互花米草入侵對(duì)濱海濕地不同質(zhì)地土壤碳氮磷及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的影響①

黃 莊，黑 杰，劉旭陽(yáng)，金 強(qiáng)，黃佳芳，林少穎，候 寧，謝楊陽(yáng)，王維奇，王 純*

互花米草入侵對(duì)濱海濕地不同質(zhì)地土壤碳氮磷及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的影響①

黃 莊1,2，黑 杰1,2，劉旭陽(yáng)1,2，金 強(qiáng)1,2，黃佳芳1,2，林少穎1,2，候 寧1,2，謝楊陽(yáng)1,2，王維奇1,2，王 純1,2*

(1福建師范大學(xué)地理研究所，福州 350117；2福建師范大學(xué)濕潤(rùn)亞熱帶生態(tài)-地理過(guò)程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350117)

為了闡明外來(lái)物種入侵對(duì)濱海濕地不同質(zhì)地土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的影響，對(duì)福建省濱海地區(qū)東湖濕地兩種質(zhì)地土壤的土著種與入侵種植被下土壤C、N、P含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征與影響因素進(jìn)行了測(cè)定與分析。研究結(jié)果表明：相同植被下，壤質(zhì)土的C、N、P及其計(jì)量比均高于砂質(zhì)土。互花米草入侵增加了兩種質(zhì)地土壤的C、N含量及碳磷比(C/P)、氮磷比(N/P)，降低了土壤有效磷(AP)、P含量與碳氮比(C/N)，其中砂質(zhì)土的土壤N含量顯著增加了近1倍(<0.05)，AP含量下降近70%，壤質(zhì)土的C/P增加了近2倍(<0.05)。不同質(zhì)地土壤中銨態(tài)氮(NH4+-N)和硝態(tài)氮(NO3–-N)含量對(duì)互花米草入侵的響應(yīng)不同，在壤質(zhì)土中，互花米草入侵后降低了50% 的NH4+-N含量，增加了近3倍的NO3–-N含量(<0.05)；而在砂質(zhì)土中，互花米草入侵后土壤NH4+-N含量增加了約3倍(<0.05)，NO3–-N含量呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。兩種質(zhì)地土壤的C/P和N/P均與P呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)，而與C、N無(wú)顯著相關(guān)性。在砂質(zhì)土中，土壤N含量與容重呈顯著負(fù)相關(guān)，與含水量呈顯著正相關(guān)(<0.05)?？傮w來(lái)說(shuō)，互花米草入侵對(duì)不同質(zhì)地土壤C、N、P及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的影響程度雖然存在差異，但趨勢(shì)大致相同，互花米草入侵后將會(huì)提高土壤C、N含量，但會(huì)降低土壤P含量，從而加劇濱海濕地土壤的P限制。

碳、氮、磷；生態(tài)化學(xué)計(jì)量比；植物入侵；土壤質(zhì)地

碳(C)、氮(N)、磷(P)作為土壤中最重要的營(yíng)養(yǎng)與結(jié)構(gòu)元素，影響著濕地植被的養(yǎng)分供應(yīng)，進(jìn)而對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生影響，并對(duì)該過(guò)程具有良好的指示作用[1]。生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)主要研究生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程中主要化學(xué)元素的共變規(guī)律，及其與生物和非生物因素之間的耦合關(guān)系[2]，它為揭示生態(tài)過(guò)程中元素協(xié)同變化及其影響因素提供了一種綜合方法。因此，研究土壤C、N、P及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征，對(duì)于了解區(qū)域土壤C、N、P元素的循環(huán)與平衡機(jī)制，揭示土壤養(yǎng)分有效性的調(diào)控機(jī)制及預(yù)測(cè)未來(lái)的變化等具有重要意義[3]。生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)作為一種研究方法，已被應(yīng)用于陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)估研究中，但對(duì)濱海湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)研究較少，特別是生物入侵對(duì)不同質(zhì)地土壤C、N、P的含量變化耦合平衡關(guān)系的對(duì)比研究更是鮮有報(bào)道。

