闽江河口芦苇与短叶茳芏空间扩展过程中湿地硫生物循环研究

来源 :福建师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:shouer77
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河口湿地地处河流与海洋相互作用的特殊地带,是响应全球气候变化和人类活动极为敏感的生态系统之一。硫作为继氮磷钾之后的第四位营养元素,因具有多种价态,故其在河口湿地中的生物地球化学循环过程极为复杂,并对全球环境变化具有深刻影响。空间扩展实际上是两个以上有机体或物种之间对所需环境资源或空间不足而发生的竞争,其对植物群落组成、结构和功能具有深刻影响。目前,国内外关于湿地植物竞争的研究多集中于影响竞争力的因子以及土壤营养水平与竞争力之间关系的探讨上,而关于不同植物群落空间扩展过程中湿地植物-土壤(水)系统硫时空分布特征、植物硫累积与分配特征以及残体分解硫养分释放特征的研究还鲜有报道。鉴于此,论文以闽江河口鳝鱼滩的芦苇(Phragmites australis)湿地、短叶茳芏(Cyperus malaccensis)湿地以及二者空间扩展形成的交错带湿地(P.australis C.malaccensis)为研究对象,基于时空互代法,通过野外采样及原位分解试验,研究了芦苇与短叶茳芏空间扩展过程中湿地土壤(水)系统全硫(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,探讨了二者空间扩展过程中湿地植物生态特征、硫累积与分配特征以及残体分解与硫养分释放特征,构建了湿地植物-土壤(水)系统硫生物循环分室模式,并在评估其硫生物循环状况的基础上阐明了芦苇与短叶茳芏空间扩展过程中的硫养分竞争机制。主要研究结果表明:(1)芦苇与短叶茳芏空间扩展形成的交错带湿地和短叶茳芏湿地土壤的TS含量均明显高于芦苇湿地。二者空间扩展过程中土壤颗粒组成、酸碱度、有机质、可溶性盐和土壤水分等发生显著改变是导致土壤硫库增加的主要原因。(2)芦苇与短叶茳芏空间扩展过程中明显增加了土壤总无机硫(TIS)含量,且三种湿地土壤0-60 cm土层的TIS含量均表现为春季>冬季>秋季>夏季。交错带湿地土壤的H2O-S和Adsorbed-S含量在0-60 cm土层上整体要高于纯群落湿地,且其值在冬、春季较高而夏、秋季较低。不同湿地土壤的HCl-Soluble-S含量在冬、夏、秋季整体表现为交错带湿地>芦苇湿地>短叶茳芏湿地,而春季则表现为芦苇湿地>交错带湿地>短叶茳芏湿地。尽管不同季节湿地土壤的HCl-Volatile-S含量总体均表现为短叶茳芏湿地>芦苇湿地>交错带湿地,但其值在春、夏季较低,而秋、冬季较高。(3)芦苇与短叶茳芏空间扩展对湿地土壤间隙水中SO42-浓度的空间分布产生了明显影响。短叶茳芏湿地土壤中的SO42-浓度整体高于芦苇湿地和交错带湿地。受气温、降水等因素以及植物吸收利用的影响,不同湿地土壤间隙水中的SO42-浓度均在冬季最高,秋季次之,而夏、春季较低。(4)芦苇与短叶茳芏空间扩展过程中存在着种间竞争,由此导致二者的生态特征均发生明显改变。纯群落芦苇和纯群落短叶茳芏地上器官的TS含量、硫累积量和累积系数整体均高于交错带中的芦苇和短叶茳芏。当芦苇与短叶茳芏空间扩展过程中的竞争作用产生时,芦苇主要是通过增强根部对硫养分的吸收和利用来拓展地下空间而保持竞争力,而短叶茳芏则通过增加地上器官参与叶绿素合成的硫含量及硫累积量来拓展地上空间以抗衡芦苇的竞争。(5)不管是在空间扩展前还是在扩展过程中,短叶茳芏残体的分解速率均较芦苇残体快。相对于空间扩展前,处于扩展过程中的芦苇残体分解明显加快,而短叶茳芏残体分解明显减慢。盐分和残体基质质量是导致芦苇和短叶茳芏残体分解速率差异的关键因素。不同植物残体中的TS含量在分解期间均呈不同程度的波动上升变化,除纯群落芦苇残体表现为不同程度的硫固持外,其他残体均表现为不同程度的硫释放。C/S比可能是调控芦苇与短叶茳芏空间扩展过程中残体分解硫含量变化的主控因素。短叶茳芏可通过较快的残体分解和养分归还来保证其在空间扩展过程中的竞争优势。研究发现,芦苇与短叶茳芏的空间扩展明显提高了湿地土壤(水)硫储量,且芦苇主要通过提高硫养分吸收与利用能力来保持自身的竞争优势。另外,芦苇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。芦苇与短叶茳芏的空间扩展亦明显增加了交错带湿地土壤的H2O-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。虽然空间扩展过程中芦苇的硫养分供给能力明显增加,但短叶茳芏的循环系数较高,其可通过较快的残体分解、养分归还来保证其在空间扩展过程中的竞争优势。因此,尽管二者在空间扩展过程中均有自己的竞争与生态适应策略,但从长期来看,芦苇具有相对竞争优势,其仍会不断侵入短叶茳芏湿地。
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