矿化与硝化作用来影响土壤碳氮的空间分布。     

闽江河口互花米草入侵湿地土壤无机硫赋存形态及其影响因素

选择闽江河口鳝鱼滩的互花米草湿地为研究对象，基于时空互代法，探讨了不同互花米草入侵年限（SA1： 5-6 年；SA2： 8-10 年；SA3： 12-14年）湿地土壤的无机硫赋存形态及其主要影响因素。结果表明，随着互花米草入侵年限的增加，湿地土壤的水溶性硫（H₂O-S）含量整体呈增加趋势，而吸附性硫（Adsorbed-S）、盐酸可溶性硫（HCl-Soluble-S）和盐酸挥发性硫（HCl-Volatile-S）含量整体均呈降低趋势。相对于SA1，SA2、SA3土壤的H₂O-S含量分别增加了10.02%和2.68%，而其Adsorbed-S、HCl-Soluble-S和HCl-Volatile-S含量分别降低了9.02%、10.95%、7.57%和15.61%、32.89%、15.14%。湿地土壤的总无机硫（TIS）含量、TIS储量及其占全硫（TS）储量的比例均随互花米草入侵年限的增加而降低，且这种降低主要取决于Adsorbed-S、HCl-Soluble-S和HCl-Volatile-S的贡献。此外，随着互花米草入侵年限的增加，影响湿地土壤不同形态无机硫赋存的环境因子均发生了较大变化，其中土壤颗粒组成、EC和pH的改变对无机硫赋存形态的影响最为明显。研究发现，随着互花米草入侵年限的增加以及该区对互花米草定期刈割活动的进行，湿地土壤无机硫养分可能将继续降低并逐渐趋于缺乏状态，长期而言将减弱互花米草自身的入侵能力。     

闽江河口芦苇与短叶茳芏空间扩展对湿地系统磷赋存特征的影响

本研究选择闽江河口鳝鱼滩芦苇和短叶茳芏空间扩展前的芦苇湿地、短叶茳芏湿地,以及二者空间扩展形成的交错带湿地为对象,探讨了两种植物空间扩展过程中植物-土壤系统的全磷(TP)赋存特征及其主要影响因素。结果表明: 在空间扩展影响下,湿地植物和土壤的TP含量均发生了明显变化。其中,交错带湿地土壤的TP含量比芦苇湿地和短叶茳芏湿地土壤分别增加了20.0%和7.1%。这与芦苇和短叶茳芏空间扩展过程中土壤的颗粒组成以及植物的生物量、根冠比变化有关。除叶外,交错带芦苇不同器官的TP含量整体均低于短叶茳芏的相应器官。这与二者在交错带生境中对P养分吸收利用与转运方式的差异有关。另外,空间扩展导致的竞争作用使二者的P分配比也发生较大变化,与纯群落相比,交错带芦苇提高了根、叶的P分配比,而交错带短叶茳芏提高了根的P分配比。芦苇和短叶茳芏为了应对空间扩展过程中的竞争可能采取了不同的P养分利用策略,前者通过加强根部P养分吸收和提高叶片光合作用的方式来占据竞争优势,而后者通过提高根系生物量以增强对P养分吸收利用的方式来抗衡来自芦苇的竞争。     

闽江河口区淡水和半咸水潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌多样性

为认识盐度对河口潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌的影响,应用PCR-RFLP技术及测序分析对闽江河口区淡水-半咸水盐度梯度上分布的4个短叶茳芏潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌群落结构进行研究。闽江河口区短叶茳芏潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌群落结构受盐度影响明显,位于下洋洲和塔礁洲的短叶茳芏潮汐淡水沼泽湿地土壤产甲烷菌的香农-威纳多样性指数值分别为2.81和2.65,位于蝙蝠洲和鳝鱼滩的短叶茳芏潮汐半咸水沼泽湿地土壤产甲烷菌香农-威纳多样性指数值分别仅为2.33和2.27。系统发育分析表明:短叶茳芏沼泽湿地土壤产甲烷菌类群主要有甲烷杆菌目(Methanobacteriales),包括Methanobacterium、Methanobrevibacter和Methanobacteriaceae;甲烷微菌目(Methanomicrobiales),主要有Methanoregula,以及甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales),主要有Methanosarcina和Methanococcoides。闽江河口区短叶茳芏潮汐淡水沼泽湿地土壤主要的优势产甲烷菌有Methanoregula、Methanosarcina和Methanobacterium,而短叶茳芏潮汐半咸水沼泽湿地土壤主要的优势产甲烷菌则转化为仅以Methanoregula为主。     

Invasive alien plants increase CH4 emissions from a subtropical tidal estuarine wetland