生物入侵作為全球三大環(huán)境問(wèn)題之一，已對(duì)全球生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了嚴(yán)重的危害，引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[4]。互花米草是禾本科米草屬多年生耐鹽耐淹高大草本植物，原產(chǎn)于北美洲中緯度海岸潮間帶，自從1979年引入我國(guó)，已廣泛分布于北至渤海、南到南海的大部分潮汐濕地，成為我國(guó)沿海地區(qū)的主要入侵植物[5]。外來(lái)入侵植物可改變?cè)鷳B(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，過(guò)去幾十年互花米草的迅速擴(kuò)張對(duì)濱海濕地生物多樣性以及生物地球化學(xué)循環(huán)等產(chǎn)生了重要影響，已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)[6]，但目前對(duì)濕地互花米草入侵的研究大多集中在壤質(zhì)土壤。高建華等[7]通過(guò)研究蘇北潮灘濕地不同潮間帶壤質(zhì)土壤中C、N、P分布特征時(shí)發(fā)現(xiàn)，互花米草入侵后，土壤C、N、P含量隨互花米草入侵年限的增加而增加；金寶石等[8]的研究也發(fā)現(xiàn)，在閩江河口壤質(zhì)土壤中，互花米草濕地土壤C、N、P含量隨入侵年限增加而增加。那么，互花米草入侵砂質(zhì)土壤會(huì)產(chǎn)生怎樣的生態(tài)影響呢？目前對(duì)于互花米草入侵濱海濕地砂質(zhì)土和壤質(zhì)土的差異影響仍不清楚，進(jìn)一步開(kāi)展對(duì)比研究，有利于科學(xué)認(rèn)知外來(lái)植物入侵不同生境產(chǎn)生的生態(tài)影響。

福建省福州市濱海地區(qū)的東湖濕地是一個(gè)典型的湖泊濕地，近年來(lái)，外來(lái)植物互花米草入侵現(xiàn)象比較嚴(yán)重，但互花米草入侵對(duì)該區(qū)域土壤C、N、P及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征的影響如何？不同質(zhì)地土壤對(duì)互花米草入侵的響應(yīng)有何差異？目前尚不清楚。基于此，本研究綜合探討不同質(zhì)地(壤質(zhì)土、砂質(zhì)土)土著種與入侵種植被下土壤C、N、P及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征，并進(jìn)一步分析其演變的驅(qū)動(dòng)因素，旨在揭示互花米草入侵對(duì)不同質(zhì)地濕地土壤的差異影響，并辨析其原因，為入侵生境的恢復(fù)和治理提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)與采樣點(diǎn)

研究區(qū)位于福建省福州市長(zhǎng)樂(lè)區(qū)濱海新城的東湖濕地公園(25°49′36″N ～ 25°54′0″N，119°35′12″E ～ 119°38′11″E)，該區(qū)域?qū)儆谥衼啛釒Ш湍蟻啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候的過(guò)渡區(qū)，暖熱濕潤(rùn)，年平均氣溫19.3 ℃。流域內(nèi)降雨量充沛，多年平均降水量為1 390 mm，但年內(nèi)分配不均，春夏季多雨[9]。天然植被主要有土著種蘆葦()和飄拂草()混生，入侵種為互花米草()。于不同質(zhì)地(壤質(zhì)土、砂質(zhì)土)中分別選取土著種(蘆葦與飄拂草混生)和入侵種植被(互花米草)下土壤作為采樣點(diǎn)，開(kāi)展互花米草入侵對(duì)濱海濕地不同質(zhì)地土壤C、N、P及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比影響的對(duì)比研究。

1.2 土壤樣品采集

野外采樣于2018年10月進(jìn)行，為了使土樣更具代表性和典型性，在采樣前根據(jù)該區(qū)域?qū)嶋H情況提前規(guī)劃采樣點(diǎn)，根據(jù)等量、隨機(jī)和多點(diǎn)混合的原則采樣，每個(gè)采樣點(diǎn)分別取5個(gè)重復(fù)，共20個(gè)土樣。所采土樣均為去除凋落物與植物根系后的表層土壤(0 ～ 15 cm)，采樣完成后，分為兩份迅速裝入自封袋密封保存，一份放入4 ℃冰箱冷藏待用，一份自然風(fēng)干后保存待用。

1.3 樣品分析方法

土壤理化性質(zhì)測(cè)定：土壤含水量(WC)采用土壤水分測(cè)定儀(TDR300r)測(cè)定；電導(dǎo)率(EC)采用電導(dǎo)計(jì)(2265FS，美國(guó))測(cè)定；土壤pH采用pH計(jì)(Starter 300，美國(guó))測(cè)定，水土比2.5︰1(︰)振蕩30 min；土壤容重(BD)采用環(huán)刀法測(cè)定[10]。

