互花米草对苏北盐沼沉积物有机碳库功能格局影响机理

生物入侵和碳循环是全球变化的两个热点研究内容，外来植物对入侵生态系统碳循环的生态后果是受到广泛关注的重大环境问题。但是现有研究尚难以得出一般性的结论。早期对木本入侵植物的研究认为通过植物同化作用能削减大气CO2的含量。但是越来越多的研究似乎表明，外来植物有可能从土壤中而不是从大气中吸收更多的碳，因此无论木本还是草本植物入侵，都有可能对当地土壤碳库没有贡献或具有负面作用，从而增加当地大气CO2的含量，加剧温室效应。互花米草(Spartina alterniflora Loise1.)引入中国30年，在东南沿海的爆发已成为我国有关生物入侵问题的争论焦点。中国沿海互花米草以吸收大气CO2为主，还是土壤碳为主？会否加剧温室效应？改变土壤碳库功能？本研究选择典型区域，分析苏北盐沼互花米草有机碳来源的分配比率，及其对沉积物有机碳库的贡献；阐明其对土壤有机碳库功能格局影响机理，为回答上述问题提供科学依据

根据本项目的研究目标和研究内容，在江苏沿海选取典型的互花米草（Spartina alterniflora）盐沼，建立可以下永久样地：光滩（MF），互花米草入侵1年（SAF2011），3年（SAF2009），5年（SAF2007）、9年（SAF2003）、12年（SAF2000）、23年（SAF1989）以及互花米草碱蓬交错带（SSF1989）。从2010~2012年间，按计划进行了野外调查和取样，并分析处理了近千个土壤及植物样品，其中3m的土壤沉积柱状样11个，运用了稳定碳同位素分析技术和核磁共振（NMR）波谱分析技术获取了关于互花米草入侵对苏北海滨湿地有机碳库影响的第一手数据。本项目的重点研究成果归纳如下：（1）互花米草盐沼发育过程促进了盐沼沉积物有机碳积累。通过测定土壤有机碳（SOC）、顽固性有机碳（RC）和活性有机碳（LC）含量，土壤可溶性有机碳（DOC）和微生物量碳（MBC）含量，土壤有机碳和顽固性有机碳的δ13C值。结果显示：互花米草向海扩张提高了SOC、RC、LC含量，这是海源输入、互花米草生物量输入、沉积物粒度以及潮沟、洼地、水分等因素共同作用于分解过程的结果，其中生物量和沉积物粒度具有更主要作用。（2）互花米草改变了盐沼土壤有机碳库组分及结构特征，增加了土壤有机碳库的稳定性，从而促进了碳库的沉积作用。通过测定土壤有机碳（SOC）、顽固性有机碳（RC）和活性有机碳（LC）含量，土壤可溶性有机碳（DOC）和微生物量碳（MBC）含量，土壤有机碳和顽固性有机碳的δ13C值，土壤有机碳13C核磁共振波谱，结果表明互花米草植物贡献的SOC、RC、LC含量、比例与建群时间呈显著正相关关系（P<0.05），互花米草扩张对LC的影响较大，而对RC的影响较小。土壤中有机碳结构以烷氧碳和芳香碳为主，芳香碳的平均比例最高，其次为烷氧碳和羧基碳，烷基碳的平均比例最低。互花米草入侵本地盐沼后，土壤有机碳中的烷氧碳和羧基碳有下降趋势，而烷基碳和芳香碳却有所增加，有机碳脂肪族特性增强，芳香度降低，分子结构趋于简单化；随着互花米草定居年限的增加，有机碳分解程度有所降低，固碳能力逐渐增强，土壤碳库的稳定性增加。（3）互花米草凋落物及残体在盐沼沉积物中的分解过程。结果表明米草凋落物及残体分解后，δ13C值均增加，互花米草凋落物分解对沉积物中SOC、RC、LC贡献随着建群时间的增长而增加。