互花米草的入侵对盐沼湿地温室气体及土壤碳氮动态的影响

摘要

入侵种互花米草(Spartinaalterniflora)1979年引入我国，表现出极高的生存、繁殖和扩散能力，我国北至辽宁中部，南至广西东南部沿海互花米草超过了¨2000公顷，互花米草盐沼生态系统是我国湿地主要组成部分(图1)。1997年由于浦东机场的建设，进行了“种青引鸟”工程，把互花米草引种到九段沙湿地。九段沙湿地是一个新生的湿地生态系统，是长江口一块重要的河口沙洲型滨海湿地。目前九段沙湿地的植被主要由3个优势种组成，入侵种互花米草、土著种芦苇(Phraqmitesaustralis)和海三棱藨草(Scirpusmar幻ueter)。本研究以九段沙湿地为研究对象，运用了静态箱法、气相色谱质谱法分析法、稳定同位素分析方法和土壤分馏法等先进的生态学分析方法，研究了互花米草入侵对湿地生态系统温室气体释放影响以及对湿地生态系统碳氮的改变和贡献。报告的内容主要分为三大部分： (Ⅰ)建立模拟潮汐盐沼湿地，对比研究互花米草和芦苇盐沼湿地痕量气体的释放通量，揭示植物生长和水淹对温室气体释放的影响。 研究结果表明互花米草和芦苇盐沼湿地的痕量气体释放通量很低，互花米草群落的痕量气体释放通量高于芦苇群落。互花米草群落甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)的释放通量分别为0.16-0.85mg.m-2.h-1和2.17-6.11ug.m-2.h-1，芦苇群落甲烷和氧化亚氮的释放通量为0.21-0.66mg.m-2.h-1和1.69to5.15ug.m-2.h-1。植物作为甲烷运输的通道和甲烷产生基质的来源，甲烷的释放的通量与植物的生物量，密度和二氧化碳的净释放量正相关。剪除植物后，发现互花米草群落中甲烷的释放量减少19-73％，芦苇群落甲烷的释放量减少21-61％。氧化亚氮的释放通量与植物的生物量，密度和二氧化碳的净释放量负相关，表明盐沼湿地植物对氧化亚氮的产生有一定的抑止作用。水淹对盐沼湿地氧化亚氮的释放影响比甲烷的释放影响显著，揭示了植物运输为盐沼释放甲烷的释放的主要通道，而扩散(diffusion)是氧化亚氮释放的主要通道，干旱是氧化亚氮释放主要控制因子。 (Ⅱ)应用碳稳定同位素技术，对比研究入侵中互花米草群落和土著种海三棱藨草的土壤有机质的变化，揭示互花米草短期入侵对土壤有机质的贡献。我们发现短期的互花米草入侵增加土壤碳的含量是通过增加土壤有机碳所致。在0-100cm深的土壤剖面中0.90％-10.64％有机碳来源互花米草的残留物(residues)，而在20-40cm深的土层互花米草的残留物对土壤有机碳的贡献最大。由于土壤表层土壤呼吸作用相对较高，对有机碳的分解作用较强，互花米草对土壤表层有机碳的贡献较小，而由于根系的分泌物较少和可溶性有机碳渗透作用较小，互花米草对土壤深层的有机碳贡献较小。 (Ⅲ)运用碳氮同位素和土壤分馏(soilfractionation)分析方法，对比研究入侵中互花米草群落和土著种海三棱藨草的土壤碳氮组分的变化，揭示入侵种互花米草群落对土壤碳氮组分的改变。 互花米草入侵增加了土壤总碳氮库、有机碳氮库、易分解碳氮库和不可分解碳氮库，但没有改变土壤颗粒的组成和无机碳氮的含量。九段沙盐沼湿地土壤由泥沙和粘土组成，无机碳氮的含量较大。短期的互花米草入侵不仅增加易分解碳库供植物吸收利用，同时土壤不可分解碳库平均2.34％来源互花米草残留物。氮同位素丰率表明互花米草群落中土壤有机质的分解速率和氮流失速率高于海三棱藨草群落，但互花米草较高的固氮能力，而海三棱藨草几乎没有固氮能力。 总之，本文的研究表明盐沼湿地温室气体释放量很低。互花米草入侵增加了温室气体的释放运输能力和土壤呼吸利用的易分解有机质，导致盐沼湿地温室气体释放量相对增加。但由于互花米草较高的生产力和固氮能力，对土壤有机质和不可分解碳氮库有较大的贡献。因此需要进一步建立互花米草盐沼湿地碳氮循环的模型，评估互花米草入侵对盐沼湿地生态系统碳氮生物地球化学的影响以及其长期的生态后果。

目录

文摘

英文文摘

前言

(Ⅰ) Methane and nitrous oxide emissions from mesocosms as affected by plant growth, water submergence and clipping

(Ⅲ) The impact of invasive Spartina alterniflora on soil carbon and nitrogen pools in soil fractionation in Jiudunsha wetlands

Introduction

Materials and Methods

Results

Discussion

Acknowledgements

References

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