土壤養(yǎng)分指標(biāo)測(cè)定：土壤C、N采用C、N元素分析儀(Elementar Vario Max CN，德國(guó))測(cè)定，土壤P與有效磷(AP)分別采用HCIO4-H2SO4法消煮和M3浸提法處理后，使用連續(xù)流動(dòng)分析儀(Skalar SAN++，荷蘭)測(cè)定。土壤有效氮(NH4+-N和NO3–-N)采用2 mol/L的氯化鉀浸提處理后，使用連續(xù)流動(dòng)分析儀(Skalar SAN++，荷蘭)測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)分別運(yùn)用Excel 2016、Origin 2021b、SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行整理和繪圖。其中，原始數(shù)據(jù)的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差與變異系數(shù)采用Excel 2016計(jì)算，利用Origin 2021b繪制含量及比值圖。入侵種與土著種土壤的理化性質(zhì)，C、N、P含量及C/N、C/P、N/P的差異性檢驗(yàn)采用SPSS 22.0的獨(dú)立T檢驗(yàn)分析。土壤質(zhì)地和植被類(lèi)型對(duì)土壤的C、N、P含量及其計(jì)量比影響的差異性采用SPSS 22.0中雙因素方差進(jìn)行分析。土壤理化性質(zhì)、土壤養(yǎng)分與生態(tài)化學(xué)計(jì)量比之間的相關(guān)關(guān)系通過(guò)Origin 2021b的Correlation Plot插件中的Pearson相關(guān)系數(shù)進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 互花米草入侵對(duì)不同質(zhì)地土壤理化特征的影響

東湖濕地不同質(zhì)地土壤土著種與入侵種土壤理化特征如圖1所示。從土壤質(zhì)地來(lái)看，壤質(zhì)土中的入侵種土壤BD顯著低于砂質(zhì)土(<0.05)，EC顯著高于砂質(zhì)土(<0.05)；而土著種土壤BD略低于砂質(zhì)土，EC略高于砂質(zhì)土；壤質(zhì)土中入侵種和土著種土壤pH、WC均顯著高于砂質(zhì)土(<0.05)，壤質(zhì)土BD、WC、pH等理化性質(zhì)的變異系數(shù)均大于砂質(zhì)土，表明砂質(zhì)土壤理化性質(zhì)的空間異質(zhì)性相對(duì)更低。從互花米草入侵的影響來(lái)看，互花米草入侵后兩種質(zhì)地土壤BD與EC均降低，其中砂質(zhì)土的EC降低約50% (從1.50 mS/cm下降至0.84 mS/cm；<0.05)；土壤pH與WC均有增加?？梢?jiàn)，對(duì)于土壤理化性質(zhì)而言，互花米草入侵在砂質(zhì)土中的影響大于壤質(zhì)土。

(圖中大寫(xiě)字母不同表示同種植被不同質(zhì)地土壤之間差異顯著(P<0.05)，小寫(xiě)字母不同表示相同質(zhì)地不同植被土壤之間差異顯著 (P<0.05)，下同)

2.2 互花米草入侵對(duì)不同質(zhì)地土壤速效養(yǎng)分特征的影響

東湖濕地不同質(zhì)地土壤土著種與入侵種土壤速效養(yǎng)分特征如圖2所示。在兩種質(zhì)地土壤中均表現(xiàn)為互花米草入侵后土壤AP含量顯著降低(<0.05)，且互花米草入侵對(duì)土壤AP含量的影響在砂質(zhì)土中更為顯著，其含量下降近70%(從22.92 mg/kg下降至7.38 mg/kg，<0.01)。土壤NH4+-N和NO3–-N含量在不同質(zhì)地土壤中對(duì)互花米草入侵的響應(yīng)呈現(xiàn)相反的變化特征，在壤質(zhì)土中，互花米草入侵后土壤NH4+-N含量降低了50%(從4.11 mg/kg下降至1.94 mg/kg，<0.01)，土壤NO3–-N含量增加了近3倍(從3.18 mg/kg增加至12.66 mg/kg，<0.01)；而在砂質(zhì)土中，互花米草入侵后土壤NH4+-N含量增加了約3倍(從3.17 mg/kg增加至12.89 mg/kg，<0.01)，但NO3–-N含量略有降低。

