外來植物蘇門白酒草和水花生入侵對土壤碳氮過程的影響.pdf

1、生物入侵(biological invasion)已經(jīng)成為全球變化的重要組成部分,它不僅對生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅,而且還改變著被入侵地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)過程。近年來隨著生物入侵理論研究的不斷深入,入侵植物對生態(tài)系統(tǒng)過程的影響成為入侵生態(tài)學(xué)研究的一個新的領(lǐng)域,尤其是外來入侵植物對土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響已成為該領(lǐng)域研究的熱點問題。本試驗選取撂荒的稻田為試驗樣地,以我國典型入侵植物水花生(Alternanthera philoxer

2、oides,Ap)和蘇門白酒草(Conyza sumatrensis,Cs)為對象,以土著優(yōu)勢物種馬唐(Digitaria sanguinalis,Ds)為參照,通過對入侵植物和土著植物的根際土壤進(jìn)行采樣分析和室內(nèi)培養(yǎng)試驗,研究了入侵植物對入侵地土壤特性和土壤碳氮過程的影響。研究主要包括了兩個方面:(1)生長季外來植物入侵下土壤特性和土壤碳氮過程的變化以及在碳氮過程變化的影響下土壤有效態(tài)氮素的供應(yīng)和土壤CO2和N2O排放速率的變化情況(

3、2)在非生長季植物入侵后在土壤生物學(xué)特性變化的驅(qū)動下,養(yǎng)分從植物殘體回流到土壤中的速率和土壤碳氮過程的變化以及在土壤碳氮過程變化的影響下土壤有效養(yǎng)分的積累和土壤CO2和N2O排放速率的相應(yīng)變化。以此來探討在整個物質(zhì)循環(huán)周期內(nèi)入侵植物與土壤的反饋機(jī)制和入侵植物對土壤溫室氣體排放的影響。主要結(jié)果如下:
　　 1蘇門白酒草和水花生入侵對生長季土壤特性和碳氮過程的影響與土著物種馬唐(Ds)相比,蘇門白酒草和水花生的入侵分別使土壤有機(jī)質(zhì)含

4、量增加106％和27%;全氮量增加63%和97%;銨態(tài)氮含量增加97%和94%;硝態(tài)氮含量增加71%和243%;微生物量碳分別增加123%和225%;微生物量氮分別增加225%和399%;氮凈礦化速率分別增加2.1倍和3.8倍;反硝化速率分別增加1.0倍和0.8倍;酶的活性和硝化速率顯著增加。好氧條件下蘇門白酒草和水花生的入侵使土壤CO2和N2O排放速率仍顯著的高于土著植物馬唐。土壤碳氮循環(huán)過程的加快不僅加速了土壤有效氮的供應(yīng)促使入侵植

5、物快速生長,而且使土壤CO2和N2O這兩種主要溫室氣體的排放速率顯著增加。
　　 2蘇門白酒草和水花生入侵下非生長季土壤特性和碳氮過程的影響非生長季土壤特性和碳氮過程的變化與生長季土壤的變化趨勢表現(xiàn)出了一致性。除pH值下降外,蘇門白酒草和水花生入侵下土壤有機(jī)質(zhì)含量增加134%和57%;全氮量增加87%和115%;銨態(tài)氮含量增加49%和71%;硝態(tài)氮含量增加20%和89%、微生物量碳分別增加48%和128%;微生物量氮分別增加62

6、%和166%;土壤氮凈礦化速率分別增加1.9倍和3.0倍;硝化速率增加1.2倍和1.5倍;酶活性和反硝化速率顯著增加。好氧條件下蘇門白酒草和水花生的入侵使土壤CO2和N2O排放速率仍顯著的高于土著植物馬唐。在較高的土壤酶活性和微生物量以及與分解相適應(yīng)的微生物群落結(jié)構(gòu)的驅(qū)動下,凋落物或殘體將有較快的分解速率,從而加快了養(yǎng)分從植物向土壤的回流速度為生長季土壤養(yǎng)分供應(yīng)提供物質(zhì)基礎(chǔ)。土壤碳氮過程的加快則導(dǎo)致土壤CO2和N2O排放量的增加。