互花米草入侵对湿地土壤有机碳含量及分子结构特征的影响研究

互花米草入侵对湿地土壤有机碳含量及分子结构特征的影响研究

黄河三角洲是我国最具有生产力和固碳潜力的生态系统之一,在区域碳循环过程发挥“碳汇”功能,该功能与地表植被格局演变密切相关。自1990年互花米草被引入黄河三角洲后,其从东北方向西南方向迅速扩展,成为黄河三角洲主要的植被类型之一。目前,国内外关于互花米草入侵对湿地土壤的研究多集中于理化性质、微生物群落结构和有机碳含量对比等方面,较少关注互花米草入侵导致土壤碳库在分子水平上赋存特征的变化,未能有效联系微观分子尺度有机碳官能团变化与宏观尺度上碳周转过程。基于此,本研究以黄河三角洲光滩、土著植被(芦苇、碱蓬、柽柳)与不同入侵年限互花米草湿地为研究对象,基于野外面上调查及实验室分析,运用磷脂脂肪酸(PLFAs)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及热裂解-气相色谱质谱联用(Py-GC/MS)技术,对比分析黄河三角洲湿地土著群落与互花米草群落下土壤理化性质与微生物群落结构的差异,探究互花米草入侵对土壤有机碳含量的影响,解析互花米草入侵及定殖年限对土壤有机碳库有机官能团与分子结构特征的影响,阐明影响湿地土壤有机碳变化的主要驱动因素,评估互花米草对稳定性的影响。研究结果表明:PLFAs分析表明,互花米草入侵显不仅著增加了黄河三角洲湿地土壤微生物生物量,同时也改变了湿地土壤微生物的群落结构。入侵初期,互花米草总PLFAs、革兰氏阴性菌(G-)、革兰氏阳性菌(G+)、细菌(B)和真菌(F)丰度显著低于芦苇湿地、高于其他类型湿地,且均与互花米草入侵年限呈显著正相关,入侵20年后丰度显著高于光滩和所有土著植被湿地。互花米草入侵显著增加了黄河三角洲湿地总土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)和易氧化态有机碳(EOC)含量,增加了 SOC密度和土壤碳库储量。短期内互花米草入侵并未导致黄河三角洲光滩和土著植被群落下土壤有机碳含量显著变化,随着入侵年限的增加,土壤有机碳含量显著增加,入侵7年后互花米草湿地土壤有机碳含量高于光滩和所有土著植被湿地。相关性分析表明,SOC、EOC和DOC含量均与互花米草入侵年限呈显著正相关。FTIR分析表明,互花米草入侵并未显著改变黄河三角洲湿地SOC与DOC主要官能团种类,但改变了土壤SOC与DOC官能团的丰度。DOC红外最大吸收峰位于3395cm-1和1140cm-1,均属于碳水化合物;SOC红外最大吸收峰位于1680cm-1和1285cm-1,均属于芳香族化合物。Py-GC/MS分析表明,互花米草入侵显著提高了黄河三角洲湿地SOC脂肪族、多糖类及含硫化合物所占比,显著降低了 SOC芳香族化合物所占比,显著提高了黄河三角洲湿地土壤DOC多糖类及含硫化合物所占比,显著降低了烷基类化合物所占比。随着互花米草入侵年限的增加,其与光滩和土著植被土壤DOC和SOC有机化合物组成差异均显著增大。黄河三角洲光滩和土著植被湿地SOC惰性组分所占比由大到小依次为光滩、柽柳、碱蓬和芦苇。互花米草入侵后,显著增加了 SOC活性组分所占比,降低了 SOC惰性组分所占比,且SOC惰性组分所占比与互花米草入侵年限呈显著负相关。黄河三角洲湿地SOC活性组分所占比的主要影响因子是含盐量,SOC惰性组分所占比的主要影响因子是真菌生物量。互花米草入侵显著降低了黄河三角洲含盐量,增加了真菌生物量,导致黄河三角洲湿地土壤碳库的稳定性降低。

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