2.3 互花米草入侵對(duì)不同質(zhì)地土壤C、N、P含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的影響

東湖濕地不同質(zhì)地土壤土著種與入侵種土壤C、N、P含量特征如圖3所示。壤質(zhì)土的C、N、P含量均高于同一植被下的砂質(zhì)土，其中土壤C、N達(dá)到顯著差異水平(<0.05)。從互花米草入侵影響來(lái)看，在兩種質(zhì)地土壤中互花米草入侵對(duì)兩種質(zhì)地土壤C、N、P含量的影響趨勢(shì)大致相同，C、N均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，P呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，但影響程度存在差異，其中砂質(zhì)土的土壤N含量顯著增加了近1倍(從0.28 g/kg增加至0.50 g/kg；<0.05)，而壤質(zhì)土中的N含量增加不顯著。不同質(zhì)地土著種與入侵種土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量比特征如圖4所示。從土壤質(zhì)地來(lái)看，壤質(zhì)土的C/N、C/P、N/P均高于砂質(zhì)土，其中土壤C/N達(dá)到極顯著差異水平(<0.01)。從互花米草入侵的影響來(lái)看，互花米草入侵后，土壤C/N略有降低，但未達(dá)到顯著差異水平；土壤C/P與N/P均增加，其中壤質(zhì)土的C/P顯著增加了近2倍(從101.03增加至287.31，<0.05)。

圖2 不同質(zhì)地土壤土著種與入侵種土壤速效養(yǎng)分特征

圖3 不同質(zhì)地土壤土著種與入侵種土壤C、N、P特征

圖4 不同質(zhì)地土壤土著種與入侵種土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計(jì)量比特征

2.4 土壤與植被因素對(duì)土壤C、N、P及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的綜合影響

通過(guò)對(duì)不同質(zhì)地土壤C、N、P含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比與土壤理化性質(zhì)綜合分析發(fā)現(xiàn)(圖5)，在土壤理化性質(zhì)與土壤養(yǎng)分特征的相關(guān)關(guān)系中，兩者在壤質(zhì)土中無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系；而在砂質(zhì)土中，土壤N與BD呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)，與WC呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(<0.05)。兩種質(zhì)地土壤的C與N含量均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)(<0.01)，P與N/P均呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)(<0.01)，P與C/P均呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)，C/P與N/P均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)(<0.01)。C與C/N在壤質(zhì)土中呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(<0.05)，但砂質(zhì)土中并不顯著；N與AP在砂質(zhì)土中呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)(<0.01)，但壤質(zhì)土中無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。

同時(shí)，不同質(zhì)地土壤和植被類(lèi)型因素對(duì)土壤C、N、P含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的影響各不相同(表1)。根據(jù)影響因素分析，土壤質(zhì)地對(duì)C、N含量的影響均達(dá)到極顯著水平(<0.01)，對(duì)P含量達(dá)到顯著水平(<0.05)。植被類(lèi)型對(duì)P含量的影響達(dá)到了極顯著水平(<0.01)，但是植被類(lèi)型對(duì)C、N含量的影響不顯著。土壤質(zhì)地對(duì)C/N的影響達(dá)到極顯著水平(<0.01)，對(duì)C/P達(dá)到顯著水平(<0.05)，但對(duì)N/P的影響不顯著。植被類(lèi)型對(duì)C/N的影響不顯著，但對(duì)C/P、N/P的影響顯著(<0.05)。此外，土壤質(zhì)地和植被類(lèi)型的交互作用對(duì)土壤C、N、P含量及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的影響均不顯著。

表1 土壤C、N、P含量及其計(jì)量比的影響因素分析

(A. 壤質(zhì)土，B. 砂質(zhì)土；圖中深紅表示正相關(guān)關(guān)系，淺紅表示負(fù)相關(guān)關(guān)系；*、**分別表示因子間相關(guān)性達(dá)P<0.05和P<0.01顯著水平)

