典型外来红树植物单宁对氮循环的影响效应及其入侵潜力研究

Mangrove wetland is the most important coastal wetland ecosystems in Southern China. Sonneratia apetala (Sa) and Laguncularia racemosa (Lr) are two widely used exotic mangrove species in afforestation during the last 30 years. However, whether these two exotic species will cause biological invasion in mangrove wetland is still controversial, mainly due to the lack of research on their adaptive mechanisms and potential invasion. The role of plant tannins on nutrient cycling and microbial community is recognized as adaptive mechanism for native plant species in terrestrial ecosystem. However, whether this helps exotic mangrove species to adapt and invade after their introduction in mangrove wetlands is basically unknown. The present research, based on field investigation and control experiment, aims to 1) investigate the dynamics of plant tannins and nitrogen utilization efficiency in Sa and Lr; 2) evaluate the effects of tannins on nitrogen cycling and N-related microbial community. This study on adaptive mechanisms, from tannin chemistry and their effects on nitrogen cycling and microbial community, will provide a theoretical basis and an innovative method to evaluate the invasive potential of exotic mangrove species, and help the ecological restoration of mangrove wetlands in China.

红树林是中国南方最主要的滨海湿地生态系统。近三十几年的人工造林，使得外来种无瓣海桑和拉关木被大面积推广种植。然而，外来种红树植物是否构成生物入侵一直饱受争议，主要原因是缺乏系统研究其适应机制和入侵潜力。在陆地生态系统研究中，植物单宁对营养循环和微生物的影响效应是被广泛认可的植物适应机制。然而，红树林湿地生态系统鲜有这方面的研究，尤其是在针对外来红树植物的适应机制和入侵潜力研究方面。本项目结合野外样地调查和人工控制实验，以无瓣海桑和拉关木为典型外来种对比代表性乡土种红树植物，比较探讨植物单宁的代谢动态和氮利用效率特征；并深入揭示植物单宁对氮循环和氮转化相关微生物群落的影响效应。本项目从植物单宁化学、氮循环和微生物群落动态多角度探讨外来速生种红树植物的适应机制，为系统评估外来种在红树林引种地的入侵潜力提供新的研究角度和理论依据，为红树林湿地生态恢复工程的顺利开展奠定科学理论基础。

外来种红树植物无瓣海桑（Sonneratia apetala Buch.-Ham.）和拉关木（Laguncularia racemosa (L.) C.F.Gaertn.）在我国逾30年的红树林造林中被广泛地种植，并呈现出不同程度的扩散趋势。本项目基于野外和同质园等控制实验，分析对比两种外来红树植物和典型乡土红树植物的叶片（凋落物）的单宁生态功能差异。在红树植物单宁化学及其化感作用、元素生物地球化学循环和生态适应性均获得相应的关键数据及其论文和专利等科研成果。. 1）从红树植物单宁化学分析的角度，进一步完善建立了红树植物单宁的提取纯化方法，为进一步准确量化植物单宁的复杂生态功能提供技术支持，基于此，进一步探索红树植物单宁在化感作用和影响元素（N、P和金属）生物地球化学循环方面的生态功能。2）基于深圳福田红树林人工湿地3年同质园控制实验，系统对比外来速生种无瓣海桑与拉关木和本地种红树植物桐花树（Aegiceras corniculatum (L.) Blanco）和秋茄树（Kandelia obovata Sheue, Liu and Yong）在植物单宁和N、P营养元素动态差异特征。以水解单宁为主要单宁合成途径，符合外来种无瓣海桑和拉关木表现出的快速生长机制，对比乡土红树植物是一种生长优势。同时，阐述了红树植物单宁和营养元素的时空动态分布特征，并进一步分析讨论了红树植物单宁与氮磷代谢的潜在相关性。本项目立足于红树林湿地保护与修复背景，从植物单宁化学及其生态功能多角度探讨外来速生种红树植物的生态适应机制，为系统评估外来种在红树林引种地的入侵潜力提供新的研究角度和理论依据，为红树林湿地生物地球化学循环和人工种植外来红树林的生态管理等工作提供科学理论基础。. 鉴于单宁含量和结构的复杂多样，加上潮间带生境的复杂多样，仍然需要进一步探索有关潮间带的生物地球化学循环过程，尤其是基于国内外红树林修复的大背景下，亟须加强有关人工修复条件下的红树林湿地生物地球化学循环及其有关的生物多样性监测研究，如水鸟等生态系统重要动物因素的介入的条件下，才有望获得科学准确的数据用于支撑湿地生态修复如火如荼的现状。