潮汐对黄河三角洲潮滩湿地土壤氮形态影响的模拟研究

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潮滩湿地作为陆地与海洋之间的过渡区域,独特的海陆位置使其成为对环境变化响应敏感的生态交错带。气候变化引起的海平面升降及极端气候事件频发可导致潮汐波动,对潮滩湿地的系统稳定性产生巨大影响。土壤氮元素作为植物生长和发育所必需的常量元素,是影响潮滩湿地生态系统初级生产力的重要限制性元素。潮汐作用下的水、盐环境差异为潮滩湿地最为显著的特征之一。研究水、盐环境变化下土壤主要氮形态变化,对于更好的认识潮汐波动对潮滩湿地土壤氮元素赋存特征及系统氮限制的影响具有重要意义。目前关于土壤氮元素沿潮滩湿地水、盐分布的认识和土壤氮形态对潮汐变化的响应研究相对较少。本研究以黄河三角洲潮滩湿地作为研究区,通过野外调查和模拟实验,对潮汐作用逐渐增强下由潮上带至潮下带、由芦苇至光滩,不同植物群落潮滩湿地土壤主要氮形态含量的分布格局及影响因素开展研究。并基于野外调查开展模拟潮汐实验,进一步揭示水、盐环境变化对土壤主要氮形态的影响。主要研究结论如下:(1)黄河三角洲潮滩湿地土壤土壤氮元素含量整体较低,研究区受土壤氮限制。由潮上带芦苇群落至潮下带光滩,潮汐作用增强,植被类型更迭,土壤水、盐环境具空间异质性。潮汐作用差异下土壤水、盐环境变化对潮滩湿地土壤氮形态、氮元素支持能力具有重要影响。(2)模拟实验期内芦苇群落土壤TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、DIN含量范围分别为0.30-0.69 g·kg-1、2.36-5.78 mg·kg-1、0.23-0.72 mg·kg-1、28.69-256.14μg·kg-1、2.35-6.58 mg·kg-1。土壤TON占土壤TN含量的绝大部分(>98%)。低盐度(<15‰)、周期性淹水环境下芦苇生长季对土壤NH4+-N、NO3--N吸收强烈,是导致土壤TN含量下降的主要原因。土壤NH4+-N对淹水环境响应敏感,长期淹水与周期性淹水环境下芦苇对照组(LWCK)随培养时间延长,含量呈上升趋势。长期淹水条件下土壤NO3--N含量低于短暂淹水、周期性淹水条件。实验期内土壤NO2--N含量较低,不同淹水条件下具显著性差异。(3)模拟实验期内盐地碱蓬群落土壤TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、DIN含量范围分别为0.12-0.25 g·kg-1、1.30-3.35 mg·kg-1、0.18-0.48 mg·kg-1、23.91-197.03μg·kg-1、1.58-3.75 mg·kg-1。盐地碱蓬群落土壤TN对于潮汐变化响应弱于芦苇群落,实验期内其TN含量维持在一个相对稳定的低水平。低盐度(<20‰)环境下盐地碱蓬对NH4+-N、NO3--N的吸收强度低于芦苇。长期培养下盐地碱蓬群落土壤NO3--N在不同淹水环境下逐渐维持在相对稳定的水平。土壤NO3--N变化特征同芦苇群落具有一致性,对土壤氧化还原环境敏感。实验末期盐地碱蓬凋落物的分解归还导致土壤DIN含量迅速升高。土壤TN经整个生长季的吸收而显著下降,补充缓慢,实验末期未表现出显著升高。综上,潮汐作用所导致的土壤水、盐环境差异对黄河三角洲潮滩湿地不同植物群落土壤氮形态含量、系统氮元素支持能力具有重要影响。潮汐作用下干湿交替频率越高,周期越短,随实验时间延长周期性淹水条件下土壤氮元素赋存特征越趋近于长期淹水条件。盐地碱蓬对潮汐环境变化的适应能力明显高于芦苇,其土壤TN含量对于潮汐变化响应弱于芦苇群落。土壤DIN在TN的占比例小于2%。NH4+-N占DIN的绝大部分(占比均值大于80%)。高盐度、长期淹水潮汐环境可导致土壤TON分解缓慢,DIN含量下降,土壤氮元素支持能力下降。
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