本土和外來濕地植物土壤微生物生物量對水、鹽脅迫的響應

解麗娜, 李亞雷, 李詩華, 譚立山, 葛振鳴,2,*

本土和外來濕地植物土壤微生物生物量對水、鹽脅迫的響應

解麗娜1, 李亞雷1, 李詩華1, 譚立山1, 葛振鳴1,2,*

1. 華東師范大學河口海岸學國家重點實驗室崇明生態研究院, 上海 200241 2. 長江三角洲河口濕地生態系統觀測研究站, 上海 202162

研究對比了淹水和鹽度升高對長江口濱海濕地本土植物蘆葦()和入侵植物互花米草()土壤微生物生物量(生物量碳-MBC、生物量氮-MBN)及其占土壤有機碳(SOC)和總氮(TN)比例的影響。淹水條件下蘆葦土壤MBC、MBN、MBC/SOC和MBN/TN顯著降低(分別為26.0、46.7、16.5和42.2%)。而淹水條件下互花米草土壤微生物生物量指標變化均不顯著。隨鹽度升高, 蘆葦土壤除MBC/SOC外, MBC、MBN和MBN/TN均顯著降低(分別為26.4、36.2和30.2%), 而互花米草土壤微生物生物量指標降低程度相對較低。淹水+鹽度處理加劇了鹽度對兩種植物土壤微生物生物量指標的影響。然而, 互花米草土壤微生物與土壤營養因子對水、鹽變化的敏感性較低。因此, 在未來海平面上升條件下, 入侵種互花米草與本土種蘆葦相比土壤微生物群落更能適應淹水延長和鹽水入侵等環境變化, 而且互花米草入侵可能將進一步加劇。

微生物生物量碳; 微生物生物量氮; 濱海濕地; 水文脅迫; 入侵植物

0 前言

濱海濕地是生態服務功能最高的生態系統之一[1]。然而政府間氣候變化委員會(IPCC)第五次報告顯示, 由于氣候變化到2100年全球海平面上升的平均水平將達到440—740 mm[2]。海平面上升引起的潮汐洪水和海水入侵成為對濱海濕地生態系統的重要威脅[3,4]。

土壤微生物是對氣候、水文和土壤環境條件變化較為敏感的指標, 雖然土壤微生物僅占土壤有機質的一小部分, 但在凋落物分解、養分循環和能量流動中起著關鍵作用[5]。已有研究表明, 由于淹水條件下土壤供氧和養分有效性受限, 會影響微生物的生長代謝和養分運送等功能的發揮, 進而降低了土壤微生物生物量[6]。鹽度增加會通過改變土壤滲透勢對微生物產生脅迫[7]。此外, 水、鹽脅迫還通過影響植物生長的方式改變植物根際環境, 以此影響土壤微生物生物量[7-8]。

蘆葦()是我國海岸線最典型的原生鹽沼植被。然而在上世紀70-80年代互花米草()由北美被引入后, 對本土植被形成了競爭優勢并迅速擴散并成為我國海岸帶的“優勢種”, 顯著改變了入侵地的植物群落組成和結構[9]。當海岸帶氣候與環境條件發生變化, 外來植物可能會通過改變土壤微生物環境等途徑減少環境脅迫的限制, 維持其入侵進程[10]。在未來海平面上升條件下, 淹水延長和海水入侵等多種水文環境變化可能以更復雜的方式共同作用于濱海濕地的植物-土壤系統。目前, 國內外學者對淹水或鹽度單因素脅迫下土壤微生物的研究不斷深入[6-8, 11], 但對淹水和鹽度協同作用涉及較少[12], 尤其是對濱海濕地本土和入侵植被群落土壤微生物對水、鹽環境變化的響應差異研究有待開展。

本研究針對我國濱海鹽沼濕地典型的本土物種蘆葦和入侵種互花米草, 比較了兩種植被土壤微生物生物量及其在土壤養分中的比例對水、鹽條件的響應, 為了解生物入侵和未來海平面上升情景下濱海濕地土壤微生物變化和有機質轉化過程提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 實驗設計

