互花米草對河口鹽沼生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)的影響——上海崇明東灘實例研究.pdf

1、生物入侵作為全球變化的組成部分，對土著生態(tài)系統(tǒng)產生深刻影響，其生態(tài)系統(tǒng)水平的后果之一便是改變生態(tài)系統(tǒng)的碳氮循環(huán)。盡管對此已有大量研究，但仍缺乏對其影響機制的全面深刻認識，尤其是目前的研究多集中于群落內部循環(huán)，而入侵種的生態(tài)系統(tǒng)工程師效應對系統(tǒng)同外部輸入/輸出的影響往往被忽視。本文以互花米草(Spartina alterniflora)入侵長江口崇明東灘的鹽沼濕地蘆葦(Phragmites australis)群落為例，研究了入侵種如何影

2、響生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)的科學問題，同時以其中潮汐交換和促淤過程的作用揭示了作為生態(tài)系統(tǒng)工程師的入侵種影響外部輸入這一機制的重要性。
　　互花米草顯著升高了生態(tài)系統(tǒng)的碳、氮庫。2007年4月至2008年4月的野外觀測顯示互花米草群落的地上生物量(干重1.54±0.05kgm-2)顯著高于蘆葦群落(干重0.87±0.05 kg m-2)，約為后者的180％；互花米草群落的地上總碳庫(514±18g m-2)顯著高于蘆葦(333±16g m-

3、2)，約為后者的154％；互花米草群落的地上總氮庫(14.60±0.65g m-2)顯著高于蘆葦(10.63±0.54g m-2)，約為后者的137％；互花米草群落的0-20cm土壤總碳庫(3270±54g m-2)顯著高于蘆葦群落(2998±49g m-2)，約為后者109％；互花米草群落的0-20cm土壤總氮庫(175.94±4.91g m-2)顯著高于蘆葦群落(153.49±5.76g m-2)，約為后者115％；互花米草群落的0

4、-20cm土壤無機氮庫(2.50±0.06g m-2)顯著高于蘆葦群落(1.97±0.05g m-2)，約為后者的127％，其中互花米草群落的0-20cm土壤硝態(tài)氮庫(1.71±0.04g m-2)顯著高于蘆葦群落(1.22±0.02g m-2)，約為后者的140％，而互花米草群落的0-20cm土壤銨態(tài)氮庫(0.80±0.03g m-2)與蘆葦群落(0.75±0.05g m-2)相比無顯著差異。在2005年4月至2006年9月的移栽試驗

5、中，互花米草的地上生物量與地上總碳、氮庫同樣顯著高于蘆葦群落，但土壤總碳氮庫與無機氮庫與蘆葦群落差異不顯著。這說明互花米草增加生態(tài)系統(tǒng)碳、氮庫的現象不能僅以群落內部循環(huán)機制解釋。
　　互花米草在潮汐交換中獲取大量外源無機氮輸入。2007年進行了土柱法野外操縱實驗，2008年進行了大潮期間土壤.潮水無機氮交換的直接觀測實驗，結果均顯示在潮汐交換中互花米草群落獲取的無機氮(操縱實驗中土壤無機氮庫外源補充：14.84±0.67mg kg

6、-1 month-1；直接觀測實驗中土壤無機氮濃度增量：9.43±1.18mg L-1)顯著高于蘆葦群落(外源補充：2.97±0.24mg kg-1 month-1；無機氮濃度增量：4.92±0.51mg L-1)。操縱實驗中互花米草群落土壤無機氮凈礦化速率(14.15±0.68mg kg-1 month-1)與蘆葦群落(13.59±0.69mg kg-1 month-1)無顯著差異，直接觀測實驗中互花米草群落內潮水無機氮濃度下降量(2

7、.92±0.36mg L-1)顯著高于蘆葦群落(2.07±0.20mg L-1)。以上結果表明對潮汐外源無機氮輸入的截取與利用是互花米草增加生態(tài)系統(tǒng)地上總氮庫與土壤無機氮庫的重要機制。
　　淤積物是互花米草累積碳氮庫的重要來源。于2007年至2008年以埋瓶法和埋板法收集淤積物，結果顯示，互花米草群落中淤積量(埋瓶法：6.69±0.68kg m-2month-1；埋板法：38.60±3.33kg m-2yr-1)顯著高于蘆葦群落(

8、埋瓶法：4.27±0.53kgm-2 month-1；埋板法：21.42±2.16kg m-2yr-1)。同時，埋板實驗結果還顯示互花米草群落中淤積物總碳庫(0.69±0.08kg m-2yr-1)、總氮庫(40.05±4.50g m-2yr-1)和無機氮庫(953±85mg m-2yr-1)均顯著高于蘆葦群落中淤積物總碳庫(0.42±0.05kg m-2yr-1)、總氮庫(24.56±2.97g m-2yr-1)和無機氮庫(415±3

9、7mg m-2yr-1)。于2007年至2008年進行的空地凋落物添加試驗結果顯示，互花米草地上直立凋落物的降解速率(K=0.0038 day-1)高于蘆葦的地上直立凋落物(K=0.0021 day-1)；添加互花米草凋落物下方土壤總碳庫(1.96±0.02kg m-2)顯著高于未添加凋落物空白對照土壤的總碳庫(1.91±0.02kg m-2)，而添加蘆葦凋落物后的土壤總碳庫(1.93±0.02kg m-2)其多重比較組別介乎二者之間；

10、添加互花米草凋落物，添加蘆葦凋落物和未添加凋落物空白對照土壤的總氮庫與無機氮庫均無顯著差異。以上結果表明互花米草增加土壤總碳庫與總氮庫的機制存在差異，后者不能僅由初級生產與凋落物降解過程解釋，促淤效應在其中起著重要作用。
　　互花米草對氮循環(huán)的影響將作用于自身的擴張。于2008年6月測定互花米草與蘆葦葉硝酸鹽還原酶活性(nitrate reductase activity，NRA)，結果顯示互花米草葉的NRA(對數值1.69±0.

11、11)整體上顯著高于蘆葦葉(對數值0.87±0.08)。加氮處理使互花米草與蘆葦葉的NRA均顯著上升，淹水處理使互花米草葉NRA升高，而蘆葦葉NRA降低。對野外觀測實驗與操縱實驗的數據進行多元回歸和PCA分析，結果顯示淤積物性質與植物群落性質有顯著的相關性。以上結果提示互花米草入侵改變生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)的后果可能影響其自身擴張，形成一定程度的反饋作用。
　　總之，上述結果強調了在濕地生態(tài)系統(tǒng)中，生態(tài)系統(tǒng)工程師效應對系統(tǒng)與外界輸入/輸出