潮滩湿地植物对磷素形态转化及截留的影响机制研究

潮滩湿地位于海陆交错地带，是一个多介质、多界面和多物质等相互耦合作用的复杂湿地生态系统。由磷的过量输入而引发的滨海地区水体富营养化及由此产生的对生态环境的潜在影响与危害已成为当今世界面临的全球性重大环境问题，成为研究者关注的热点和重点之一。有关滨海水体富营养化的研究依赖于对潮滩界面营养盐的生物地球化学过程的深刻了解和认识。本项目以杭州湾南岸典型潮滩湿地为研究区，以磷素在湿地水-沉积物-植物系统的迁移转化为主线，通过潮滩湿地不同生态带沉积物、水和植物系统中磷的含量、形态分布及其季节变化特征的野外定位观测和室内模拟实验，从湿地植物对磷素的吸收与释放、植物影响下的微生物多样性和关键酶活性等角度研究潮滩湿地植物对磷素的截留和转化机制，为我国滨海湿地的管理、恢复和重建提供理论依据。

针对滨海地区由于磷的过量输入而引发的水体富营养化及由此产生的生态环境问题，本研究系统开展了滨海潮滩湿地植物对磷素形态转换及持留的影响机制研究。项目组以杭州湾南岸典型潮滩湿地为研究区，依托国家林业局杭州湾湿地生态系统定位研究站，开展了一个年度的野外地上和地下生物量定位观测及植物不同构件的原位分解模拟，分析了潮滩植物对水体磷素的吸收与归还特征，结果表明，3种优势植物芦苇（Phragmites australis）、互花米草（Spartina alterniflora）和海三棱藨草（Scirpus mariqueter）地上生物量呈典型的单峰值曲线。分解袋法模拟实验表明，植物分解具有明显的阶段性，植物不同部位分解95%所需时间在1.9-12.8年之间。定量评价了潮滩植物磷素持留效应，表明三种植物对水体磷的净化效率分别为17.3, 24.0和6.04 t/(m2 yr)。研究了潮滩不同植被类型下沉积物磷形态分异特征，结果表明，沉积物种各形态磷含量表现为Exch-P< Fe/Al-P < Org-P < Ca-P，沉积物颗粒组成对无机磷形态含量有重要影响，而不同植物通过生物量生产和营养物质循环过程的变化导致沉积物中磷形态特别是有机磷形态的差异。进一步分析了潮滩沉积物磷素吸附特征，指出植物可以通过影响沉积物的物理化学参数，从而影响磷的吸附过程。通过野外调查结合室内模拟，分析了不同植被类型下沉积物碱性磷酸酶活性及微生物多样性，结果表明，不同湿地植被类型的土壤微生物群落功能多样性表现出一定的差异，糖类及其衍生物和氨基酸及其衍生物是杭州湾滨海湿地微生物群落代谢过程中的碳源利用的主要分异点。潮滩湿地土壤中碱性磷酸酶活性具有显著的时空差异，不同植被型土壤碱性磷酸酶活性之间差异总体表现为芦苇>互花米草≈海三棱藨草>光滩。碱性磷酸酶活性与有机磷细菌数量呈显著的正相关关系，有机磷细菌是影响碱性磷酸酶活性的主要因素之一。最后探讨了植物影响下沉积物生物化学性质与磷形态的相关性。研究结果将为我国滨海湿地的管理、恢复和重建提供理论依据。