互花米草與蟹類(lèi)擾動(dòng)對(duì)崇明東灘植物種間關(guān)系及生地化循環(huán)的影響.pdf

1、生物擾動(dòng)是影響生態(tài)系統(tǒng)演替方向與進(jìn)程的關(guān)鍵因子。在生態(tài)系統(tǒng)中，生物擾動(dòng)通過(guò)改變土壤結(jié)構(gòu)影響環(huán)境中的非生物因子，物質(zhì)輸入與輸出等影響了生物地球化學(xué)(biogeochemistry)特征和植物群落演替過(guò)程。長(zhǎng)江河口崇明東灘鹽沼濕地同時(shí)存在互花米草入侵和蟹類(lèi)擾動(dòng)兩種重要的生物擾動(dòng)因素，植物入侵在影響土著蟹類(lèi)分布與行為的同時(shí)，蟹類(lèi)擾動(dòng)在入侵和非入侵群落中亦表現(xiàn)出不同的生態(tài)功能。本研究中，作者通過(guò)建立中型人工實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(mecocosm)研究蟹類(lèi)擾

2、動(dòng)對(duì)外來(lái)植物互花米草(Spartina alterniflora)和土著植物蘆葦(Phragmites australis)及海三棱蔗草(Scirpus mariqueter)種間關(guān)系的變化。同時(shí)，在崇明東灘鹽沼中建立了操控樣方研究植物入侵和蟹類(lèi)擾動(dòng)共同作用對(duì)鹽沼自由固氮功能、氮形態(tài)轉(zhuǎn)化，及對(duì)鐵硫循環(huán)等生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程的影響?？偟膩?lái)說(shuō)，在中型人工實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，蟹類(lèi)擾動(dòng)增強(qiáng)了互花米草相對(duì)于土著植物的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在崇明東灘，植物入侵對(duì)物質(zhì)循

3、環(huán)的作用大于蟹類(lèi)擾動(dòng)，蟹類(lèi)擾動(dòng)在入侵和土著群落中發(fā)揮不同的生態(tài)功能，生物擾動(dòng)主要通過(guò)改變土壤可利用碳和氮庫(kù)間接地影響其它物質(zhì)循環(huán)過(guò)程。生物擾動(dòng)可能通過(guò)多樣化碳與氮輸入與輸出途徑而使生態(tài)系統(tǒng)中的碳、氮耦合關(guān)系減弱，但生物擾動(dòng)可以加強(qiáng)鐵硫循環(huán)對(duì)碳氮循環(huán)的影響。主要結(jié)論總結(jié)如下:
　　(1)蟹類(lèi)擾動(dòng)能影響外來(lái)植物互花米草與土著植物蘆葦和海三棱蔗草的種間關(guān)系。在中型人工實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，三種植物的單物種群落的生物量在蟹類(lèi)擾動(dòng)處理中較高。在有蟹類(lèi)

4、擾動(dòng)的情況下，互花米草在與土著植物混種的群落中具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì);在沒(méi)有蟹類(lèi)擾動(dòng)的情況下，土著植物在與互花米草的混種群落中的生長(zhǎng)得到促進(jìn)。蟹類(lèi)擾動(dòng)影響外來(lái)與土著植物種間關(guān)系是通過(guò)改變土壤特性所實(shí)現(xiàn)的。蟹類(lèi)擾動(dòng)可能提高土壤中氮的可利用性，從而使對(duì)氮有較高需求和較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的互花米草在有蟹類(lèi)擾動(dòng)的環(huán)境中取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
　　(2)在崇明東灘，互花米草與蟹類(lèi)擾動(dòng)共同影響土壤中的自由固氮速率?；セ撞萑郝涞钠骄痰俾蕿?～67mg·m-2·d-1