本研究所使用的植物-土壤系統采集于長江口崇明東灘濕地(31°25′—31°38′ N, 121°50′—122°05′ E)。該區域屬東亞季風氣候, 年均氣溫為15.3 ℃, 年平均降雨量為1022 mm, 屬于非正規淺海半日潮灘, 多年最大潮差和年均潮差分別為4.62-5.95 m和1.96—3.08 m[13]。在互花米草引入前, 長江口濱海濕地植被主要以蘆葦()和海三棱藨草()等為主。互花米草快速擴張后目前其分布面積已占長江口濱海濕地植被總面積的40%[14], 極大地改變了區域植被分布格局。

2015年12月底(冬季)在崇明東灘濕地選擇了蘆葦和互花米草共生潮灘采集植物-土壤系統, 兩種植物采樣點土壤條件相似并位于同一潮位線, 植被長勢和密度較均一。去除冬季已枯萎的地上植物體后完整地挖取兩種植物的無性繁殖體(根系)和土壤。采樣過程中確保土壤和植物根系的完整性(尺寸為32 cm×24 cm×40 cm), 立刻移置于相同體積的聚乙烯培養箱內, 運至具有自然光照和溫度條件的通風透明塑料大棚內培養。

在植物-土壤系統采集后第一個月(2016年1月)通過多次淡水澆灌對土壤鹽度進行均一化處理。每個培養箱底部安裝帶閥門的軟管, 以便排水。淡水沖洗完成靜置一個月(2016年2月)作為恢復期。2016年3月上旬(春季)植物開始發芽時, 使用相同濃度的Hoagland營養液施肥一次, 隨后進行水、鹽實驗處理[15]。每種植物-土壤系統設置2個水位梯度, 不淹水設置為培養箱50%的水位(空白), 淹水處理設置水位保持淹沒土壤表層10—15 cm左右。每種植物-土壤系統設置4個NaCl鹽度梯度(0 ppt、5 ppt、15 ppt和30 ppt鹽度處理, 其中0 ppt為對照組)。通過單因子和雙因子交互處理, 兩種植物-土壤系統總共設置8個處理(2個淹水處理× 4個鹽度處理), 每個處理設置3個重復。培養箱內的水每兩周更新一次, 在非換水期間使用淡水維持水位和土壤表面濕潤。所有處理持續至植被生長末期(2016年10月)。

1.2 樣品采集與指標測定

于生長季末期(10月), 使用直徑5 cm的鋼制采土器采集不同水、鹽處理下的植株與土壤樣品(0—30 cm)各5管, 土壤樣品混合均勻后過0.6 mm篩, 以去除植物根系、石塊等雜物, 部分新鮮土壤保存于4 ℃冰箱中, 用于測定土壤微生物生物量。剩余樣品自然風干磨碎后過0.25 mm篩用以測定土壤理化指標。同時, 過篩的土壤樣品再次過0.15 mm網目篩, 收集植物地上部分和所有根系, 清洗干凈后在60℃下烘干至恒重, 稱重并記錄植物生物量。

采用氯仿熏蒸-硫酸鉀浸提法分析不同水、鹽處理下土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量差異, 方法見[16]。測定前將土樣適當風干, 以手感濕潤疏松但不結塊為宜(約為飽和持水量的40%), 在風干過程中適當混勻, 防止邊緣土壤風干微生物死亡。用蒸餾水調節土壤濕度至飽和持水量的40%。為消除采樣等行為對土壤微生物的影響進行預培養以消除干擾, 將調節好土壤含水量的土壤置于密閉的塑料箱(為保證其氣密性, 在箱口用保鮮膜加固密封)內培養7—15 d, 箱內放置兩杯200 mL的蒸餾水, 一杯200 ml 1 mol·L-1NaOH溶液吸收土壤呼吸產生的CO2, 在恒溫培養箱內25 ℃培養。隨后采用硫酸亞鐵滴定法測定MBC含量, 其熏蒸提取法轉換系數為0.38。采用茚三酮比色法測定MBN含量, 其熏蒸提取法轉換系數為0.45。

