滨海湿地互花米草入侵的生态水文学机制研究进展

滨海湿地具有重要的生态服务功能和经济价值,互花米草入侵已经对滨海湿地生态系统产生巨大影响。为深入理解滨海湿地生态系统植被演替过程与水盐梯度等环境因子的耦合关系,完善滨海湿地生态水文学的研究内容和方法,为滨海湿地互花米草生态防治以及滨海湿地生态系统的保护和管理提供科学参考,本文针对水文因子和土壤盐分对互花米草的影响及其生理生态响应、水盐梯度下互花米草的空间格局与生物量反演,以及互花米草的生态格局模拟和预测等方面的国内外相关研究进展进行了梳理和展望。主要结论包括:①水盐梯度决定着互花米草的生理生态特征、物种分布和演替格局;②随着遥感技术的不断发展和地理信息系统技术的不断完善,关于群落尺度上互花米草的空间动态研究也越来越趋向于精确化;③群落尺度上的互花米草格局动态及其生态水文驱动机制的量化将成为今后的研究热点;④在对互花米草空间格局进行预测和模拟时,需综合考虑滨海湿地水动力学过程、植物生理学过程、地形生态演化等过程。     

闽江河口互花米草入侵过程对短叶茳芏湿地土壤氮矿化的影响

对闽江河口湿地互花米草入侵对土壤氮矿化影响进行时空变化研究,选择闽江口鳝鱼滩湿地互花米草入侵斑块中央(A)、互花米草入侵斑块边缘(B)及未被入侵的短叶茳芏沼泽群落(C)为研究对象,探讨互花米草入侵过程对土壤氮矿化的影响,并对其进行原因分析。结果表明:互花米草入侵闽江河口短叶茳芏湿地后,从时空两个方面均改变了原有湿地土壤氮的矿化水平,总体上互花米草入侵在一定程度上增强了土壤的矿化作用。从季节上来看,春夏秋冬4个季节互花米草入侵斑块中央(A)矿化速率变化范围分别为(-2.50~6.25),(-5.0~8.5),(-0.35~0.9),(-0.37~0.22)mg/(kg·d);互花米草入侵斑块边缘(B)分别为(-3.37~6.25),(-7.5~5.5),(-0.15~0.55),(-0.25~0.21)mg/(kg·d);未被入侵的短叶茳芏沼泽群落(C)分别为(-5.8~3.6),(-5.7~5.4),(-0.12~0.55),(-0.13~0.09)mg/(kg·d)。互花米草入侵对土壤氮矿化速率的影响随着季节变化表现出显著的规律,即入侵过程中3种不同土壤类型均表现为夏季春季秋季冬季;相同季节3种样地同层土壤氮矿化速率总体表现为ABC。从土壤分层来看,在培养时期内各土层土壤氮矿化速率总体呈现出随着培养时间的增加而降低的趋势;在同一培养时期内,不同土层土壤矿化速率总体呈现出随土层深度的增加而降低的现象。这主要是由于互花米草入侵对闽江口湿地土壤温度、湿度、微生物活动、植物的生长周期以及生长特性等因子随时空变化的改变有关。     

基于VIS-NIR光谱的互花米草入侵湿地土壤有机碳预测研究

为了研究可见光—近红外光谱技术预测互花米草入侵背景下滨海湿地土壤有机碳含量的潜力,以江苏省典型互花米草湿地为研究对象,利用时空替代法采集15个土壤剖面3个深度共45个土壤样品。在实验室测定土壤光谱及有机碳含量,利用偏最小二乘回归方法建立了基于6种光谱变换的土壤有机碳预测模型,并分析了互花米草入侵年限和土层深度对土壤光谱和模型预测精度的影响。结果表明,表层土壤有机碳含量随互花米草入侵而显著增加。相对于仅包含光谱信息的预测模型,加入辅助变量(土层深度和植物入侵年限)建立的混合模型预测精度更高。交叉验证结果表明,基于光谱倒数1/R建立的混合模型预测精度最高,其决定系数(R~2)为0.68,预测相对分析误差(RPD)为1.6,是预测互花米草入侵湿地土壤有机碳含量的最优模型。本研究表明,利用可见光—近红外光谱技术可以对互花米草入侵湿地的土壤有机碳含量进行有效预测,土层深度和植物入侵年限辅助变量可以在一定程度上提高模型预测精度。     

