外源氮和微塑料对滨海植物幼苗建立与种群扩散的影响研究

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滨海湿地植物处于过渡性潮间带生态系统,在提供生态屏障、碳汇以及保护生物多样性等方面发挥重要的生态作用。受人类活动影响,沿海地区富营养化和新兴微塑料污染对生态系统结构功能的影响受到广泛关注。研究外源氮(N)与微塑料(MPs)对滨海湿地植物幼苗生长和种群扩散的影响,可以为沿海湿地持续污染的趋势下滨海植物种群发展以及湿地管理提供理论依据。本研究选择典型滨海湿地本地种红海榄、桐花树和外来种互花米草为实验对象,通过设置3个外源氮浓度水平(0、750、1500mg TN/kg)和3个微塑料丰度水平(0、4000、8000 items/kg)的水槽盆栽实验,分析了滨海植物幼苗的存活、形态学指标以及碳氮元素含量。此外,选取外来互花米草为模拟对象,通过构建基于元胞自动机耦合幼苗建立和氮浓度变化的种群扩散模型,结合不同环境条件(其他物理生物因素)和初始生长条件(幼苗存活及无性扩张)开展场景模拟,分析了互花米草种群的扩散能力及其对氮浓度变化的响应规律。研究结果表明:(1)本试验条件下,微塑料丰度变化对滨海植物外来种互花米草、本地种红海榄和桐花树的幼苗存活无显著影响。氮输入显著增加了互花米草出苗率,但是降低了三种植物幼苗的存活率,红树植物幼苗主要是由于其胚轴发育被延缓,而互花米草幼苗更多是发生枯萎现象而死亡。在幼苗建立期过程中,氮浓度增加显著降低了三种幼苗的生长速率,抑制了滨海植物的生长过程。(2)滨海植物幼苗的形态特征主要对氮浓度变化发生响应,而没有显著响应微塑料丰度变化。随着氮浓度的增加,三种幼苗茎部和根部的长度以及主根和叶片的数量都显著降低;红树植物幼苗胚轴的直径增加量和伸长量都显著降低,而互花米草的枯萎叶片数量显著增加;互花米草幼苗的地下/地上生物量比值没有被显著改变,而红树幼苗地下部分生物量投资显著增加。氮输入整体抑制了幼苗在建立期的生长发育。(3)环境中的氮浓度变化显著改变了滨海植物幼苗的营养元素分配。随着氮输入浓度的增加,土壤环境中的TN含量显著增加且碳氮比降低。滨海植物幼苗吸收大量氮素后,其地上和地下部分的TN含量均显著增加,从而幼苗的C:N均显著降低,并且氮元素更多积累在幼苗的地下部分。(4)外来互花米草种群的扩散速度随着氮浓度的增加呈现非线性降低趋势。基于幼苗定植的种群扩散的影响会被其他生物干扰等因素放大,在幼苗峰值密度小于1no./m~2的场景下,种群扩散对于氮浓度的变化较为敏感,整体扩散速度的下降幅度相对较大。在现有环境的氮浓度场景下,若氮浓度再增加0.25、0.5和1 g/kg会导致互花米草的整体扩散速度分别减少20%、40%和70%的幅度。
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