3 討論

3.1 互花米草入侵對(duì)不同質(zhì)地土壤C、N、P含量影響

本研究中，壤質(zhì)土的C、N、P含量顯著高于同一植被下的砂質(zhì)土，兩種質(zhì)地土壤的C、N、P含量差異與葛楠楠等[11]對(duì)黃土高原不同土壤質(zhì)地農(nóng)田土壤C、N、P的研究結(jié)果一致。產(chǎn)生差異的主要原因是壤質(zhì)土的土壤通透性會(huì)相對(duì)較低，進(jìn)而抑制土壤有機(jī)質(zhì)礦化、硝化等反應(yīng)，降低了土壤養(yǎng)分的分解速度。同時(shí)，兩種質(zhì)地土壤不同的黏粒含量會(huì)影響到微生物活性，間接影響土壤的C、N、P含量[12]。但從植物入侵影響來(lái)看，互花米草入侵后兩種質(zhì)地土壤C、N、P含量變化趨勢(shì)是一致的，C、N均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，P呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。Valéry等[13]的研究發(fā)現(xiàn)，法國(guó)西部海灣披堿草入侵后，鹽沼濕地土壤全碳含量未發(fā)生顯著差異；而Cheng等[14]對(duì)比長(zhǎng)江河口九段沙濕地自然保護(hù)區(qū)互花米草群落和本地種海三棱藨草群落土壤碳庫(kù)，發(fā)現(xiàn)互花米草群落比海三棱藨草群落土壤中的全碳、有機(jī)碳含量更高，表明外來(lái)植物入侵會(huì)影響碳循環(huán)關(guān)鍵過(guò)程，進(jìn)而改變土壤碳含量，但不同研究樣地由于環(huán)境條件和植被類(lèi)型等不同，研究結(jié)果存在不確定性。

互花米草入侵后，砂質(zhì)土的N含量顯著增加，但壤質(zhì)土中的N含量增加不顯著。原因在于，具有較大孔隙的砂質(zhì)土，土壤N含量受水分淋失影響較大，而互花米草具有促淤的作用，密集的根系會(huì)減弱對(duì)土壤N的淋失，所以砂質(zhì)土中的互花米草對(duì)土壤N的截獲和固存更多[15]。此外，本研究也發(fā)現(xiàn)，在砂質(zhì)土壤中，土壤N與BD、WC分別呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)、正相關(guān)，這是因?yàn)橥寥繠D越大，土壤越容易板結(jié)，不利于植物生長(zhǎng)，且土壤微生物及菌類(lèi)活動(dòng)也受到限制，加大了土壤表層的枯枝落葉腐爛分解的難度，植物返還的養(yǎng)分隨之減少，進(jìn)而影響土壤N含量[16]。而土壤WC增加時(shí)，土壤透氣性降低，致使微生物的數(shù)量和活性下降，有利于土壤N的累積[17]。NH4+-N和NO3–-N作為易被作物吸收利用的兩種有效N，分析互花米草入侵對(duì)其含量的影響，可以推演植物入侵對(duì)原生生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力、營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和N的遷移轉(zhuǎn)化能力的影響[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，在壤質(zhì)土中，互花米草入侵后NH4+-N含量顯著降低，NO3–-N含量顯著增加，原因可能是互花米草入侵后，根系周轉(zhuǎn)能力和根系分泌物增加，根際微生物活性可能高于土著群落[19]，導(dǎo)致互花米草下土壤的硝化作用更強(qiáng)烈，大量NH4+-N轉(zhuǎn)化為NO3–-N，使得互花米草入侵后NH4+-N含量顯著降低，而NO3–-N含量顯著增加。而在砂質(zhì)土中，兩種植被下土壤的NH4+-N和NO3–-N含量與壤質(zhì)土截然相反，可能是因?yàn)樯百|(zhì)土的持水能力弱，土壤含水量低，利于反硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)，使得NH4+-N的固持大于硝化，所以砂質(zhì)土壤NH4+-N含量相對(duì)積累，而NO3–-N含量降低[20]。

