选择闽江河口短叶茳芏(Cyperus malaccensis)湿地为研究对象,基于野外氮负荷增强模拟实验,探讨了不同氮负荷水平下(NNT对照处理,0 g N m-2 a-1;LNT低氮处理,12.5 g N m-2 a-1;MNT中氮处理,25.0 g N m-2 a-1;HNT高氮处理,75.0 g N m-2 a-1)湿地植物-土壤系统的氮累积与分配特征.结果表明,不同氮负荷处理下湿地土壤(TN)、NH4+-N和NO-3-N含量均发生了明显改变.相较于NNT,LNT 和 MNT 的 TN、NH4+-N 和 NO-3-N 含量均明显增加,增幅分别为 9.44%、3.57%、11.99%(LNT)和6.71%、9.37%、46.50%(MNT).与之不同,HNT的TN含量相比NNT增幅不大,而其NH4+-N、NO-3-N含量均显著降低,降幅分别为9.26%和40.77%.不同氮负荷处理下土壤氮含量的垂直分布特征亦发生了明显变化.除HNT外,LNT和MNT的TN、NH4+-N和NO-3-N含量均以表层土壤最高.不同氮负荷处理下的TN和NH4+-N含量分布主要受SOM的影响,而NO-3-N含量分布主要受植物吸收和垂直淋失的影响.氮负荷增强条件下植物不同器官的TN含量整体表现为叶＞茎＞根.不同氮负荷处理下植物-土壤系统的氮储量整体以LNT和MNT较高,而HNT最低.研究发现,短叶茳芏在中低氮负荷条件下可能将更多的氮优先分配给根系,进而以拓展地下空间和提高地下生物量的方式来适应环境;而在高氮负荷条件下,其可能通过增强"自疏效应",并通过拓展地上空间的方式来适应环境.

为了探究台风风暴潮导致的盐度脉冲、潮汐涨落以及两者的耦合作用对河口湿地土壤二氧化碳(CO2)与甲烷(CH4)排放产生的影响,选取闽江河口道庆洲短叶茳芏湿地土壤为研究对象,通过室内模拟实验,研究不同潮汐过程情景下由于盐度和潮水涨落变化,河口湿地CO2与CH4排放特征并分析其主要影响因子.研究结果表明:(1)潮汐淹水显著抑制CO2 排放,但促进CH4排放(P＜0.05).盐度增加(0-8‰)促进了土壤CO2排放(P＞0.05);0-2‰盐度促进土壤CH4排放(P＞0.05),2‰-8‰盐度抑制土壤CH4排放(P＜0.05).(2)盐度脉冲耦合潮汐过程显著抑制了CH4排放(P＜0.05),且一定程度上抑制了CO2排放(P＞0.05).(3)CO2排放与孔隙水中的氨态氮(NH+4-N)呈极显著正相关(P＜0.01),与硝态氮(NO-3-N)、可溶性有机碳(DOC)和土壤pH呈显著负相关(P＜0.05).盐度脉冲耦合潮汐过程对CO2与CH4排放的影响是一个正负消长的博弈过程,在 0-8‰的盐度内,潮汐淹水对CO2排放的影响更大,而盐度在CH4排放中起主导作用.相较于盐度,潮汐淹水是影响闽江河口湿地含碳温室气体全球增温潜势的主导因素.

选择闽江河口鳝鱼滩湿地与道庆洲湿地为对象,采集湿地沉积物在室内进行沉积物硝化培养,分析不同盐度水平对湿地沉积物硝化作用的影响.结果表明:闽江河口湿地沉积物硝化速率普遍较低,鳝鱼滩湿地沉积物最高硝化速率只有0.193 mg·kg-1·d-1,而道庆洲湿地沉积物硝化速率最高不超过0.050 mg·kg-1·d-1.盐度的升高会抑制闽江河口湿地沉积物的硝化作用.低盐度时(5),硝化速率下降的主要原因是硝化细菌活性受到抑制;随着盐度的升高(10),硝化速率略有上升但仍低于初始值,这是由于随着盐度的升高,盐度对好氧氨化细菌活性的抑制程度有所加强,导致系统产生NH4+-N的速率下降,从而造成好氧氨化细菌对表观硝化速率下降的贡献减少.沉积物硝化活性对于盐度的响应存在地域差异.咸水湿地(鳝鱼滩湿地)沉积物中的微生物对盐度的变化适应性较强,从而使该湿地沉积物硝化活性在高盐度条件下仍然较高.淡水湿地(道庆洲湿地)沉积物对盐度变化的适应性较弱,导致其沉积物硝化活性在高盐度条件下低于中等盐度.闽江河口鳝鱼滩与道庆洲的短叶茳芏湿地沉积物硝化作用较低的主要原因是沉积物呈酸性及淹水状态下的缺氧条件弱化了沉积物的硝化作用.两处湿地的硝化速率与硝化活性随时间的变化趋势为先升高后下降,这是由初始NH4+-N浓度、氧气含量和反硝化共同作用造成的.

