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生物入侵是世界各国共同面临的生态问题,不仅对本地生态系统生物多样性造成威胁,而且潜在的改变的了被入侵生态系统的物理特性和生态过程。滨海湿地生态系统有较为充足的外源输入,但其初级生产力一般仍受到氮资源的限制,因此外来种积累生物量所采取的氮利用策略对其入侵成功十分关键。除海南省外我国沿海红树林分布区都已有互花米草侵占大量滩涂,对红树林生态系统的生物多样性造成影响,但目前对互花米草入侵如何影响红树林生态系统氮循环的研究仍较为欠缺。本文以福建省漳江口国家级红树林保护区内的本地红树桐花树(Aegiceras corniculatum)群落和入侵草本植物互花米草(Spartina alterniflora)群落为研究对象,通过比较两个群落中的土壤各形态氮库、土壤供氮能力以及植物总氮库,分析了互花米草入侵对红树林生态系统氮循环的影响;运用地统计学方法分析各土壤性质分布的空间格局,探究土壤性质异质性来源,并据此推断互花米草的生态系统工程师作用是维持其高生产力所需额外氮源的来源机制之一。主要结论和结果如下: 1.互花米草入侵未改变红树林土壤的总氮库、无机氮库和有机氮矿化速率。土壤总氮不同群落间和不同月份间均没有显著差异;除2011年4月互花米草群落(560.83±380.06mg N m-2)明显高于桐花树群落(255.60±58.60 mg N m-2)外,铵态氮库互花米草群落与桐花树群落均无明显差异,两个群落的铵态氮库在1月最低(互花米草群落37.72±11.10 mg N m-2,桐花树群落19.51±23.61 mg Nm-2),10月最高(互花米草群落735.67±189.44 mg N m-2,桐花树群落755.71±100.34 mg N m-2),约为1月份的26倍;两个群落的硝态氮库四次采样结果均没有显著差异,但库容随时间变化规律与铵态氮库不同,1月份最低(互花米草群落39.16±11.18 mg N m-2,桐花树群落40.01±13.93 mg N m-2),4月(互花米草群落233.46±107.99 mg N m-2,桐花树群落260.45±94.11 mg N m-2)和7月(互花米草群落165.46±177.85 mg N m-2,桐花树群落177.31±124.73 mg N m-2)含量较高,10月又下降至同1月份相同水平;除1月份外,两个群落的铵态氮库都明显高于硝态氮库,尤其10月份,铵态氮库约为硝态氮库的18倍;互花米草群落、桐花树群落和光滩净氨化作用分别是:30.53±17.70 mg N m-2t-1、37.03±40.54 mg N m-2t-1和39.80±13.65 mg N m-2t-1,相互间均没有显著差异,净硝化作用分另为-0.17±0.13 mg N m-2t-1,-0.05±0.61 mg N m-2t-1和-3.50±3.08 mg Nm-2t-1,三者间同样没有显著差异;三个群落表层土壤有机氮矿化过程主要是氨化作用,不存在净硝化过程,取而代之的是速率较低的反硝化过程。 2.互花米草生物量的积累速率远高于桐花树。互花米草地上部分(叶+叶鞘)生产力(3562.0±672.5 g m-2)显著高于桐花树地上部分(凋落物+枝叶生长量)(1591.5±309.6 g m-2),约为其2倍,互花米草地下部分(地下根状茎+根)生产力(4192.7±2036.6 g m-2)同样显著高于桐花树地下部分(1591.5±309.6 g m-2);互花米草的单位面积年需氮量(116.9±25.5 g m-2)显著高于桐花树(28.8±5.6gm-2),前者约为后者的4倍。以上结果表明互花米草入侵并没有改变本地生态系统的土壤氮库和有机氮矿化速率,但在生长过程中需要获取远高于桐花树的氮素,所以互花米草群落有外源性氮的补充。 3.通过地统计学采样设计得出的结果是:互花米草群落土壤铵态氮库(239.05±359.16 mg N m-2)显著高于桐花树群落(98.84±88.67 mg N m-2),互花米草群落硝态氮、盐度、pH和含水率等土壤性质的异质性均小于桐花树群落;互花米草群落中具有明显的铵态氮热点,其中最高点铵态氮浓度(2354.4 mg Nm-2)是平均值(239.05±359.16mg N m-2)的10倍。产生以上结果的原因可由互花米草的生态系统工程师作用解释:土壤表层根系形成致密根垫,对水溶性的土壤性质起到平均化、减少异质性的作用,而其极高的种群密度改变了群落微地貌,比红树植物易截留生活垃圾、小动物(蟹、贝类和小鱼等)尸体及红树胚轴等易分解有机物质,形成铵态氮热点。可能是维持互花米草高生产力所需的额外氮源重要横向输入之一。 综上所述,互花米草的入侵还未显著改变漳江口红树林生态系统的土壤氮库和土壤供氮能力,但其单位面积年需氮量远高于桐花树,说明在互花米草生长过程中需要吸收外源性氮,而其群落土壤中出现的铵态氮热点可能是重要外源性氮源之一。