在兩種質(zhì)地土壤中，互花米草入侵后都顯著降低了土壤P含量，主要原因可能是與蘆葦相比較，米草屬植物生長(zhǎng)過(guò)程對(duì)P的需求量較大[21]，對(duì)P較強(qiáng)的吸收能力使其具有反沃島效應(yīng)[22]。通常而言，植物會(huì)將土壤中的水分、養(yǎng)分、微生物等聚集于其周?chē)?，在植株下形成一個(gè)相對(duì)肥沃的區(qū)域，即沃島現(xiàn)象[23]。但闞慢慢[22]通過(guò)研究濱海濕地不同植物類(lèi)型下土壤C、P的積聚特征發(fā)現(xiàn)，在濱海濕地中，植物群落下的土壤P含量、C/N以及含水量等特征均小于裸灘，這與在干旱和半干旱地區(qū)所廣泛應(yīng)用的沃島效應(yīng)剛好相反，呈現(xiàn)出反沃島現(xiàn)象。此外，根據(jù)土壤C、N、P影響因素分析發(fā)現(xiàn)，植被類(lèi)型對(duì)P含量的影響達(dá)到了極顯著水平，超過(guò)了土壤質(zhì)地的影響，其原因可能也與入侵植物比土著植物具有更強(qiáng)的吸收P的能力有關(guān)，這也是外來(lái)植物入侵成功的重要機(jī)制之一[24]。

3.2 互花米草入侵對(duì)不同質(zhì)地土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計(jì)量比影響及其指示作用

土壤C、N、P生態(tài)化學(xué)計(jì)量比是生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程及其功能的重要表征[2]，能夠反映土壤元素含量平衡與有效性，在預(yù)測(cè)有機(jī)質(zhì)分解速率以及養(yǎng)分的限制與平衡等方面起著重要作用。本研究發(fā)現(xiàn)，兩種質(zhì)地土壤的計(jì)量比與土壤C、N、P變化特征相似，壤質(zhì)土顯著高于同一植被下的砂質(zhì)土，兩種質(zhì)地土壤C/P、N/P的差異與高冉[25]和葛楠楠等[11]的研究結(jié)論一致。但是C/N的差異與其他人的研究相反，這與兩種質(zhì)地土壤之間的C、N相對(duì)含量差異有關(guān)，雖然砂質(zhì)土的C、N含量均低于壤質(zhì)土，但是C含量的變幅更大，最終導(dǎo)致了砂質(zhì)土較低的C/N。在互花米草入侵影響方面，兩種質(zhì)地土壤都呈現(xiàn)出互花米草入侵后土壤C/P、N/P顯著增加，C/N略有降低，這可能是因?yàn)榛セ撞萑肭趾?，根際微生物活動(dòng)增加，使得土壤礦化速率加快[26]，從而使C/N降低，同時(shí)由于互花米草對(duì)P的需求量較大，入侵后顯著降低了土壤P含量，從而使土壤C/P、N/P均顯著提高。本研究中C/P和N/P均與P呈顯著負(fù)相關(guān)，而與C、N無(wú)顯著相關(guān)性，說(shuō)明P是調(diào)節(jié)互花米草入侵過(guò)程中土壤C/P和N/P變化的關(guān)鍵因子，該區(qū)域土壤主要受P的限制。此外，土壤N/P通常被當(dāng)作N飽和的診斷指標(biāo)，兩種質(zhì)地土壤的N/P均大于10，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了全國(guó)平均水平[27]，進(jìn)一步驗(yàn)證了該區(qū)域土壤主要是受到P的限制。

3.3 互花米草入侵對(duì)不同質(zhì)地土壤理化性質(zhì)影響

本研究中互花米草入侵對(duì)不同質(zhì)地土壤理化性質(zhì)的影響是相似的?；セ撞莅l(fā)達(dá)的根系和較大的生物量使得土壤孔隙度增加[28]，因此入侵后土壤BD略有降低。兩種質(zhì)地土壤在互花米草入侵后土壤EC都顯著降低，原因可能是蘆葦是拒鹽植物，而互花米草是泌鹽植物，植株會(huì)通過(guò)吸收土壤鹽分，泌出體外后被潮水帶走的方式降低土壤鹽度[29]。兩種質(zhì)地土壤在互花米草入侵之后均增加了土壤WC，是因?yàn)榛セ撞輳?qiáng)大的滯流作用使潮水滯留在互花米草灘面，改變土壤水分狀況[30]。而且互花米草有較高的葉面積指數(shù)、地上生物量、植株密度和凋落物量，起到良好的遮陰作用，減少了土壤水分的喪失。由此可見(jiàn)，土壤與植物之間存在著反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，一方面，土壤理化特征深刻地影響著植物的生長(zhǎng)與物質(zhì)代謝等生態(tài)過(guò)程；另一方面，植被狀況又會(huì)反過(guò)來(lái)控制土壤性質(zhì)以及相關(guān)生物地球化學(xué)過(guò)程。因此，無(wú)論是壤質(zhì)土還是砂質(zhì)土，植物入侵都會(huì)改變?cè)型寥赖男再|(zhì)，從而影響原生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能。

