外来植物入侵对盐沼湿地生态系统固碳能力的影响及机制

盐沼湿地,作为全球重要的生物碳库,也是最易受生物入侵影响的生态系统之一。在生物入侵，尤其是植物入侵影响下，盐沼湿地生态系统碳库及固碳能力会如何变化，是否表现出时间上的累积效应，进而加剧或减缓全球变暖等问题，目前我们仍知之甚少。本项目拟以长江口崇明东滩盐沼湿地为研究地，以入侵植物互花米草为研究对象，结合遥感图像解译、稳定同位素测定及野外调查和监测实验等方法，利用具有不同入侵时间的植物斑块，以空间换时间的方式考察：（1）盐沼湿地土壤碳库大小和垂直分布特征及固碳能力随入侵时间的变化；（2）入侵植物对土壤碳库的贡献率随入侵时间的变化；（3）以上两种变化背后的驱动机制。通过以上研究，不仅可以增进我们对植物入侵生态后果的了解，而且更合理地评价植物入侵的影响，并为预测全球变暖背景下盐沼湿地生态系统的响应提供科学依据。

按照计划任务书的要求，本项目以上海崇明东滩为研究地，通过不同技术（遥感影像分析、稳定同位素分析、通量观测及机理过程模型模拟等）的使用，研究互花米草入侵对生态系统生产力和土壤碳库影响随时间的变化以及背后的机制。三年来，项目成员围绕项目目标，解译了多景遥感影像，开展了多次野外考察与采样，采集并分析了多份样本。得到的主要结果如下：.（1）与邻近江苏盐城湿地不同，由于人为引种的缘故，入侵崇明东滩的互花米草并没有表现出明显的奠基者效应。自2001年以来，互花米草一直在快速扩张，其平均扩张速率达到46公顷/年，直至滩涂前沿。.（2）由于茎秆密集粗壮、地下根系发达，互花米草能比较完整地截留不同粒径的悬浮颗粒，因此相比本地种芦苇，互花米草群落的土壤粒径随深度变化较小，并且处于不同入侵时期的互花米草群落间不存在显著差异。.（3）随着入侵时间延长，互花米草群落中土壤总碳和总氮并没有持续增加，在第8年有所降低，而后持续增加；土壤有机碳在第10~12年达到最高值，而后降低。总体而言，互花米草群落土壤的有机碳含量（1.4~2.2%）明显高于芦苇群落（0.6~1.6%）和光滩（0.2~0.8%），并且其碳氮比更低，这表明互花米草入侵不仅增加了碳输入，还增加了更多的氮输入。.（4）基于稳定同位素分析和混合模型分析，在入侵早期，土壤有机碳库主要来自潮汐输入（>90%），而随着入侵时间延长，互花米草的贡献逐渐增加（>68%），并显著大于潮汐输入（<21%）。随着时间进一步延长，互花米草的贡献率进一步增加，达到84%。对于任一互花米草群落，土壤深度增加，互花米草的贡献也随之增加。.（5）基于通量塔观测数据和过程机理模型，我们估算了互花米草在不同高程处对生态系统总初级生产力的贡献。互花米草入侵明显提高了生态系统生产力。从1998年到2012年，崇明东滩的GPP从11.44*109 g C/year增加到47.95*109 g C/year，并且互花米草的贡献增加到73%。.对比计划任务书的研究目标和我们实际完成的情况，可以发现本项目的预期目标已经顺利完成。按照计划书，预计发表3篇SCI论文，培养1名博士生和1名硕士生。到目前为止，本项目研究人员实际完成SCI论文2篇（包括已接受和发表），并培养了1名博士生和1名硕士生。