论文总字数：17279字

目 录

摘要 1

Abstract 2

引言 3

1 材料与方法 4

1.1 采样点概况 4

1.2 土样采集 4

1.3 土壤培养方法 4

1.4计算与统计分析 5

2 结果与分析 5

2.1 土样的物理化学性质 5

2.2净氮矿化速率 6

2.3 硝化速率 8

3 讨论 10

3.1 湿地植被变化对土壤N矿化速率的影响 10

3.2 湿地植被变化对土壤硝化速率的影响 11

3.3 多因子及其交互作用对湿地土壤N矿化和硝化速率的影响 11

4 结论 12

参考文献 12

致谢 15

互花米草入侵对滨海湿地土壤N矿化和硝化过程的影响

杨世琼

，China

Abstract:Spartina alterniflora, has become an invasive perennial halophyte in China coastal wetlands.Our experiment was conducted with three plant marshes (Suaeda salsa marsh,Phragmites australis marsh and S.alterniflora marsh),and add two exogenous N forms (NH₄ -N or NO₃^--N),six temperatures (5, 10, 15, 20, 25 and 30◦C) and calculate the net N mineralization and nitrification rates.The research shows that, at temperature of 5 to 30◦C, net N mineralization and nitrification rates in three kinds of wetland soil as follows: S.alterniflora marsh gt; P.australis marsh gt; S.salsa marsh.The temperature increased significantly promote wetland soil net N mineralization and nitrification rates, and closely related to the physical and chemical properties of soil.With the addition of NO₃^--N, net N mineralization and nitrification were increased in three kinds of wetlands soil by 16~29% and 34~54%,but with the addition of NH₄ -N , they were increased by 58~69% and 65~94%.It is concluded that,the temperature sensitivity of net N mineralization and nitrification increased after the addition of exogenous N,especially for S. alterniflora marsh.Therefore, the future increase in global warming and land-based nitrogen load may promote S.alterniflora wetland of N availability, greatly stimulated the invasion and expansion of S.alterniflora.

Keywords:Exogenous Nitrogen;Spartina alterniflora;Nitrogen mineralization;Nitrification

引言

湿地是由水体系统和陆地系统相互作用形成的自然综合体，是自然界最富生物多样性的生态系统之一，故被誉为“地球之肾”^[1~2]，受到国际社会的广泛关注。互花米草(Spartina alterniflora)是滨海湿地的多年生草本植物，近20年来，入侵种互花米草在我国沿海湿地迅速扩散，不断侵占本著植物的生存环境，现已成为我国滨海湿地中最重要的入侵植物之一^[3]。江苏滨海湿地面积达到6524km²，约占全国湿地面积的四分之一^[4]。本实验取样地点为江苏省盐城国家级自然保护区湿地，该湿地原生植被为盐蒿和芦苇，人工引种互花米草后生长面积不断扩展，逐渐替代盐蒿和芦苇并形成互花米草湿地。

N是湿地植物生长最重要的限制元素之一^[5]，湿地作为氮素的源和汇，在全球气候变化和氮循环中具有特殊的地位和作用^[6]。湿地土壤中的N主要以有机氮的形式存在，无机氮所占比例相对较小。由于湿地植物可直接利用的氮素形式为无机氮，所以土壤微生物将有机质分解转化为无机质的矿化过程影响着土壤有效氮的供给状况，近而影响了湿地土壤的初级生产力^[7]。硝化作用是土壤中NH₄ -N向NO₃^--N转化的重要途径, 其是湿地生态系统氮素生物化学循环的重要环节，而硝化产物NO₃^--N极易被淋失或经反硝化作用发生气态损耗，进而对湿地生态系统甚至全球变暖产生重要影响。通常来说，湿地土壤的矿化和硝化过程受到pH、水分、温度、外源氮输入、土壤通气状况等诸多因素的影响^[8]。

据有关文献统计,陆地生态系统通过生物固定的氮约为110Tg/a^[9]，而化肥的生产与施用等人类活动使陆地生态系统的氮负荷增加了约150Tg/a，其中一部分氮通过工农业污水排放进入水体中，一部分通过大气氮沉降进入陆地生态系统造成陆源氮负荷^[10]。滨海湿地作为海陆过渡带,其生态环境脆弱,是全球生态系统中的敏感区域^[11]。20世纪80年代以来,随着氮肥用量的剧增以及含氮废水的排放,生态系统氮负荷引起的环境问题得到国内外的广泛关注^[12]。

目前，关于不同的人类干扰方式对土壤矿化和硝化作用的影响已开展过一些研究工作。但以森林、草地和农田生态系统居多^[13-14]，关于滨海湿地生态系统的相关研究还较为少见。本实验选用江苏盐城湿地土壤作为研究对象，研究了互花米草人为入侵对土壤净N矿化和硝化速率的影响，为深入理解滨海湿地土壤生物氮循环机理提供理论依据。除此之外，国内外对互花米草入侵湿地的研究主要集中在互花米草入侵的扩展机制和种群控制^[15]、互花米草人为入侵对湿地土壤有机碳组分和更新的影响^[16-17]，而外源氮输入对互花米草影响机制的研究方向主要集中在光合特征^[18]、叶片特征^[19]等方面。有关江苏滨海湿地互花米草对外源氮输入、气候变暖及其它们的交互作用的响应的研究报道很少。因此，本试验选取盐蒿、芦苇和互花米草湿地土壤作为研究对象进行模拟培养试验，通过模拟温度变化、增加外源N以及它们的交互作用，研究其对湿地土壤N矿化和硝化过程的影响机制，以便我们进一步准确预测沿海生态系统对全球温度变化的敏感性，为评价人类活动对滨海湿地植物初级生产力以及湿地的演替和保护提供依据。

1 材料与方法

1.1 采样点概况

土壤采集地位于江苏省盐城国家级自然保护区内，位于盐城市正东方向40公里范围，在东经119˚51'25"~121˚5'37"、北纬32˚36'51"~34˚28'32"之间。该保护区属滨海湿地，是中国最大的海岸带保护区，主要保护对象是湿地及珍贵水禽丹顶鹤。保护区地势平坦，海拔为0~4m，年平均气温为13.7~14.6℃，年平均降水量1000mm左右，处于暖温带与北亚热带过渡带，主要受大陆性和海洋性气候影响。该自然保护区的原生植被为盐蒿和芦苇，互花米草自1982年在江苏沿海引种栽种以来，其面积不断增长，逐渐替代原生植物盐蒿和芦苇，形成互花米草湿地。

1.2 土样采集

采集时间为2012年6月；本试验随机选用互花米草、盐蒿和芦苇生长多年的湿地作为采样区域，每种植物的采样土壤带约为6km，且相邻土壤带间距50m左右，在三个土壤带上依次标记盐蒿、芦苇和互花米草多年生长的区域作为采样小区，在每个采样小区采用对角线样带法（五点法）布点，采用直径为10cm的土壤采集器随机采集表土样品（0~10cm），拣出植物根系后野外混匀获得混合样带回实验室。部分用于测定总有机碳含量、总氮含量、C/N、活性碳含量和土壤水分等理化性质（表1）。

1.3 土壤培养方法

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