互花米草盐沼土壤有机碳积累动态及其驱动机制研究

Spartina alterniflora invasion is widely discussed in China, and it is urgently needed to assess the impacts of S.alterniflora on carbon geobiochemistry in coastal ecosystems, and to study the accordingly effcts on coastal ecosystems safety and health. However, the reported results indicate that S. alterniflora invasion plays uncertain roles in soil organic carbon (SOC) pool cycling on invaded salt marsh; for example, some study shows that CO2 emission from SOC is enhanced by S.alterniflora invasion; whereas other shows the opposite conclusions. We set study area on S.alterniflora saltmarsh both in Jianggsu and Fujian province and build microcosm systems for culturing collected salt marsh soils; while apply stable carbon isotope tracing, nuclear magnetic resonance (NMR) scanning and GC technology to (1)determine the SOC pool size dynamics, SOC inputs, SOC release, SOC accumulation and decomposition dynamics, (2) study the process of distribution, transformation and trasportation between above\belowground biomass carbon and SOC pool and find the functioning factors relative to the process, (3) explain the relationship and feedback mechanism between carbon input\output dymamics and the SOC accumulation process. And finally we aim at providing sound proofs for assessing the ecological consequences of S.alterniflora invasion, and supporting policy decision on managements of salt marsh untilization and protection.

互花米草在中国沿海滩涂的爆发已成为我国生物入侵问题的争论焦点，其改变海滨湿地碳库生物地化循环过程的生态后果，及可能导致的海岸带系统生态安全问题，亟需全面进行科学评估。目前关于互花米草对盐沼土壤有机碳库影响的结论不一致，互花米草入侵可能促进盐沼土壤有机碳库的固定，也可能促进土壤有机碳向大气释放。依托江苏互花米草盐沼长期定位站建立动态监测样地，在福建设立对比盐沼系统，同时构建室内盐沼土壤培养系统，应用稳定碳同位素示踪法、核磁共振波谱分析、静态箱-气象色谱-质谱联用等技术，研究互花米草盐沼土壤有机碳库规模、输入、输出、积累、分解的空间、时间动态变化；确定地上\地下生物量碳在土壤有机碳库之间的分配、转化、迁移动态及其与环境因子之间反馈机制；揭示互花米草盐沼土壤有机碳库积累动态与碳库输入\输出耦合关系；预测盐沼土壤有机碳积累平衡点。为科学评估互花米草快爆发的生态后果提供理论依据，为盐沼管理提供支撑。

互花米草在中国沿海扩张对海岸带生态系统安全的影响尚未得到全面评估，本项目延续了定位研究，长期观测互花米草改变海滨湿地碳库循环过程的生态后果。通过对光滩、不同发育阶段互花米草盐沼、本地盐沼的野外监测、原位实验和采样分析，运用稳定碳同位素标记示踪技术、稳定碳同位素核磁共振技术，得到以下主要结果：（1）建群3年的盐沼中凋落物有机碳分解量高于其余样地。互花米草凋落物在分解后有机碳组分结构改变，有机碳结构复杂程度增加，分解过程中有机质腐殖化程度先上升后降低最后趋于稳定。凋落物有机碳和惰性有机碳在分解后均有13C富集。互花米草的分解过程是惰性有机碳和活性有机碳共同的分解与积累作用，惰性有机碳库和活性有机碳库之间有碳转移。（2）光合固定13C在互花米草地上部分分配比例在74.72% ~ 86.81%之间，地下部分在13.19% ~ 25.27%之间。根际土壤分配比例在0.34% ~ 0.61%之间，土体的分配比例在0.22% ~ 0.43%之间。（3）芦苇（Phragmites australis, PA）、互花米草（Spartina alterniflora, SA）、碱蓬（Suaeda salsa, SS）三种盐沼土壤均为CO2、CH4、N2O的排放源，土壤温度的上升将增加海滨湿地全球变暖潜能。（4）三种盐沼土壤呼吸均为CO2排放状态，芦苇盐沼、互花米草盐沼、碱蓬盐沼土壤呼吸年均值分别为324.7 mg·m-2·h-1、499.5 mg·m-2·h-1、164.3 mg·m-2·h-1。实验期内三种盐沼土壤呼吸累积排放量为互花米草盐沼（3596 g·m-2·y-1）最高。（5）土壤含水量是互花米草盐沼发育演替的关键驱动因子，也是土壤有机碳积累、土壤呼吸的关键驱动因子。通过水文调节可控制互花米草的盐沼的发展和消亡，改变植被演替方向。（6）互花米草定居增加土壤中顽固性有机碳贮量，提高土壤有机碳的潜力，可作为增加海陆生态脆弱带的“蓝碳计划”工具种。（7）发育5年的互花米草盐沼土壤有机碳达到积累和分解的平衡点。可作为湿地碳库调节的生态岸线，供决策参考。