4 結(jié)論

壤質(zhì)土的C、N、P及其計(jì)量比均高于同一植被下的砂質(zhì)土?；セ撞萑肭謱?duì)兩種質(zhì)地土壤C、N、P及其計(jì)量比的影響趨勢(shì)大致相同，C、N、C/P和N/P均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，P和C/N呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，但影響程度存在差異，其中砂質(zhì)土的N含量顯著增加，但壤質(zhì)土中的N含量增加不顯著。相關(guān)性分析的結(jié)果表明兩種質(zhì)地土壤的C/P和N/P均與P呈顯著負(fù)相關(guān)，而與C、N無(wú)顯著相關(guān)性，這說(shuō)明P是調(diào)節(jié)互花米草入侵過(guò)程中土壤C/P和N/P變化的關(guān)鍵因子，互花米草入侵后對(duì)P的需求不斷增加，會(huì)加劇濱海濕地土壤的P 限制。

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Effects ofInvasion on Soil Carbon, Nitrogen and Phosphorus and Their Ecological Stoichiometric Ratios in Coastal Wetlands of Different Textures

HUANG Zhuang1, 2, HEI Jie1, 2, LIU Xuyang1, 2, JIN Qiang1, 2, HUANG Jiafang1, 2, LIN Shaoying1, 2, HOU Ning1, 2, XIE Yangyang1, 2, WANG Weiqi1, 2, WANG Chun1, 2*

(1 Institute of Geography,Fujian Normal University, Fuzhou 350117,China; 2Key Laboratory of Humid Sub-tropical Eco-geographical Process of Ministry of Education, Fujian Normal University, Fuzhou 350117, China)

In order to clarify the effects of alien species invasion on soil carbon (C), nitrogen (N), phosphorus (P) and their ecological stoichiometric ratios in coastal wetlands with different textures, the contents of soil C, N, P and their ecological stoichiometric characteristics, as well as influencing factors of Donghu Wetland with sandy and loamy textures in coastal areas of Fujian Province were measured and analyzed. The results showed that the contents of soil C, N and P and their stoichiometric ratios were higher in the loamy soil than that in the sandy soilunder the same vegetation. The invasion ofincreased the C and N contents, the ratios of carbon to phosphorus (C/P) and nitrogen to phosphorus (N/P) of the two textured soils, and decreased the soil P content and the carbon to nitrogen (C/N) ratio, with a significant increase of almost 1 times (<0.05) in thesoil N content and a decrease in theAP content of nearly 70% in sandy soils, as well as a significant increase ofalmost 2 times (<0.05) inthe C/P in loamy soils.The invasion ofhad different effects on the content of ammonium nitrogen (NH4+-N) and nitrate nitrogen (NO3–-N) in soils of different textures.In loamy soils,invasion decreased theNH4+-N content by 50% and increased theNO3–-N content by almost 3 times (<0.05).However, in sandy soils, the NH4+-N content increased almost 3 times afterinvasion (<0.05) and the NO3–-N content showed a decreasing trend.The C/P and N/P of both textured soils were significantly negatively correlated with P (<0.05), but not significantly correlated with C and N.In sandy soils, soil N content was significantly negatively correlated with bulk density, while positively correlated with water content (<0.05). In general, although the effects ofinvasion on C, N, P and their ecological stoichiometric ratios for different textures soils are different, the trends are roughly the same. The invasion ofwill increase the contents of soil C and N, but reduce the P content of the soil, thus exacerbate P limitation in coastal wetland soils.

Carbon; Nitrogen; Phosphorus; Ecological stoichiometric ratio; Plant invasion; Soil texture

S153.6

A

10.13758/j.cnki.tr.2023.02.014

黃莊, 黑杰, 劉旭陽(yáng), 等. 互花米草入侵對(duì)濱海濕地不同質(zhì)地土壤碳氮磷及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比的影響. 土壤, 2023, 55(2): 340–347.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41901111)和福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2020J01188)資助。

(wangchun821314@163.com)

黃莊(1998—)，男，湖南衡陽(yáng)人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)闈竦厣锏厍蚧瘜W(xué)循環(huán)。E-mail: amyf1999@163.com