高通量氮输入对红树林生态系统主要组分与典型过程的影响研究

With respect to the mangrove ecosystem along the Southern China coast, the impacts of eutrophication as nitrogen on the principle components and typical processes of the mangrove ecosystem are evaluated quantitatively by researching on environmental gradients, ecosystem components and processes. The contents of research include: (1) the individual morphological features and community structure of mangrove plants, (2) the trophic structure of communities and feeding behaviors of macrobenthos, (3) the nutrients and their sources in sediments and pore water, and (4) the ecological process as litterfall decomposition, litterfall consumption by macrobenthos, green-house gases emission from sediments. The ultimate objectives are, in terms of massive nitrogen loads, supposed to be the tendencies and models of mangrove community succession, the mechanism and extent of macrobenthic assemblages influenced, the approaches and factors of eutrophication on mangroves caused by coastal aquaculture, and finally the state of feedback with regards to ecological process within different N influx scenarios. By solving the question in relation to ‘individual – population - community’ hierarchically, the impacts of N influx from aquaculture on mangrove components and processes are analyzed comprehensively. Finally, the environmental stress posed by aquaculture on mangrove ecosystem will be evaluated entirely and systematically.

以华南沿海的红树林生态系统为研究对象，通过开展环境梯度、系统组分、系统过程方面的研究，定量化评估N富营养化作用对红树林生态系统主要组分和典型生态过程的影响。研究内容面向：（1）红树植物个体形态和群落结构，（2）大型底栖动物的营养级结构变化状况以及觅食行为特征，（3）沉积物、孔隙水的营养盐负荷和来源，以及（4）植物凋落物分解、底栖动物摄食凋落物、沉积物温室气体排放等生态过程。最终归纳形成红树植物群落在高负荷N输入条件下的演替趋势模式，探索高负荷N输入对大型底栖动物群落的影响机理和程度，揭示近海养殖导致红树林环境富营养化的机理和影响因素，阐明不同N输入情境下的生态过程响应状况。通过研究“个体——种群——群落”三个层次上的科学问题，集成分析红树林主要组分和典型生态过程在养殖N排放压力下的响应状况和机理。最终全面、系统地评估由水产养殖产生的环境压力对红树林生态系统的影响。

本项目以华南沿海的汕头、阳江的典型红树林生态系统为研究对象，通过开展环境梯度、系统组分、系统过程方面的研究，通过野外采样、控制性试验、实验室微宇宙试验、测试分析等手段，定量化评估N富营养化作用对红树林生态系统主要组分和典型生态过程的影响。通过4年的实施，取得了如下研究成果：(1) 氮添加对典型红树植物幼苗的根系形态早期生长影响不显著，但对其生理活动有明显抑制作用。现阶段广东省沿海区域主要红树林的物种组成及数量特征与立地的营养负荷水平存在一定关联，随着营养负荷水平的增加，红树林呈现群落植株更高、生物量更大、碳储量更多的趋势，现阶段华南沿海地区红树林生境的营养负荷水平积累状况暂未对红树林植被的结构和发挥碳存储方面的生态功能带来明显不利影响；(2) 氮添加使以蟹类和螺类为代表的大型底栖动物普遍呈现生物量增加、密度降低、个体大型化，其取食行为、取食效率亦产生显著改变，使大型底栖动物群落的功能特征呈现先简化、后复杂的变化趋势，但对其食物网的结构组成、群落物种多样性特征没有明显影响；(3) 持续养殖废水的排放会显著改变潮间带红树林土壤理化性质的空间格局，同时使有机碳的组成成分和所占比例产生明显变化，外源氮添加对土壤理化性质和营养状况的影响随季节变化而产生不同的效应；(4) 优势红树植物的器官分解速率与其起始元素含量有显著相关关系，氮元素含量是不同红树植物的叶片分解状况产生差异的限制性因子，外源氮输入当量的增加对叶片和枝条分解速率的影响逐渐减弱，氮输入会改变大型底栖动物原有的取食活动规律，氮输入在一定程度上会减弱土壤CO2的排放速率，而且冬季的CO2排放速率普遍低于夏季。本项目的研究成果将为今后在城市化、富营养化背景下开展红树林保育和恢复提供理论和技术参考。