土壤基礎理化指標測定主要包括, 電導率(EC)、有機碳(SOC)、總氮(TN)、堿解氮(AN)、速效磷(AP)和氧化還原電位(ORP)6項指標。土壤化學因子指標測定均采用標準測定方法[17]: SOC和TN測定, 用10%稀鹽酸酸化24 h去除土樣中無機碳, 再用超純水(Gradient, Merck Millipore, 德國)多次沖洗去除殘酸后烘干, 稱取180—200 mg土樣, 錫紙包樣后用元素分析儀(Vario Macro, Elementar Analysensysteme GmbH, 德國)測定土壤SOC和TN含量; AN采用堿解擴散法測定; AP通過碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定; 土壤EC和ORP分別使用英國Delta-T WET土壤三參數速測儀和FJA-6型氧化還原電位去極化法自動測定儀原位測定。

1.3 數據處理

通過MBC、MBN測定進一步計算土壤微生物生物量碳氮比值(MBC/MBN)、土壤微生物生物量碳在有機碳中的比例(MBC/SOC), 以及土壤微生物生物量氮在總氮中的比例(MBN/TN)。采用獨立樣本T檢驗分析變量在淹水和未淹水處理(相同鹽度水平下)間的差異, 采用單因素方差分析(One-way ANOVA)檢驗變量在不同鹽度處理(相同水分處理下)間的差異顯著性。采用雙因素方差分析(Two-way ANOVA)和最小顯著性差異法(Least significant difference, LSD)多重比較檢驗淹水和鹽度對土壤微生物生物量及其在土壤養分中的比例的主效應和交互影響。實驗數據滿足正態分布檢驗(Kolmogorov- Smirnov test)和方差齊性檢驗(Levene’s test)。以上分析使用 SPSS 19.0 (SPSS, Inc, Chicago, IL, USA)完成。采用冗余分析(RDA, Redundancy analyses)檢驗環境變量與土壤微生物指標間的相關性, 分析軟件為Canoco 4.5 (Microcomputer Power, Ithaca, NY, USA)。

2 結果

2.1 植物生長與土壤因子變化

在相同鹽度下, 淹水處理顯著(< 0.05)降低了蘆葦的地上生物量(6.7%)與地下生物量(13.0%), 互花米草生物量分別降低了2.4%和11.2%(圖1)。不考慮淹水處理, 蘆葦地上生物量和地下生物量在5、15、30 ppt鹽度處理下相比對照組(0 ppt)分別降低了38.0%—93.2%和13.3%—37.2%(< 0.05), 而互花米草降低程度相對較低, 分別為10.4%—25.4%和9.4%—27.4%。淹水及鹽度處理下兩種植物的土壤因子變化見表1。

2.2 土壤微生物生物量對水、鹽環境變化的響應

不考慮鹽度梯度, 淹水處理顯著(< 0.05)降低了蘆葦土壤MBC、MBN含量, 平均為26.0%和46.7%, 而互花米草土壤僅平均降低了7.8%和7.4%(圖2a 和2d)。在同一水位下, 5、15、30 ppt鹽度處理相比對照組降低了蘆葦土壤MBC和MBN含量, 分別為3.4%—49.2%和16.0%—56.4%。互花米草土壤MBC、MBN含量隨鹽度變化下降程度相對較低, 分別降低了0.9%—36.5%和5.7%—42.0%。相比于未淹水+0 ppt處理, 互花米草土壤MBC、MBN含量在淹水處理+鹽度升高處理下的降低程度(11.6%—37.3%、11.3%—46.3%)低于蘆葦土壤(31.2%—66.7%、53.4%—79.4%)。兩種植物土壤MBC、MBN含量最低值均出現在淹水+高鹽度(30 ppt)處理下。方差分析結果顯示, 淹水和鹽度處理均對蘆葦土壤MBC、MBN含量影響顯著(< 0.05, 表2), 互花米草土壤MBC、MBN含量僅受鹽度變化顯著影響(< 0.05)。淹水鹽度交互作用顯著(< 0.05)影響蘆葦土壤MBN含量, 但對兩種植物土壤MBC含量的影響不顯著。

