基于生态化学计量学的北部湾红树林生态系统退化过程与驱动机制研究

Ecological stoichiometry offers a new thought to analyze the biogeochemical cycling and ecological processes of main elements such as C, N and P. It has become an important means to reveal the nutrition limitation of vegetation and their adaptive strategy. In recent years, mangrove ecosystems in coastal zone in Beibu Gulf of Guangxi significantly degenerated with multiple Human and natural factors. However, few studies have been done to analyze the ecological stoichiometric characteristics of the mangrove ecosystems. This study focus on plant communities of mangrove at different degradation stages in Beibu Gulf of Guangxi. By investigating the mangrove plant communities at different degradation stages and by determining and analyzing the C, N and P in the plant and soil, this study systematically examines the nutrient content and dynamic time-space characteristics of the plant and soil at different successional stages and the stoichiometric relationship between the vegetation and the soil, determines the limiting nutrient elements of the mangrove vegetation at different degradation stages, reveals the stoichiometric characteristics of the mangrove vegetation during the succession, explores the stoichiometric reflection of the nutrient element in the soil-vegetation system during the succession and uncovers the adaptive strategy of the vegetation to the environment to provide scientific instruction in developing strategies to recover the vegetation in Beibu Gulf of Guangxi.

生态化学计量学为分析 C、N、P 等主要元素的生物地球化学循环和生态学过程提供了一种新思路，已成为揭示植物养分限制状况及其适应策略的重要手段。近些年，广西北部湾海岸带红树林生态系统的退化趋势明显，但对其退化过程和驱动机制的认识却很有限。本研究以北部湾干扰后不同退化类型红树林群落为研究对象，通过进行植物群落调查、叶片和土壤 C、N、P 的测定分析，研究红树林不同退化类型中植物和土壤养分含量及生态化学计量学的时空动态特征以及植物与土壤化学计量特征间的关系，判断红树林不同退化阶段植物的限制性营养元素，揭示红树林退化过程中植物的化学计量比特征，探讨红树林演替进程对土-植系统中营养元素在化学计量上的响应，揭示红树植物对环境的适应策略以及退化过程中的驱动要素。本项目基于生态学化学计量学的视角和方法，试图揭示北部湾红树林生态系统退化过程与驱动机制，为广西红树林生态系统恢复和保护策略的制定提供科学依据。

生态化学计量学是结合了生态学和化学计量学的基本原理研究生物系统能量平衡和多重化学元素（主要是C、N、P）平衡的科学，是研究植物营养元素分配的重要方法。探讨红树林生态系统植物和土壤化学计量特征，可以揭示其生态系统植物和土壤养分比例的调控机制，揭示养分比例在该生态系统的过程和功能中的作用以及元素间相互平衡制约的关系，在实践上为红树林恢复方案的制定提供科学指导。本研究以广西北仑河口红树林保护区为主要研究地点，通过对不同演替阶段、群落类型和潮间带的红树林进行植物群落调查，以及植物不同器官和不同土壤剖面C、N、P含量的分析，研究红树林群落结构与动态、植物和土壤养分含量以及生态化学计量的动态变化，判断红树林的限制性营养元素以及红树植物对环境的适应策略。研究结果表明：1）北仑河口的秋茄、桐花树、白骨壤和木榄4种红树植物的种群动态与群落所处演替阶段息息相关，先锋植物白骨壤种群处于较快衰退阶段，演替前中期的桐花树种群稳中有降，而演替中后期的秋茄和木榄种群出现不同程度的增长，白骨壤和白骨壤+桐花树群丛将逐步演替为以木榄为优势种的群丛；2）北仑河口红树植物具有较高的碳汇能力，其生长更易受N限制，植物叶片与土壤间的化学计量关系可能与红树植物的生理生态特征以及河口海岸环境（潮汐、微地形等）有密切关系；3）互花米草入侵导致红树林固碳能力下降，碳库减少，因而土壤中的C含量随着互花米草的入侵程度增加而递减，而N、P含量的变化则不受影响。5种入侵程度的土壤C:N值相近，土壤C:N、C:P可以用来指示土壤有机质矿化速率和土壤P的有效性，较低的C:N、C:P表明红树林土壤有机层矿化作用快和P的有效性高。上述研究结果有助于掌握广西北部湾红树林生态系统中植物-土壤养分循环的化学计量学机制，为红树林保护和可持续利用以及生态系统功能修复等提供理论依据。