以闽江河口鳝鱼滩湿地的芦苇湿地、短叶茳芏湿地以及二者交错带湿地为对象,研究了不同类型湿地土壤碳氮含量的空间分布特征.结果表明:土壤总氮(TN)和有机碳(SOC)含量在水平方向上整体表现为交错带湿地＞芦苇湿地＞短叶茳芏湿地,而在垂直方向上其在不同类型湿地土壤中的含量均随深度增加而降低;与芦苇湿地和短叶茳芏湿地相比,交错带湿地表层土壤的无机氮含量分别降低了15.78％、0.84％(NH4+-N)和13.04％、44.00％(NO3--N),而在下层土壤分别增加了30.00％、6.06％ (NH4+-N)和43.75％、23.91％(NO3--N);芦苇湿地土壤NH4+-N含量主要受到有机质含量控制,短叶茳芏湿地土壤TN含量受到土壤盐分的重要影响,而土壤颗粒组成和水分是影响交错带湿地土壤的NH4+-N和NO3--N关键因子.研究发现,芦苇与短叶茳芏种群的竞争作用不但明显增加了交错带湿地土壤SOC和TN含量,而且也深刻改变了NH4+-N和NO3--N含量的空间分布特征,其可能通过改变土壤的细颗粒组成、氮矿化与硝化作用来影响土壤碳氮的空间分布.

以闽江口鳝鱼滩潮汐湿地为研究对象,于2014-2015年大潮月(10月)和小潮月(4月)中的大小潮日对芦苇、短叶茳芏、互花米草3种湿地土壤间隙水中活性硅酸盐、无机氮浓度和表层土壤生物硅、全氮含量进行测定分析,探讨潮汐作用对河口湿地土壤及间隙水中硅、氮含量的影响.结果表明:湿地土壤间隙水活性硅酸盐、表层土壤生物硅含量在大潮月均略高于小潮月,其中大潮月小潮日土壤间隙水活性硅酸盐含量最高,表层土壤生物硅含量最低,而大潮月大潮日则与之相反.不同植被带湿地土壤间隙水中NH4+-N、NO3--N含量均表现为小潮月高于大潮月,且小潮日NH4+-N含量显著高于大潮日(P＜0.05).潮汐引起的水淹时间、干湿交替等水文条件变化对河口湿地土壤及间隙水中硅、氮元素含量具有重要影响,而植被类型对其分布亦具有一定影响.

外源氮输入显著改变河口湿地植物生长和固碳能力,进而影响河口湿地生态系统碳、氮循环过程.以闽江口湿地土著种短叶茳芏(Cyperus malaccensis)为研究对象,通过15个月的中型生态系实验,分析不同氮输入水平(CK,0 g N m-2a-1;N8,8gNm-2a-1;N16,16 g N m-2a-1)和2种水淹(T1,每天水淹时长2-3 h;T2,每天水淹时长11-12 h)处理对短叶茳芏生长、养分和固碳的影响,探讨短叶茳芏在环境变化下的生长、固碳特征.结果表明:T2处理株高极显著高于T1处理,N8、N16处理的植物株高显著高于CK处理,植物成熟季节的株高也极显著最高(P＜0.001).水淹状况和植物生长期对短叶茳芏的密度有显著影响:T1处理密度极显著高于T2处理,植物成熟季节的密度也极显著最高(P＜0.001),但是氮输入没有显著提高植物密度.植物碳含量较为稳定,T2处理地上碳含量显著高于T1处理(P＜0.05),但是氮输入和植物生长期对地上碳含量影响不显著.氮输入水平、水淹状况和植物生长期则对植物地上氮含量都有显著影响(P＜0.05).N8处理的植物地上生物量和固碳量极显著最高,CK处理极显著最低,植物成熟期的地上生物量和固碳量也极显著最大(P＜0.001),但是不同水淹处理植物生物量和固碳量无显著差异.闽江口湿地短叶茳芏具有较强的环境适应能力,在持续氮输入环境下,闽江口湿地的短叶茳芏可能向高潮滩拓展.

2016年1-12月,选择闽江河口鳝鱼滩的短叶茳芏湿地、互花米草湿地以及二者的交错带湿地为研究对象,采用定位研究方法探讨了互花米草入侵影响下湿地土壤有效硅含量的时空变化特征.结果表明:互花米草入侵影响下3块湿地土壤有效硅含量随时间推移整体呈波动上升趋势;互花米草入侵显著提高了鳝鱼滩湿地30-60 cm土层土壤有效硅含量(P＜0.01),与短叶茳芏湿地相比,交错带湿地和互花米草湿地30-60 cm土层土壤有效硅含量分别增加了8.56％和19.97％,逐步线性回归分析表明土温和电导是影响其变化的重要因素(P＜0.01).研究互花米草入侵影响下湿地土壤有效硅含量的变化特征,对于揭示湿地生态系统生源要素硅生物地球化学循环过程以及互花米草入侵及其扩张机制具有重要意义.