注: 不同大寫字母表示變量在淹水與未淹水處理間(同一鹽度水平)差異性達到顯著性水平(P < 0.05); 不同小寫字母表示變量在不同鹽度水平下的差異性達到顯著性水平(P < 0.05)。

Figure 1 Changes in above-ground biomass and below-ground biomass of theandunder the waterlogging and salinity treatments

表1 淹水和鹽度升高條件下蘆葦、互花米草土壤參數的變化(Mean±SE)

注: 不同字母表示變量差異性達到顯著性水平(< 0.05)。

在同一鹽度下, 淹水處理顯著(< 0.05, 40.3%)增加了蘆葦土壤MBC/MBN(圖2e)。而互花米草土壤MBC/MBN幾乎不受淹水處理的影響(圖2f)。不考慮淹水處理, 5、15、30 ppt鹽度相對于對照組平均增加了蘆葦土壤MBC/MBN為11.2%、15.3%和16.6%, 而互花米草土壤分別提高了4.7%、13.7%和10.9%。兩種植物土壤MBC/MBN最高值均出現在淹水+高鹽度(30 ppt)處理下。方差分析結果顯示, 淹水處理僅對蘆葦土壤MBC/MBN產生顯著影響(< 0.05, 表2), 鹽度處理和淹水×鹽度交互處理對兩種植物土壤MBC/MBN的影響均不顯著。

注: 不同大寫字母表示變量在淹水與未淹水處理間(同一鹽度水平)差異性達到顯著性水平(P < 0.05); 不同小寫字母表示變量在不同鹽度水平下的差異性達到顯著性水平(P < 0.05)。

Figure 2 Changes in soil microbial biomass C (MBC), microbial biomass N (MBN) and MBC/MBN in theandsoils under the waterlogging and salinity treatments

2.3 微生物生物量占土壤養分比例對水、鹽環境變化的響應

不考慮鹽度, 淹水處理顯著(< 0.05)減少了蘆葦土壤MBC/SOC(平均16.5%), 而對互花米草土壤MBC/SOC影響相對較小(平均減少9.1%)(圖3a和2b)。在同一水文下, 隨著鹽度增加, 蘆葦和互花米草土壤MBC/SOC分別平均降低了10.3%和14.2%。相比于未淹水+0 ppt處理, 蘆葦土壤MBC/SOC在淹水+鹽度升高處理下降低了19.9%—36.7%, 而互花米草土壤MBC/SOC降低程度較低(13.6%—23.3%)。方差分析顯示, 淹水處理僅對蘆葦土壤MBC/SOC有顯著影響(< 0.05, 表2),鹽度處理和淹水×鹽度交互作用對兩種植被土壤MBC/SOC的影響均達到顯著性水平。

在同一鹽度下, 淹水處理顯著降低了蘆葦土壤MBN/TN(平均42.15%), 而對互花米草土壤MBN/ TN影響較小(平均減少9.8%)(圖3c和3d)。不考慮淹水處理, 5、15、30 ppt鹽度處理下蘆葦土壤MBN/ TN相對于與0 ppt分別降低了13.7%、28.5%和48.4%, 互花米草受影響相對較小, 分別降低了6.2%、24.1%、35.0%。相比于未淹水+0 ppt處理, 互花米草土壤MBN/TN在淹水+鹽度升高處理下的下降程度(11.8%—38.3%)顯著低于蘆葦土壤(48.1%—70.2%)。蘆葦和互花米草土壤MBN/TN最低值均出現在淹水+高鹽度(30 ppt)處理下。方差分析顯示, 淹水與鹽度對蘆葦和互花米草土壤MBN/TN均有顯著影響(< 0.05, 表2), 而淹水×鹽度僅對蘆葦土壤MBN/TN有顯著交互作用(< 0.05)。

