互花米草入侵影响下闽江河口湿地硫生物循环特征与循环状况评估
互花米草入侵影响下闽江河口湿地硫生物循环特征与循环状况评估
【摘要】： 生物入侵是全球变化的重要研究内容之一,其不但可显著影响原有生态系统的生物多样性,而且其对于生态系统生物地球化学循环的关键过程亦可产生深刻影响。互花米草(Spartinaalterniflora)源于北美大西洋沿岸,1979年为保护海堤和防治海岸侵蚀引入中国,现分布于中国10个省的海岸带区域。其中,江苏、上海、浙江和福建省占分布面积的94.13%。近年来,互花米草入侵对海岸带湿地生源元素(C、N、P、S)循环的影响已引起学术界的广泛关注。尽管当前已对其开展了大量研究,但现有研究多集中于对C、N养分循环的探讨上,缺乏其入侵影响下原生湿地养分循环机制的深入认识,尤其对S等中量和微量元素循环关键机制的影响研究还比较缺乏。鉴于此,论文以闽江河口鳝鱼滩互花米草(入侵植物)湿地和短叶茳芏(Cyperus malaccensis,原生植物)湿地为研究对象,基于时空互代法,通过野外采样及原位试验,研究了互花米草入侵影响下湿地土壤(水)系统全硫(Total Sulfur,TS)及不同形态无机硫[水溶性硫(H2O-S)、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)]含量的时空分布特征,探讨了互花米草入侵过程中湿地植物生态特征、硫累积特征以及残体分解硫养分释放特征,构建了互花米草入侵影响下湿地植物-土壤(水)系统硫循环分室模式,并在评估其硫循环状况的基础上阐明了互花米草入侵原生湿地的硫养分竞争机制。主要结论如下:(1)互花米草入侵明显增加了湿地土壤的TS含量和储量,其入侵后和入侵过程中的交错带湿地土壤(0-60 cm)TS含量分别为入侵前短叶茳芏湿地的1.21倍和1.20倍。不同类型湿地土壤的TS含量整体以表层土壤最低且波动较小,而随深度增加TS含量整体升高且波动较大。互花米草较高的硫养分累积能力和养分归还能力以及其入侵影响下湿地土壤粒度、酸碱度、含水量、有机质及可溶性盐等发生较大改变是导致土壤硫库增加的主要原因。(2)不同类型湿地土壤的总无机硫(Total Inorganic Sulfur,TIS)含量总体表现为春季>冬季>秋季>夏季;互花米草湿地(入侵后)和交错带湿地(入侵过程中)土壤(0-60cm)TIS含量分别为短叶茳芏湿地(入侵前)的1.25倍和1.21倍,互花米草入侵提高了湿地土壤有效态硫含量;互花米草湿地和交错带湿地土壤的HCl-Soluble-S和HCl-Volatile-S含量在不同季节整体均高于短叶茳芏湿地,而H20-S和Adsorbed-S含量仅在在冬、春季明显高于短叶茳芏湿地;土壤可溶性盐、pH、有机质以及植物对有效硫养分的吸收能力是影响不同形态无机硫赋存量和分布的主要因素。(3)互花米草入侵明显增加了冬季、春季和秋季互花米草湿地和交错带湿地土壤间隙水中的SC42-浓度,但受植物吸收利用的影响,夏季(特别是7月)二者土壤间隙水中的SO42-浓度明显低于入侵前的短叶茳芏湿地。受气温、降水等环境因素和植物吸收利用的影响,不同类型湿地土壤间隙水中的SO42-浓度在冬季最高,秋季次之,而夏春季较低。不同类型湿地土壤间隙水中的SO42-浓度在垂直方向上变化较小,且总体表现为深层土壤高于浅层土壤。(4)互花米草入侵过程中与本地种短叶茳芏的竞争导致二者的生态特征均发生较为明显改变,互花米草具有更强的地下繁殖能力和竞争优势。尽管入侵后的互花米草除叶以外其他各器官的硫累积系数均低于短叶茳芏,但其不同器官的TS含量和硫累积量明显高于后者。在互花米草入侵与短叶茳芏形成的交错带湿地中,互花米草根的TS含量和硫累积系数总体低于短叶茳芏,而地上器官的硫累积系数却高于短叶茳芏。生长后期,交错带互花米草根的TS含量和累积系数总体呈增加趋势,而短叶茳芏与之相反。土壤硫库储量和植物硫累积能力是影响湿地植物中TS含量变化的主要因素。(5)互花米草入侵后和入侵过程中残体的分解速率(0.0056 d-1和0.0058 d-1),明显低于其入侵过程中和入侵前的短叶茳芏残体(0.0081 d-1和0.0074 d-1),但相对于两种纯群落,交错带互花米草和短叶茳芏残体的分解速率分别提高了3.57%和9.46%。盐分和残体基质质量是导致互花米草和短叶茳芏残体分解速率差异的关键因素,而pH和湿地养分条件是导致相同植物残体的分解速率在不同分解环境中产生差异的重要原因。尽管不同类型湿地植物残体的TS含量在分解期间均呈波动上升变化,但均表现为不同程度的硫释放,且与本地种短叶茳芏相比,互花米草入侵后和入侵过程中残体分解硫释放速率均大幅降低,较低的C/S是导致本地种植物残体中硫释放较快的决定因素。互花米草入侵影响下湿地植物-土壤(水)系统硫循环状况评估的研究发现,互花米草入侵明显提高了湿地土壤(水)、植被和残体的硫储量,且其在与本地种竞争过程中可通过提高硫养分吸收与利用能力来保持自身的竞争优势,进而完成对本地种短叶茳芏的入侵。另外,互花米草在入侵过程中亦可通过降低自身的硫循环系数来保持其根部的硫养分供给能力,并可能通过提高地下硫养分供给能力来加速分蘖,从而进一步保持其入侵过程中的竞争优势。尽管互花米草入侵后的硫养分供给能力明显增加,但由于其土壤硫库的不稳定性又可能使得新近入侵互花米草湿地的植物亚系统相对不稳定。因此,可充分利用互花米草新近入侵后植物亚系统不稳定的特性,通过适当的硫养分人为干预措施来降低互花米草的竞争优势,进而有利于维持本地种短叶茳芏湿地的相对稳定。
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
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