互花米草入侵对我国红树林湿地土壤碳组分的影响

以福建漳江口、九龙江口、闽江口和浙江乐清湾为研究区,采集红树林和入侵种互花米草(入侵前为红树林)湿地土壤样品,分析互花米草入侵后土壤有机碳(SOC)、有机碳储量(SOCS)、活性有机碳组分(微生物生物量碳MBC、易氧化有机碳EOC、水溶性有机碳WSOC)以及有机碳键合组分(钙键结合有机碳(Ca—SOC)和铁铝键结合有机碳(Fe(Al)—SOC))的变化,探讨互花米草入侵对土壤有机碳组分以及稳定性的影响。结果表明:互花米草入侵红树林后,土壤SOC、SOCS、MBC和EOC总体上有所降低,尤其是SOC和SOCS,其降低的比例分别约为9.86%~27.13%和13.95%~26.29%;土壤WSOC含量则增加,增加比例约为5.75%~53.52%;互花米草入侵对土壤有机碳键合组分也具一定的影响,其中Ca—SOC/SOC比值增加,而[Fe(Al)—SOC+残渣态SOC]/SOC比值降低。这些结果预示着互花米草入侵改变了土壤有机碳库,同时也一定程度削弱了土壤有机碳稳定性。土壤有机碳的化学键合可能是红树林湿地土壤有机碳稳定的主要保护机制,对红树林碳汇功能具有重要意义。     

互花米草入侵对闽江河口裸滩湿地土壤有机碳的影响

为揭示互花米草入侵对裸滩湿地土壤有机碳的影响,选取闽江河口裸滩湿地和被互花米草入侵的裸滩湿地为研究对象,测定其不同土层土壤的有机碳和活性有机碳质量分数,同时对土壤的各种理化性质进行测定分析。结果表明:裸滩和互花米草湿地0~60 cm土层土壤有机碳质量分数变化范围分别为0.95~12.43 g/kg和1.45~10.04 g/kg,平均质量分数分别为4.03和4.35 g/kg;互花米草湿地0~60 cm土层土壤微生物量碳、可溶性有机碳和轻组有机碳平均质量分数分别增加12.76%、40.86%和12.62%,土壤易氧化有机碳平均质量分数基本不变。研究结果表明互花米草入侵裸滩在一定程度上增加了土壤有机碳及不同活性有机碳质量分数,但影响并不显著。     

互花米草入侵对闽江口湿地土壤磷形态及释放风险的影响

选取闽江河口鳝鱼滩裸滩湿地和互花米草入侵裸滩湿地土壤为研究对象,测定其磷形态以及吸附特性,探讨互花米草入侵下裸滩湿地土壤磷赋存形态、吸附特性及其潜在释放风险的变化。结果表明:无机磷(IP)是2种湿地类型土壤磷的主要形态,分别占裸滩和互花米草湿地土壤总磷(TP)含量的61.40%和61.01%;互花米草入侵裸滩湿地后,土壤中总磷、无机磷、铁铝磷(Fe/A1-P)和钙磷(Ca-P)含量总体上显著增加,其增加比例分别为12.58%,9.49%,11.11%和5.32%,而有机磷(Org P)含量无显著变化;互花米草入侵对土壤无定形态铁(Feox)、铝(Alox)、磷(Pox)、吸附指数(PSI)和吸附饱和度(DPS)影响不一致,其中Feox和DPS总体上变化不明显,Alox有所降低,而Pox和PSI显著增加;裸滩湿地土壤磷潜在释放风险指数(ERI)为12.69,属于中度风险,而互花米草入侵后,土壤ERI降为9.98,表现为较低风险,说明互花米草入侵对土壤磷潜在释放风险具有一定削弱作用。     

