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。     

闽江河口湿地不同植被带土壤全硅的含量及分布特征

硅是湿地系统元素循环所关注的重要内容之一,土壤全硅的分布特征与湿地土壤-植物系统活跃程度密切相关。于2016年1—12月,以闽江河口鳝鱼滩湿地为研究对象,通过野外原位采样及室内实验分析,对短叶茳芏、短叶茳芏与互花米草交错带、互花米草3种植物类型湿地的土壤全硅含量和储量的变化特征进行观测。结果表明:短叶茳芏、短叶茳芏与互花米草交错带、互花米草湿地土壤全硅的年平均含量依次为197.67、201.21、210.33 mg/g,表现为由陆向海方向逐渐增加的趋势;季节上均呈现秋冬高于春夏的趋势;土壤全硅含量和储量均表现为上部土层(0—30cm)高于下部土层(30—60cm)。经统计分析发现,湿地土壤全硅含量与有机质显著负相关(P<0.05),与含水率和pH有极显著正相关关系(P<0.01)。除短叶茳芏湿地外,其余2种湿地土壤全硅含量与有效硅含量显著负相关(P<0.05)。研究闽江河口湿地不同植被带土壤全硅含量和储量及其分布特征,旨在揭示湿地土壤全硅水平在不同类型湿地植被生长影响下的变化过程,为本研究区的硅素研究补充关键数据。     

互花米草入侵下湿地土壤碳氮磷变化及化学计量学特征

为阐明外来物种入侵对生态系统的改变,对闽江河口区本土植物短叶茳芏和不同入侵年限的互花米草湿地土壤总碳(TC)、总氮(TN)、总磷(TP)含量进行了测定与分析.结果表明: 互花米草入侵后0～50 cm深度各层土壤TC、TN和TP含量均有不同程度的增加,其中TC、TN的变化比较一致,而TP的变化滞后;TC的增加引起土壤C/N持续增加,而TP是调节互花米草入侵过程中湿地土壤C/P和N/P的关键因子,C/P和N/P的变化基本一致.土壤TC、TN、TP的变化受到土壤盐度、容重、含水量和黏粒组成的影响,而它们之间计量比主要受土壤盐度、粒径组成的影响;C/N和C/P对互花米草湿地的土壤固碳效应具有良好的指示作用.互花米草入侵引起生物量和湿地生境改变,导致土壤碳氮磷含量及其生态化学计量比发生显著变化,且随入侵时间延长表现出不同的变化特征.     

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。     

闽江口互花米草淤积作用对其自身和短叶茳芏残体分解及硫养分释放的影响

2016—2017年,以闽江口鳝鱼滩西北部互花米草(SA)入侵初期与短叶茳芏(CM)形成的典型交错带植物残体为研究对象,基于野外原位分解试验,通过设定无淤积强度(S_0,0 cm/a)、当前淤积强度(S_5,5 cm/a)和未来淤积增强(S_(10),10 cm/a)3种处理,模拟互花米草入侵初期导致的淤积作用对其自身以及短叶茳芏残体分解及硫养分释放的影响。结果表明,随着互花米草入侵导致的淤积强度的增加,互花米草和短叶茳芏残体的分解速率均明显降低;与S_0相比,二者在S_5与S_(10)处理下的分解速率分别降低49.09%(SA)、35.14%(CM)和56.36%(SA)、44.59%(CM)。随着淤积强度的增加,互花米草和短叶茳芏残体分解过程中的TS含量整体均呈增加趋势,且其对短叶茳芏TS含量变化的影响较为明显;互花米草和短叶茳芏残体在分解过程中均表现为不同程度的硫释放,但随淤积强度的增加,二者硫释放量均呈降低趋势,且在相同淤积强度下,前者的硫释放量要高于后者。不同淤积强度下残体分解速率及硫养分释放强度的差异不仅与分解环境中的EC密切相关,且与残体残留率、初始基质质量(C/N和C/S)以及淤积导致养分条件改变而对分解过程中残体基质质量的影响有关。研究发现,随着淤积强度的增加,两种残体的分解速率及硫释放强度均降低;但在相同淤积强度下,短叶茳芏残体的分解速率和硫释放量均大于互花米草。     

