环境变化对湿地植物枯落物分解过程中不同界面养分的影响

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黄河三角洲湿地作为多种物质体系的交汇场所,发挥着物质的源、汇和转换器的功能。现如今,在海水入侵导致的水盐胁迫、生境破碎化、生物多样性下降的湿地退化背景下,黄河三角洲湿地生态系统的结构和功能受到了影响,因此现在研究滨海湿地生态过程对水盐变化的响应已经成为了维持滨海湿地生态系统健康的关键,本论文针对多界面下枯落物分解这一生态过程及分解过程中养分的动态变化,分别探究了1)不同盐度在枯落物-水界面对分解速率以及枯落物质量、水环境养分的影响;2)不同盐度和淹水条件在枯落物-土壤界面对分解速率、枯落物质量、土壤养分和土壤磷酸脂肪酸(PLFA)含量的影响;3)不同的盐度和淹水条件在枯落物-沉积物界面对分解速率以及水环境养分、沉积物养分、沉积物PLFA的影响;4)微生物对枯落物分解的调节作用。主要结果如下:(1)在枯落物-水界面下盐度和淹水对枯落物分解过程中养分的影响结果表现为,芦苇枯落物在3%盐度环境下分解最快,但并未显著高于1%和0.4%盐度(F2,78=2.204,P=0.117);碱蓬枯落物3%的盐度环境中的分解速率显著(F2,78=3.671,P=0.029)快于1%和0.4%的盐度。两种枯落物都表现出在淹水条件下分解速率显著(p=0.001)快于裸地。两种因素对分解速率的交互影响结果为高盐度淹水条件下,分解速率最快。两物种相较,碱蓬枯落物分解速率显著快于芦苇的分解速率。(2)在枯落物-土壤界面下盐度和淹水对枯落物分解过程中养分的影响结果表现为,芦苇枯落物的分解速率总体表现为为3%>1%>0.4%的变化趋势,但三盐度之间差异不显著(F2,90=0.046,P=0.955)。碱蓬枯落物总体呈现0.4%>3%>1%的变化趋势,三盐度之间差异也不显著(F2,93=2.253,P=0.111),碱蓬枯落物的分解速率显著(P=0.009)快于芦苇的分解率。不同盐度会影响黄河三角洲土壤养分归还量和微生物群落生物量,芦苇和碱蓬两种枯落物在盐度为1%的环境下营养元素养分潜在归还量最大。三个盐度梯度中,土壤中革兰氏阳性菌和阴性菌占比最大。(3)枯落物—沉积物界面下盐度和淹水对养分的影响结果表现为,分解率与水体p H、水体化学需氧量(COD)、水体溶解氧(DO)、沉积物总碳含量、所有枯落物质量指标(枯落物中总碳、总磷、总氮含量)、革兰氏阳性菌PLFA、真菌PLFA呈现显著相关性。当水体中有较高的化学需氧量、氨氮以及总磷含量时,枯落物分解速率较快。枯落物中C/N与沉积物的总碳含量呈现显著负相关;枯落物中氮磷比与沉积物总磷含量也呈现显著负相关;沉积物中细菌和革兰氏阴性菌PLFA占比最大,沉积物中真菌含量均小于10%,沉积物中的革兰氏阴性菌和真菌PLFA可以作为预测沉积物CN比值的良好的生物指标。(4)微生物对分解速率的影响表现为,随着分解时长的增加,分解速率在112天后,微生物对分解速率的促进作用得以体现出来。添加微生物培养液后会对水环境养分产生显著影响。分解率和枯落物的养分动态受到枯落物质量和环境因素的影响。(5)为量化分解速率的影响因子驱动效应,在枯落物-水界面构建的结构方程模型结果为枯落物中总氮和水体氨氮含量都对分解率有负向的间接效应;枯落物-沉积物界面结果为水体溶解氧对分解率有负向的直接效果,Fungi PLFA对分解率有正向的直接效果,枯落物碳氮比对分解率有正向的间接效果。综上所述,我们发现高质量枯落物(CN比值较低)在黄河三角洲湿地反而会更加显示出主场效应。同时,本研究中估算出的不同盐度条件下芦苇、碱蓬两种枯落物的养分归还量,以及本实验模拟计算得到的枯落物分解速率,可以大致得到黄河三角洲该区域内的养分潜在归还能力的最大值。研究结果有助于控制滨海湿地盐生环境中枯落物的分解速率,为湿地修复策略的制定提供一些有价值的数据。
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