2015年7月,选取闽江河口鳝鱼滩的芦苇湿地、短叶茳芏湿地以及二者交错带湿地为对象,研究了两种植被空间扩展过程中植物-土壤系统全硫(TS)含量的空间变化特征.结果表明,不同湿地表层土壤的TS含量表现为交错带湿地＞短叶茳芏湿地＞芦苇湿地,其差异主要与两种植被的空间扩展改变了交错带湿地土壤的质地及有机质等参数,进而对硫的迁移及转化过程产生重要影响有关;交错带不同植被的根系分布及其对土壤硫养分的竞争导致土壤TS含量的水平和垂直变异性均较芦苇或短叶茳芏纯群落发生较大改变,其土壤的TS含量受芦苇根系分布的影响更为明显,含量和储量均在深层土壤中较高.芦苇与短叶茳芏的空间扩展改变了两种植被的株高、密度及生物量分配格局,尽管二者在交错带中的地下生物量分配比均高于纯群落,但芦苇地下空间占据能力要高于短叶茳芏.研究发现,芦苇与短叶茳芏的空间扩展是双向过程,二者在空间扩展中通过不同的硫养分吸收、累积与分配策略适应竞争环境,即交错带湿地中的芦苇通过增加根部对硫养分的累积能力来保持其竞争力,而短叶茳芏则通过拓展地上空间及提高地上器官的硫养分累积能力来抗衡芦苇的空间扩展.

2016-2017年,以闽江口鳝鱼滩西北部互花米草(SA)入侵初期与短叶茳芏(CM)形成的典型交错带植物残体为研究对象,基于野外原位分解试验,通过设定无淤积强度(S0,0 cm/a)、当前淤积强度(S5,5 cm/a)和未来淤积增强(S10,10 cm/a)3种处理,模拟互花米草入侵初期导致的淤积作用对其自身以及短叶茳芏残体分解及硫养分释放的影响.结果 表明,随着互花米草入侵导致的淤积强度的增加,互花米草和短叶茳芏残体的分解速率均明显降低;与S0相比,二者在S5与S10处理下的分解速率分别降低49.09％(SA)、35.14％(CM)和56.36％(SA)、44.59％(CM).随着淤积强度的增加,互花米草和短叶茳芏残体分解过程中的TS含量整体均呈增加趋势,且其对短叶茳芏TS含量变化的影响较为明显;互花米草和短叶茳芏残体在分解过程中均表现为不同程度的硫释放,但随淤积强度的增加,二者硫释放量均呈降低趋势,且在相同淤积强度下,前者的硫释放量要高于后者.不同淤积强度下残体分解速率及硫养分释放强度的差异不仅与分解环境中的EC密切相关,且与残体残留率、初始基质质量(C/N和C/S)以及淤积导致养分条件改变而对分解过程中残体基质质量的影响有关.研究发现,随着淤积强度的增加,两种残体的分解速率及硫释放强度均降低;但在相同淤积强度下,短叶茳芏残体的分解速率和硫释放量均大于互花米草.

选择闽江口鳝鱼滩的芦苇湿地、短叶茳芏湿地以及二者交错带湿地为对象,研究了不同类型湿地土壤无机硫赋存形态的分布特征及其主要影响因素.结果 表明,芦苇与短叶茳芏在空间扩展过程中形成的交错带湿地土壤的水溶性硫(H2O-S)、吸附性硫(Adsorbed-S)和盐酸可溶性硫(HCl-Soluble-S)含量在0-40 cm土层上整体要高于芦苇湿地和短叶茳芏湿地,而盐酸挥发性硫(HCl-Volatile-S)含量则与之相反.在垂直方向上,不同类型湿地土壤的H2O-S、Adsorbed-S和HCl-Soluble-S含量整体均自表层向下呈先降低而后增加的变化,而盐酸挥发性硫(HCl-Volatile-S)含量则与之相反.3种类型湿地土壤中不同形态无机硫平均含量整体均表现为HCl-Soluble-S＞H2O-S＞Adsorbed-S＞HCl-Volatile-S,且其总无机硫(TIS)平均含量分别占全硫(TS)含量的22.29％-39.99％(芦苇湿地)、32.39％-33.33％(交错带湿地)和30.20％-30.86％(短叶茳芏湿地).与芦苇湿地和短叶茳芏湿地相比,交错带湿地土壤的H2O-S、Adsorbed-S、HCl-Soluble-S和TIS平均含量整体均呈增加趋势,增幅分别为36.94％和54.31％、34.84％和13.03％、73.25％和67.59％以及45.72％和45.28％;与之不同,HCl-Volatile-S平均含量则呈降低趋势,降幅分别为2.78％和22.24％.不同类型湿地土壤中H2O-S、Adsorbed-S和TIS含量的变化主要受有机质含量和细颗粒组成的控制,而HCl-Soluble-S和HCl-Volatile-S含量主要受土壤氧化还原环境和金属元素分布的影响.研究发现,芦苇与短叶茳芏的空间扩展明显增加了交错带湿地土壤的H2O-S、Adsorbed-S、HCl-Soluble-S和TIS含量,但降低了HCl-Volatile-S含量,说明二者的空间扩展在整体提高交错带湿地土壤有效硫供给能力的同时,亦降低了挥发性硫化物可能对二者生长产生的不利影响,这对于保持二者在交错带湿地中的竞争力具有重要生态意义.