闽江河口入侵种互花米草和本地种短叶茳芏的养分动态及植物化学计量内稳性特征

化学计量内稳性是维持生态系统结构、功能和稳定性的重要机制。互花米草(Spartina alterniflora)的入侵对闽江河口湿地生态系统的结构和功能产生了威胁。互花米草入侵如何影响植物化学计量内稳性特征的研究有助于深入了解湿地生态系统稳定性,对拓展生态化学计量学的研究范围有重要意义。该文基于化学计量内稳性理论,以互花米草单种群落、短叶茳芏(Cyperus malaccensis var.brevifolius)单种群落和互花米草-短叶茳芏混生群落为研究对象,对土壤和植物的氮(N)、磷(P)元素进行了测定,并计算了植物的内稳性指数(H)。结果显示:互花米草入侵对土壤N、P含量无显著影响,但是显著提高了土壤N:P。对生态系统而言,N的内稳性(H_N,平均值为25.31)显著高于P的内稳性(H_P,平均值为10.33)与N:P值的内稳性(H_(N:P),平均值为2.50)。在器官水平上,根的H_N显著高于茎的H_N,鞘的H_(N:P)显著高于根的H_(N:P),而不同器官间的H_P差异不显著。种间内稳性对比发现,混生群落中的互花米草根的H_N显著高于混生群落中的短叶茳芏根的H_N,单种群落中的互花米草茎的H_(N:P)显著高于单种群落中的短叶茳芏茎的H_(N:P)。此外,入侵对植物内稳性的影响表现在混生群落中的互花米草根、叶和鞘的H_N均显著高于单种群落中的互花米草根、茎和鞘的H_N。以上结果表明:养分元素、器官、植被类型和入侵等均影响植物化学计量内稳性特征,但无论是在单种群落还是在混生群落中,互花米草均有内稳性显著高于短叶茳芏内稳性的现象,没有发现短叶茳芏显著高于互花米草的研究结果。因此,互花米草较高的内稳性可能是其入侵成功的一个原因。     

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。     

互花米草入侵对滨海湿地土壤碳库的贡献——基于稳定同位素的研究

互花米草(Spartina alterniflora)因良好的促淤能力被引种至我国东海岸,目前已成为我国滨海湿地分布最为广泛的入侵种。当前的研究大多关注其生产力增加对生态系统固碳能力的直接影响,却忽视了对其间接作用的定量研究,如促淤对土壤碳库的贡献。该研究以上海崇明东滩湿地为研究地,选择具有不同入侵时长(4年、6年、10年)的互花米草斑块,同时选择芦苇(Phragmites australis)斑块和光滩作为对照,采集土壤、植物和水体样品。通过测定土壤总碳、总氮、有机碳以及植物和土壤有机质的碳、氮稳定同位素比值(δ13C和δ15N),分析土壤碳库的变化;同时,针对群落结构不同的互花米草斑块分别采用同位素二源混合模型和三源混合模型定量分析土壤有机碳的来源。结果表明:(1)互花米草斑块土壤有机碳含量和δ13C值逐年增加。互花米草入侵能显著增加土壤有机碳库,并随入侵时间的延长表现出累积效应。土壤碳氮比值随入侵时间的增加而降低,并趋近于雷德菲尔比率,表明植物入侵增加土壤碳、氮输入的同时,海源的潮汐输入也是土壤碳库的重要来源。(2)互花米草对土壤碳库的贡献随入侵时长的增加而增加,而潮汐输入对土壤碳库的贡献率则不断降低。在入侵时长为4年的斑块中,潮汐输入的贡献率在90.0%以上;在入侵10年的斑块中,潮汐输入的贡献率仅为18.4%,而互花米草植株的贡献率高达73.5%。这说明互花米草对土壤碳库的贡献在入侵早期以促淤为主,入侵后期主要依靠自身碳输入。     

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。     

闽江河口互花米草不同入侵年限湿地土壤磷赋存形态

选择闽江河口鳝鱼滩互花米草不同入侵年限湿地(SA₁,5～6年;SA₂,8～10年;SA₃,12～14年)为对象,基于时空互代法研究了互花米草入侵对湿地土壤磷赋存形态的影响。结果表明: 不同入侵年限互花米草湿地土壤中难分解态磷(HCl-Pi、Residual-P)含量的占比最高(46.4%～46.7%),中等易分解态磷(NaOH-Pi、NaOH-Po、Sonic-Pi)次之(40.0%～44.0%),而易分解态磷(Resin-Pi、NaHCO₃-Pi、NaHCO₃-Po)最低(9.5%～13.3%)。随着互花米草入侵年限的增加,湿地土壤磷赋存形态及其空间分布特征也发生明显改变,中等易分解态磷、难分解态磷和总磷含量整体上均呈增加趋势,而易分解态磷含量呈降低趋势。相对于SA₁,SA₂的中等易分解态磷、难分解态磷和总磷含量分别增加了11.5%、9.7%和10.5%,而SA₃分别增加了24.8%、13.2%和13.5%。互花米草入侵年限的增加显著改变了湿地土壤磷的赋存形态特征,这主要取决于电导率(EC)、pH值及粒度等关键因子的变化。近年来,闽江河口开展的互花米草定期刈割治理在一定程度上减少了残体向土壤归还磷养分的能力,降低了土壤中易分解态磷的养分供应。     

北部湾大风江口互花米草湿地有机碳储量的分布特征

互花米草被引入我国滨海地区后,经过多年的生长与演替,改变了潮间带原有生态系统的碳储量,而影响机制仍有待深入研究.为进一步探讨互花米草入侵后潮滩有机碳储量演变特征,该文以广西北部湾大风江口入侵约6 a的互花米草湿地为研究对象,分析了2018年8月、11月及2019年1月、3月采集的样品中有机碳及相关理化指标.结果表示:(...     