Methane (CH₄) is an important greenhouse gas whose emission from the largest source, wetlands is controlled by a number of environmental variables amongst which temperature, water-table, the availability of substrates and the CH₄ transport properties of plants are most prominent and well characterised. Coastal wetland ecosystems are vulnerable to invasion by alien plant species which can make a significant local contribution to altering their species composition. However the effect of these changes in species composition on CH₄ flux is rarely examined and so is poorly understood. Spartina alterniflora, a perennial grass native to North America, has spread rapidly along the south-east coast of China since its introduction in 1979. From 2002, this rapid invasion has extended to the tidal marshes of the Min River estuary, an area that, prior to invasion was dominated by the native plant Cyperus malaccensis. Here, we compare CH₄ flux from the exotic invasive plant S. alterniflora with measurements from the aggressive native species Phragmites australis and the native species C. malaccensis following 3-years of monitoring. CH₄ emissions were measured over entire tidal cycles. Soil CH₄ production potentials were estimated for stands of each of above plants both in situ and in laboratory incubations. Mean annual CH₄ fluxes from S. alterniflora, P. australis and C. malaccensis dominated stands over the 3 years were 95.7 (±18.7), 38.9 (±3.26) and 10.9 (±5.26) g m^?2 year^?1, respectively. Our results demonstrate that recent invasion of the exotic species S. alterniflora and the increasing presence of the native plant P. australis has significantly increased CH₄ emission from marshes that were previously dominated by the native species C. malaccensis. We also conclude that higher above ground biomass, higher CH₄ production and more effective plant CH₄ transport of S. alterniflora collectively contribute to its higher CH₄ emission in the Min River estuary.     

闽江口芦苇与短叶茳芏湿地土壤无机硫形态分布特征及其影响因素

选择闽江口鳝鱼滩的芦苇湿地、短叶茳芏湿地以及二者交错带湿地为对象,研究了不同类型湿地土壤无机硫赋存形态的分布特征及其主要影响因素。结果表明,芦苇与短叶茳芏在空间扩展过程中形成的交错带湿地土壤的水溶性硫(H_2O-S)、吸附性硫(Adsorbed-S)和盐酸可溶性硫(HCl-Soluble-S)含量在0—40 cm土层上整体要高于芦苇湿地和短叶茳芏湿地,而盐酸挥发性硫(HCl-Volatile-S)含量则与之相反。在垂直方向上,不同类型湿地土壤的H_2O-S、Adsorbed-S和HCl-Soluble-S含量整体均自表层向下呈先降低而后增加的变化,而盐酸挥发性硫(HCl-Volatile-S)含量则与之相反。3种类型湿地土壤中不同形态无机硫平均含量整体均表现为HCl-Soluble-S H_2O-S Adsorbed-S HCl-Volatile-S,且其总无机硫(TIS)平均含量分别占全硫(TS)含量的22.29%—39.99%(芦苇湿地)、32.39%—33.33%(交错带湿地)和30.20%—30.86%(短叶茳芏湿地)。与芦苇湿地和短叶茳芏湿地相比,交错带湿地土壤的H_2O-S、Adsorbed-S、HCl-Soluble-S和TIS平均含量整体均呈增加趋势,增幅分别为36.94%和54.31%、34.84%和13.03%、73.25%和67.59%以及45.72%和45.28%;与之不同,HCl-Volatile-S平均含量则呈降低趋势,降幅分别为2.78%和22.24%。不同类型湿地土壤中H_2O-S、Adsorbed-S和TIS含量的变化主要受有机质含量和细颗粒组成的控制,而HCl-Soluble-S和HCl-Volatile-S含量主要受土壤氧化还原环境和金属元素分布的影响。研究发现,芦苇与短叶茳芏的空间扩展明显增加了交错带湿地土壤的H_2O-S、Adsorbed-S、HCl-Soluble-S和TIS含量,但降低了HCl-Volatile-S含量,说明二者的空间扩展在整体提高交错带湿地土壤有效硫供给能力的同时,亦降低了挥发性硫化物可能对二者生长产生的不利影响,这对于保持二者在交错带湿地中的竞争力具有重要生态意义。     

Fifteen Years of Vegetation and Soil Development after Brackish-Water Marsh Creation

