放牧对盐沼土壤生物功能群和碳氮过程的影响及其机制

Salt marsh is among the ecosystems of highest ecosystem value in the world, but it is also one of the most intensively disturbed systems. Although livestock grazing in salt marshes is very common worldwide, researches are very few compared to that of terrestrial ecosystems. Researches from terrestrial grazing systems in recent years have uncovered that the soil subsystem is the key intermediate to induce the ecological impacts aboveground. However, the investigation about the effects of grazing on salt marsh soil systems is still far from complete. This dampened our understanding of how salt marsh ecosystems response to grazing from the integrative ecosystem view and the aboveground-belowground linkage mechanisms. This study will conduct field investigations and fence exclusion experiments at Chongming Dongtan salt marsh, analyze the impacts of cattle grazing on important soil functional groups and carbon and nitrogen processes, reveal the plant and sediment deposition influential pathway, and discuss the possible feedbacks of soil system to underground plant systems. This study will provide basis for ecosystem management and restoration of the grazing salt marshes, and also provide new thoughts for improving the aboveground-belowground multitrophic interaction theories.

盐沼是世界上生态系统服务功能最强大的生态系统之一，但同时也是受人类干扰最强烈的生态系统之一。家畜动物的放牧活动在全球各大洲盐沼生态系统十分普遍，但相关研究和陆地生态系统相比还非常不足。近年来陆地系统的研究发现，放牧对植被的影响在很大程度上是通过对土壤的影响这一间接过程而实现的，因此了解土壤生态系统的响应非常关键。但迄今为止，国际上还缺乏有关放牧如何影响盐沼土壤的充分理解，尚没有从地上-地下生态系统联系角度，以及生态系统整体水平来剖析盐沼生态系统对放牧活动的响应与机制。本项目在长江口崇明东滩盐沼，以野外调查实验和围栏受控实验相结合，研究放牧对盐沼土壤生物功能群及生态系统碳氮过程的影响，并着重从地上植物、沉积物淤积两个方面揭示其影响机制，同时探讨土壤改变对地上部分植物等可能产生的反馈，为盐沼生态系统的管理和修复提供依据，也为完善有外源干扰情况下的地上-地下多营养级联系研究理论提供新的思路。

放牧可通过改变地上部分间接影响地下系统中的土壤生物及营养循环过程；反过来，土壤营养循环过程的改变又会反馈影响到地上植物生产力。盐沼为人类提供了重要的生态系统服务功能，放牧活动在盐沼系统中十分普遍，然而，迄今为止对放牧如何影响盐沼生态系统的理解仍不够充分，尤其缺乏从地上-地下联系的角度剖析放牧对盐沼生态系统的影响及机制研究。.本研究选取长江口崇明东滩盐沼放牧区为研究样地，研究了放牧样方和去除放牧样方中盐沼沉积物淤积特性和理化性质、植物群落结构、土壤生物群落组成和结构以及土壤碳氮循环过程的影响，并通过构建模型揭示放牧影响盐沼生态系统中土壤生物群落和生态系统过程的途径。发现：1.在高潮滩，放牧显著提高沉积物层的温度，降低总孔隙度、有机质含量和碳氮比。在中潮滩，放牧显著降低了沉积物总孔隙度和有机质含量。2.在高潮滩，放牧导致植物群落结构从以芦苇为单优势种向以芦苇和糙叶苔草为共优种的群落发展。在中潮滩，放牧使植物群落结构向以海三棱藨草为主要优势种的群落发展。3. 放牧对盐沼高潮滩土壤生物群落组成的影响比对中潮滩的生物影响更大。4. 放牧促进了盐沼土壤氮矿化、凋落物分解和土壤呼吸。在高潮滩，放牧通过植物群落结构、沉积物淤积和理化性质、土壤生物群落结构影响土壤碳氮循环；在中潮滩，放牧通过改变植物群落结构和沉积物淤积影响土壤碳氮循环。.本研究较系统地揭示了放牧对盐沼地上-地下生态系统的影响。就地上系统而言，一方面，放牧显著减少了沉积物在盐沼滩面的淤积，从而可能不利于土地资源的可持续发展；另一方面，尽管放牧降低了植物的净初级生产力，但对植物群落结构的影响则可能有利于维持盐沼植物的多样性。对于地下生态系统，放牧显著改变了土壤生物群落结构，加快土壤碳氮循环，最终对盐沼土壤的碳储存可能不利。深入了解放牧如何影响地上-地下多营养级生物及生态系统功能，将对科学管理盐沼湿地生态系统具有重要的指导意义。