互花米草入侵对闽江河口芦苇湿地土壤有机碳的影响

 以闽江河口鳝鱼滩湿地为研究区域,选取芦苇和互花米草为研究对象,对其根际土壤有机碳质量分数和储量的垂直分布特征及其影响因子进行测定分析。结果表明:芦苇和互花米草0～60cm根际土壤有机碳平均质量分数分别为15.54和17.16 g/kg,表层（0～10 cm）有机碳质量分数最大,分别为19.69和22.02g/kg;芦苇和互花米草0～60 cm根际土壤有机碳储量总和分别为6 794.20和8 231.48 t/km2,芦苇根际土壤有机碳储量在30～40cm达到最大,而互花米草为010cm有机碳储量最大;互花米草的入侵增加了芦苇湿地根际土壤碳质量分数和储量;2种植物根际土壤有机碳质量分数与含水量和盐度之间均呈显著正相关。从闽江河口互花米草入侵的角度提出了管理该湿地的一些建议。     

入侵植物互花米草的资源化利用研究进展

外来入侵种互花米草（Spartina alterniflora）在我国的分布面积约为5.46万hm²,每年地上干物质总量为7.5×10⁵~1.15×10⁶ t,其防治与利用受到越来越多的关注,若能将二者结合起来同时进行,可望收获生态和经济双重收益。我国对互花米草利用的研究主要为对秸秆的直接利用,包括燃料化利用、饲料化利用、原料化利用,这些利用方式一般为低值化利用,另有研究涉及互花米草的药用价值和耐盐基因等高值化利用。在所有利用研究中,秸秆燃料化利用占比最大,为43%,秸秆肥料化利用和耐盐基因等其他利用形式的占比最小,合计约为8%。总体而言,过去对互花米草利用的研究集中于加工利用技术这一环节,缺少对互花米草收集技术和市场化推广的研究,未来应该重视互花米草利用产业链的每一个环节,加强研究机构与企业的合作,实现产学研同步配套发展。     

互花米草入侵对潮滩土壤活性有机碳组分的影响

对外来种互花米草替代本土植物盐蒿后生长8、12、14年的湿地土壤以及盐蒿湿地表层土壤(0～10 cm)的活性有机碳(微生物量碳、可溶性有机碳)特征进行了研究,分析了不同湿地的土壤活性有机碳与土壤总有机碳之间的关系。结果表明:不同类型湿地的土壤活性有机碳组分含量存在显著差异,土壤活性有机碳、土壤总有机碳的变化趋势一致,表现为互花米草湿地>盐蒿湿地,且随着互花米草生长时间增长而明显增加;土壤活性有机碳与土壤总有机碳存在显著正相关关系;土壤活性有机碳与土壤总有机碳的比值则随着互花米草生长时间增长而逐渐减小,表明入侵年限长的互花米草湿地活性有机碳库周转率降低,生物可利用性减小,有利于土壤有机碳的累积。这可能是互花米草生长导致土壤总有机碳含量显著增加的主要原因。     

闽江口互花米草不同治理方式对土壤有机碳及养分含量的影响

有效控制与管理米草属植物入侵是人类社会面对全球变化的一个巨大的挑战,不同治理措施对于治理区土壤环境影响的评估也逐渐引起关注。采集闽江口鳝鱼滩湿地互花米草不同治理措施试验区土壤样品,开展互花米草不同治理措施对于土壤有机碳和养分含量的影响研究。"刈割+围堰水淹"处理根除互花米草后,3年未种植替代植物的试验地内仍无互花米草入侵地段0-40cm土层土壤有机碳(SOC)含量显著低于对照样地;互花米草湿地刈割开垦为滩涂鱼养殖场后SOC含量较对照互花米草样地SOC含量稍有下降,但差异不显著(P>0.05),土壤总氮(TN)和总磷(TP)含量变化同样不显著,但是土壤无机氮含量显著增加;经过"围堰+刈割+水淹"处理根治互花米草后,在短期(8个月)内不论是否种植替代植物,与对照相比,试验区0-40cm土层SOC含量均无显著变化。