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。     

闽江河口芦苇沼泽和短叶茳芏沼泽生态系统含碳温室气体的年收支

河口感潮沼泽是全球重要的蓝碳生态系统,具有很强的固碳能力。碳收支研究是量化生态系统碳源/汇过程及固碳规模的基础。本研究运用透明箱和不同遮光率布遮盖+红外气体分析仪/气相色谱相结合的方法,模拟不同光照条件,测定闽江河口鳝鱼滩半咸水芦苇沼泽和短叶茳芏沼泽的瞬时净生态系统二氧化碳（CO₂）交换量（net ecosystem exchange,NEE）、生态系统呼吸（ecosystem respiration,ER）以及甲烷（CH₄）排放通量,并通过对总光合吸收量（gross ecosystem exchange,GEE）与光合有效辐射的拟合以及ER与气温的拟合,外推2个沼泽生态系统CO₂气体在月、年尺度上的NEE和ER,评估其年固碳量。2个沼泽生态系统的NEE和ER均具有明显的季节变化,春夏秋季为大气中CO₂的汇,而冬季则转化为大气中CO₂的源,芦苇沼泽年尺度固碳能力显著高于短叶茳芏沼泽。芦苇沼泽与短叶茳芏沼泽CH₄排放通量差异不显著。综合考虑CH₄排放,闽江河口鳝鱼滩半咸水芦苇沼泽、短叶茳芏沼泽生态系统年固碳量分别为（5371.52±336.97） g CO₂-eq/m²和（2730.32±503.67） g CO₂-eq/m²。研究表明：闽江河口半咸水沼泽湿地在年尺度上是一个较强的碳汇,在缓解全球变暖方面发挥着重要的角色。     

氮输入和水淹对短叶茳芏生长、养分及固碳的影响

外源氮输入显著改变河口湿地植物生长和固碳能力,进而影响河口湿地生态系统碳、氮循环过程。以闽江口湿地土著种短叶茳芏(Cyperus malaccensis)为研究对象,通过15个月的中型生态系实验,分析不同氮输入水平(CK,0 g N m~(-2)a~(-1);N8,8 g N m~(-2)a~(-1);N16,16 g N m~(-2)a~(-1))和2种水淹(T1,每天水淹时长2—3 h;T2,每天水淹时长11—12 h)处理对短叶茳芏生长、养分和固碳的影响,探讨短叶茳芏在环境变化下的生长、固碳特征。结果表明:T2处理株高极显著高于T1处理,N8、N16处理的植物株高显著高于CK处理,植物成熟季节的株高也极显著最高(P0.001)。水淹状况和植物生长期对短叶茳芏的密度有显著影响:T1处理密度极显著高于T2处理,植物成熟季节的密度也极显著最高(P0.001),但是氮输入没有显著提高植物密度。植物碳含量较为稳定,T2处理地上碳含量显著高于T1处理(P0.05),但是氮输入和植物生长期对地上碳含量影响不显著。氮输入水平、水淹状况和植物生长期则对植物地上氮含量都有显著影响(P0.05)。N8处理的植物地上生物量和固碳量极显著最高,CK处理极显著最低,植物成熟期的地上生物量和固碳量也极显著最大(P0.001),但是不同水淹处理植物生物量和固碳量无显著差异。闽江口湿地短叶茳芏具有较强的环境适应能力,在持续氮输入环境下,闽江口湿地的短叶茳芏可能向高潮滩拓展。     

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。     

胶州湾典型河口湿地土壤活性有机碳和酶活性对互花米草入侵的响应

以胶州湾洋河口湿地为研究对象,按照互花米草入侵年份(0、1、5、8年)分层采集土壤样品(0—10、10—20、20—40 cm和40—60 cm),研究土壤活性有机碳(LOC)和酶(脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶)活性的变化,分析土壤活性有机碳和酶活性及两者相关性对互花米草入侵的响应。结果表明:与光滩相比,互花米草入侵增加了表层土壤LOC含量,且随着入侵时间的延长显著增加(P0.05)。同时也改变了土壤LOC垂直分布规律,除光滩和入侵1年样地表现出沿剖面逐渐上升之外,其他样地表现为沿剖面先上升后下降趋势;互花米草入侵提高了河口湿地土壤酶活性,但并未改变酶活性随深度增加而逐渐降低的分布规律。随着入侵时间的延长4种酶活性变化趋势有所差异,过氧化氢酶和蔗糖酶活性变化趋势一致,表现为随入侵时间延长先急剧增加后逐渐减少,而碱性磷酸酶和脲酶活性随着入侵时间的延长逐渐增加。Pearson相关性分析结果显示,土壤LOC和酶活性呈显著负相关且互花米草入侵时间越长两者间相关性越低,8年后无显著相关性。     

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.