互花米草入侵对滨海湿地硝化和反硝化过程的影响

外来植物互花米草入侵强烈影响着滨海湿地生态系统的氮素循环过程。本项目选取原生态盐蒿湿地和不同建群时间的互花米草湿地作为研究对象，在陆源氮不同输入量条件下，通过室内培养试验，连续测定原状土样的硝化和反硝化速率，阐明互花米草入侵和陆源氮增加条件下土壤硝化和反硝化过程的季节和年际变化规律及其关键控制因素；利用分子生物学技术，通过间断式采集土壤样品，研究不同试验处理条件下土壤硝化菌和反硝化菌的群落结构特征，建立硝化菌和反硝化菌与土壤硝化和反硝化速率之间的连接关系；采用15N同位素示踪技术，研究土壤硝化过程和反硝化过程的N2O排放特征，明确互花米草入侵叠加N负荷增加条件下，滨海湿地土壤硝化过程和反硝化过程的环境效应。为深入了解互花米草入侵对我国滨海湿地N生物地球化学过程的影响及其生态效应提供科学依据。

作为一种特殊类型的海岸湿地，滨海湿地受到外来入侵植物的强烈影响，是全球变化的敏感区域。在国家自然科学基金委资助下，本项目深入研究了互花米草入侵对我国滨海湿地土壤C、N转化关键过程的影响机理，着重研究了滨海湿地硝化和反硝化作用及其对N2O排放的影响，取得了重要的成果：1、通过稳定性同位素分析技术发现，外来植物互花米草替代本土植物盐蒿后，土壤总有机碳增加了27%~70%，总氮含量增加了22%~55%，其中来源于互花米草的碳量占总有机碳的11%~19%。滨海湿地土壤有机碳的累积速率为142 mg C kg -1 year-1，其中来源于互花米草碳的累积速率为64 mg C kg -1 year-1。且主要累积在土壤的大团聚体中，占到源自互花米草有机碳源的43%~49%。2、随着互花米草建群时间增长，湿地土壤的活性有机碳（微生物量碳、可溶性有机碳）显著增加，且与土壤总有机碳显著正相关；而土壤活性有机碳与总有机碳的比值则随着互花米草建群时间增长而逐渐减小，揭示了入侵年限长的互花米草湿地活性有机碳库周转率降低，生物可利用性减小。3、通过培养试验发现，在5℃~30℃范围内，互花米草湿地土壤的净矿化速率和净硝化速率显著高于盐蒿湿地和芦苇湿地。阐明了互花米草替代本土植物后，促进了湿地土壤的矿化和硝化过程。相反，互花米草湿地矿化速率的Q10值却低于盐蒿湿地和芦苇湿地。4、外源氮输入显著提高了滨海湿地土壤的净矿化速率和硝化速率，且明显增加了互花米草湿地矿化速率的温度敏感性；揭示了外源氮对湿地土壤硝化速率的影响效应高于氨化速率。5、测定了互花米草湿地N2O排放通量季节均值为9.4 µg m-2 h-1，远高于芦苇湿地通量6.8 µg m-2 h-1；阐明了互花米草较大的生物量为土壤硝化和反硝化微生物提供了较多活性有机碳源是其排放通量增加的重要原因。外源氮输入显著提高互花米草湿地和芦苇湿地的N2O排放通量，分别增加了14%和48%。揭示了互花米草根系竞争氮源的能力强，从而一定程度上抑制了土壤微生物获取氮源，是外源氮条件下互花米草湿地N2O排放通量增幅较小的重要因素。