Aboveground biomass, macro‐organic matter (MOM), and wetland soil characteristics were measured periodically between 1983 and 1998 in a created brackish‐water marsh and a nearby natural marsh along the Pamlico River estuary, North Carolina to evaluate the development of wetland vegetation and soil dependent functions after marsh creation. Development of aboveground biomass and MOM was dependent on elevation and frequency of tidal inundation. Aboveground biomass of Spartina alterniflora, which occupied low elevations along tidal creeks and was inundated frequently, developed to levels similar to the natural marsh (750 to 1,300 g/m²) within three years after creation. Spartina cynosuroides, which dominated interior areas of the marsh and was flooded less frequently, required 9 years to consistently achieve aboveground biomass equivalent to the natural marsh (600 to 1,560 g/m²). Aboveground biomass of Spartina patens, which was planted at the highest elevations along the terrestrial margin and seldom flooded, never consistently developed aboveground biomass comparable with the natural marsh during the 15 years after marsh creation. MOM (0 to 10 cm) generally developed at the same rate as aboveground biomass. Between 1988 and 1998, soil bulk density decreased and porosity and organic C and N pools increased in the created marsh. Like vegetation, wetland soil development proceeded faster in response to increased inundation, especially in the streamside zone dominated by S. alterniflora. We estimated that in the streamside and interior zones, an additional 30 years (nitrogen) to 90 years (organic C, porosity) are needed for the upper 30 cm of created marsh soil to become equivalent to the natural marsh. Wetland soil characteristics of the S. patens community along upland fringe will take longer to develop, more than 200 years. Development of the benthic invertebrate‐based food web, which depends on organic matter enrichment of the upper 5 to 10 cm of soil, is expected to take less time. Wetland soil characteristics and functions of created irregularly flooded brackish marshes require longer to develop compared with regularly flooded salt marshes because reduced tidal inundation slows wetland vegetation and soil development. The hydrologic regime (regularly vs. irregularly flooded) of the “target” wetland should be considered when setting realistic expectations for success criteria of created and restored wetlands.     

植被类型对盐沼湿地空气生境节肢动物功能群的影响

2007年4-11月,在长江口崇明东滩盐沼湿地的芦苇带、海三棱藨草带和互花米草带设置固定样地,每月小潮期对空气生境的节肢动物进行了扫网取样调查。在此基础上,分析研究了盐沼湿地空气生境节肢动物功能群特征以及植被类型的影响,特别是对互花米草的生态效应进行了进一步讨论。调查期间共获得节肢动物标本3778头,分属2纲11目37科49种。根据不同种类的营养特征将其划分为植食性、捕食寄生性和腐食性三大功能群。其中,植食性功能群的种类、数量最为丰富,涉及1纲6目19科25种,物种数占总数的51.0%,个体数占总数的86.2%;捕食寄生性功能群次之,涉及2纲7目15科21种,物种数占总数的42.9%,个体数占总数的7.8%;腐食性功能群种类、数量最少,涉及1纲1目3科3种,物种数占总数的6.1%,个体数占总数的6.0%。不同植被带捕食寄生性功能群与植食性功能群均具有一定的"天敌跟随"特征,但主要表现在物种数上,而在个体数上的对应关系并不明显。不同植被带功能群的组成、多样性及月际变化特征存在一定差异,但是植被类型对功能群的影响并不显著。与已有研究结果不同,研究中外来种互花米草对空气生境的节肢动物并未表现出显著的负面影响,相应节肢动物功能群的物种数、个体数、多样性、月际变化等特征与其他植被带并没有显著差异。就植食性功能群而言,尽管互花米草带植食性功能群的个体数明显低于其它植被带,但是物种数并没有减少,相应的作用机理还有待进一步研究。     

基于胁迫梯度假说和互惠理论的海三棱藨草种群恢复技术

滨海湿地生态修复已成为阻止海岸带生态系统退化、保护生物多样性以及提供生态服务的关键措施。以长江口原生盐沼植物海三棱藨草(Scirpus mariqueter)为研究对象,选取崇明东滩新生滩涂湿地为研究区域,通过沿潮滩高程梯度的海三棱藨草植株斑块的移植实验,探究胁迫梯度假说和互惠理论(即种内的正相互作用)对长江口海三棱藨草种群恢复的指导意义。研究结果显示:(1)在一定的胁迫梯度范围内(潮滩高程2.0 m以上),增大种植斑块可以促进海三棱藨草的种内正相互作用,显著提高种植斑块的存活率和植株密度(P0.05);(2)潮滩水文动力沉积条件与潮滩高程梯度密切相关(P0.05),水文动力沉积作用对海三棱藨草定居和生长的胁迫随高程梯度下降而增强。潮滩高程2.0 m以下处强烈的水文动力条件干扰限制了生物-物理因素的正反馈作用。滨海湿地盐沼植被修复工作的成功率可以通过改进种植方式,增强种内的正相互作用得到极大的提高。研究可为开展大规模滨海湿地盐沼植被修复工程和提高生态修复效率提供科学依据和技术支持。