5、，且隨著互花米草群落年齡的增長(zhǎng)而增加。蟹類(lèi)擾動(dòng)使1齡互花米草群落土壤固氮速率降低，但使5-6齡互花米草群落下的固氮速率升高。土壤中的固氮速率與環(huán)境因子密切相關(guān):地下生物量、正磷酸鹽(PO43-)、可利用氮磷比(DTN/PO43-)和鹽度對(duì)固氮速率呈負(fù)效應(yīng);地上生物量、蟹穴體積、可溶性氮(DTN)、氧化還原電位和pH對(duì)固氮速率呈正效應(yīng)。土壤固氮速率與固氮基因nifH的多樣性呈正相關(guān)關(guān)系。固氮微生物主要由硫還原菌(SRB)、光合細(xì)菌和植物共

6、生菌組成，三個(gè)功能群總和達(dá)到固氮微生物的80％以上。隨著群落年齡的增長(zhǎng)，SRB比例下降，紫硫細(xì)菌及光合細(xì)菌的比例上升。蟹類(lèi)擾動(dòng)使1齡和2-3齡群落中Fe(Ⅲ)還原細(xì)菌的比例降低，但使5-6齡群落Fe(Ⅲ)比例升高;同時(shí)蟹類(lèi)擾動(dòng)使1齡和2-3齡互花米草群落中光合細(xì)菌和植物共生菌比例升高。不同擾動(dòng)處理下土壤固氮微生物的功能群結(jié)構(gòu)的差異可能與生物擾動(dòng)引起的環(huán)境因子的變化有關(guān)。
　　(3)互花米草和蟹類(lèi)擾動(dòng)影響了土壤氮形態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程?；セ?/p>

7、草入侵會(huì)加快土壤有機(jī)質(zhì)降解和微生物對(duì)可溶性有機(jī)物的利用，但是降低的可溶性有機(jī)碳(DOC)會(huì)抑制微生物礦化速率。經(jīng)過(guò)一個(gè)生長(zhǎng)季，土著群落中的蘆葦會(huì)減緩?fù)寥乐锌扇苄杂袡C(jī)氮(DON)和銨態(tài)氮(NH4+)的下降程度，可能是植被下土壤的總氮降解加快而得到及時(shí)補(bǔ)充。在入侵群落中，互化米草對(duì)NH4+的大量吸收可能引起土壤氮限制，使微生物固持NH4+的速率也隨之提高。蟹類(lèi)擾動(dòng)會(huì)加速微生物對(duì)NH4+的固持速率，引起硝化作用和硝酸鹽(NO3-)消耗反應(yīng)可能

8、因底物減少而受到抑制。
　　(4)互花米草和蟹類(lèi)擾動(dòng)影響了土壤化學(xué)成分的分布特征，以及Fe(Ⅲ)和硫酸鹽兩種還原途徑與氮循環(huán)的關(guān)系?？傮w來(lái)說(shuō)，互花米草入侵的擾動(dòng)效應(yīng)強(qiáng)于蟹類(lèi)擾動(dòng)，蟹類(lèi)擾動(dòng)的效應(yīng)在入侵群落中更顯著。土層深度、蟹穴體積和地下生物量在入侵群落中對(duì)土壤成分分布的相對(duì)影響達(dá)26.0％，高于土著群落的11.8％。蟹穴體積和根生物量主要影響了不穩(wěn)定的可溶性物質(zhì)，而較穩(wěn)定的土壤成分如總碳(TC)，總氮(TN)和總有機(jī)氮(TOC)的

9、分布主要受土層深度的影響。根據(jù)對(duì)孔隙水堿度的比較，入侵群落中厭氧呼吸的強(qiáng)度高于土著群落。植物入侵和蟹類(lèi)擾動(dòng)都增強(qiáng)了鹽沼中硫酸鹽的還原過(guò)程，但減弱了Fe(Ⅲ)的還原過(guò)程。硫酸鹽還原過(guò)程與鹽沼的氮輸入過(guò)程相關(guān)性較強(qiáng)，而Fe(Ⅲ)還原途徑與氮輸出過(guò)程相關(guān)性較強(qiáng)。在土著群落中，F(xiàn)e(Ⅲ)還原途徑占厭氧碳氧化的90％以上，硫酸鹽還原途徑僅占不到10％，這兩種途徑之間是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，并且還原過(guò)程可能由反應(yīng)底物SO42-和Fe(Ⅲ)的含量驅(qū)動(dòng)。而在入侵群