互花米草入侵对闽江河口湿地植物-土壤系统硫循环的影响研究

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河口湿地是全球环境变化和区域环境问题研究的重要响应和指示地带,也是极易受外来植物入侵影响的一种生境类型。当前关于互花米草入侵对河口湿地生源元素循环的研究主要集中碳(C)、氮(N)养分循环、土壤硫(S)分布及其影响因素、植物生态特征、残体分解及养分动态等方面,而对植物—土壤系统硫循环的认识还较匮乏,尤其是互花米草入侵时间序列下湿地植物—土壤系统硫循环研究更是鲜有报道。基于此,本文以闽江河口鳝鱼滩湿地为研究区,采用“空间替代时间”方法,布设了互花米草入侵不同生境类型及不同年限共9个样地,通过野外采样和室内实验,对互花米草入侵影响下闽江河口湿地植物—土壤硫循环及其影响因素开展研究。主要研究结果如下:(1)裸滩(BF)、互花米草—裸滩交错带湿地(SA′BF′)和互花米草湿地(HSA)的土壤硫储量分别为658.74±29.63 g S·m-2、604.30±49.80 g S·m-2和525.54±20.04 g S·m-2,互花米草入侵裸滩显著降低了土壤硫储量(P<0.05);互花米草入侵裸滩不同阶段湿地的孔隙水硫储量整体表现为SA′BF′>BF>HSA(P<0.05);互花米草入侵裸滩,引起土壤粒径和植物类型的改变是导致硫含量分布特征的关键驱动因素。好气和淹水培养条件下,BF的土壤硫累积矿化量均高于SA′BF′和HSA(P<0.05);SA′BF′和HSA的植物硫储量分别为5.66±1.48 g·m-2和5.71±1.59 g·m-2。HSA的茎和根的硫储量分配比高于SA′BF′,而叶、鞘、穗和立枯体的硫储量分配比低于SA′BF′。互花米草入侵增加了湿地植物硫储量和残体的硫养分归还。(2)互花米草入侵短叶茳芏降低了湿地土壤的硫储量,短叶茳芏湿地(CM)土壤的硫储量约为短叶茳芏—互花米草交错带湿地(CM′SA′)的1.06和互花米草湿地(SA)的1.14倍(P>0.05);互花米草入侵短叶茳芏不同阶段湿地的孔隙水硫储量分别介于77.97~257.88 g SO42-·m-2(CM)、96.61~241.23 g SO42-·m-2(CM′SA′)和89.51~229.61 g SO42-·m-2(SA)。好气培养条件下,CM′SA′的硫累积矿化量分别是CM和SA的1.29~1.35倍和1.89~2.30倍(P<0.05)。;而淹水培养条件下,SA的硫累积矿化量大于CM′SA′和CM(P<0.05)。短叶茳芏与互花米草竞争过程中,短叶茳芏侧重对地下部分的硫养分分配,增强地下空间来保持竞争力;互花米草的硫养分分配更倾向于地上器官,增强捕获光的能力,提高地上竞争优势。互花米草入侵后植物硫储量增加约17.4%。植物残体的基质质量和土壤理化性质发生显著改变,降低了残体的分解速率和养分释放强度。互花米草入侵初期通过大量吸收与利用短叶茳芏残体归还的养分来增强其自身的入侵优势。(3)不同入侵年限互花米草湿地土壤的硫储量整体表现为互花米草入侵2~6年(SA6:525.54±40.08 g S·m-2)>入侵6~10年(SA10:511.53±61.76 g S·m-2)>入侵10~14年(SA14:451.40±27.52 g S·m-2)(P<0.05),土壤硫储量随互花米草入侵年限的增加而降低。相较于裸滩,SA6、SA10和SA14孔隙水硫储量分别减少了7.20%、6.22%和11.24%。SA14的硫累积矿化量分别是SA6和SA10的0.86~1.36倍和1.02~1.12倍(P<0.05),土壤硫累积矿化量随互花米草入侵年限的增加而增加。不同入侵年限互花米草湿地植物硫储量整体表现为SA14(8.82±1.46 g·m-2)>SA10(7.49±1.12g·m-2)>SA6(5.71±1.59 g·m-2)。植物生物量随入侵年限的延长而增加,需要更多的硫素参与到植物生长,植物硫储量显著上升。而互花米草根的硫储量分配比随互花米草入侵年限的增加而降低,供给到地上部分的硫养分明显增加。(4)总体来看,互花米草入侵显著改变了闽江河口湿地植物—土壤(孔隙水)系统硫循环,但互花米草入侵不同生境类型及不同年限所采取的硫养分分配策略有所不同。互花米草入侵裸滩时,选择将更多的硫养分分配给地下器官(根),以增强根部对硫养分的吸收和利用。互花米草入侵短叶茳芏所采取的硫养分分配策略与其入侵裸滩时所采取的策略有所不同,供给到地上部分的硫养分显著增加,使其在空间和光资源的竞争中处于优势地位,抑制短叶茳芏地上器官的生长,从而在竞争中占据优势。随着入侵年限的增加,互花米草向地下部分的分配相对减少,而对地上部分的投资相对增加,这样的硫养分分配策略既能够增强其对光资源的捕获以提升初级生产力,又有利于种群的生存与发展。
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