2.4 微生物生物量與土壤因子的關系

RDA分析結果顯示土壤微生物生物量特征與環境變量間關系的累積解釋量為84.3%—98.5 %, 具有較好的代表性。根據圖4和圖5所示, 在未淹水和淹水兩種處理下, 土壤鹽度(EC)與蘆葦和互花米草土壤MBC、MBN、MBC/SOC、MBN/TN呈負相關, 與MBC/MBN呈正相關關系,但相關性相對較弱。蘆葦和互花米草土壤SOC、TN、C/N、AN、AP等養分指標、土壤氧化還原狀態以及地下生物量(Root)與MBC、MBN、MBC/SOC、MBN/TN正相關, 與MBC/MBN負相關或相關性較弱。蘆葦土壤微生物生物量特征在未淹水條件下主要受土壤SOC和植物根系生長影響, 淹水處理后土壤氮磷養分(TN、AP)和氧化還原狀態(ORP)對蘆葦土壤微生物生物量特征的影響增強。互花米草未淹水條件下土壤微生物生物量特征的變化主要由土壤氧化還原狀態和根系解釋, 淹水處理后植物根系對微生物生物量碳、氮及其占土壤養分比例的影響減弱。兩種植物根系與MBC/MBN的相關性在未淹水處理下較小, 淹水處理后二者相關性增大。蘆葦土壤養分和根系特征值箭頭長于互花米草箭頭, 表示蘆葦微生物生物量指標與與土壤養分和植物地下生物量的相關性較大。此外, RDA排序圖也反映出植物地下生物量與土壤養分指標呈正相關關系, 土壤EC和土壤養分指標與植物地下生物量呈負相關關系。

圖3 蘆葦與互花米草土壤MBC和MBN占土壤有機碳(SOC)與總氮(TN)比例對水、鹽處理的響應(Mean±SE)

Figure 3 Changes in MBC/SOC and MBN/TN in theandsoils under the waterlogging and salinity treatments

表2 水鹽因子對蘆葦與互花米草土壤微生物指標的主效應與交互作用分析

3 討論

3.1 淹水對土壤微生物生物量的影響

本研究發現淹水處理顯著降低了蘆葦土壤MBC、MBN含量。淹水條件下土壤微生物受到氧氣有效性的限制, 這可能減緩有機質的分解速率, 使土壤中微生物可利用養分減少[18]。此外, 低氧環境不利于植物生長, 植物根系生物量和分泌物減少, 進而減少了微生物可利用碳、氮源[7]。RDA分析結果說明土壤養分條件與植物地下生物量是抑制淹水環境中蘆葦微生物生物量的主要環境因子。與蘆葦相比, 互花米草土壤MBC、MBN沒有受到淹水處理的顯著影響。這是由于互花米草生長對淹水環境有較好的耐受性, 在淹水條件下仍能保持較高的地下生物量。在根系豐富的土壤中, 微生物可利用養分有效性高, 有利于微生物活性[7]。Tercero等[8]發現土壤養分降低以及較低的ORP會破壞土壤微生物正常的生理代謝, 導致土壤微生物生物量快速下降。雖然兩種植被土壤ORP在淹水處理后均下降, 但互花米草土壤較高的土壤養分水平緩解了缺氧環境對微生物的破壞。本研究結果顯示, 淹水顯著提高了蘆葦土壤MBC/MBN, 但對互花米草土壤MBC/ MBN沒有顯著影響。土壤MBC/MBN與微生物群落的結構和狀態有關[19], 也與養分元素的有效性有關[20]。淹水處理對兩種植被土壤MBC/MBN影響的差異性可能與土壤中微生物群落結構和狀態變化不同有關, 也有可能由于淹水后蘆葦土壤MBN較MBC下降幅度更大。

土壤MBC/SOC和MBN/TN比值越大意味著維持相同數量的微生物所需的能量越少, 從而表明土壤微生物生長需要更高質量的土壤有機質[21]。淹水處理下蘆葦土壤MBC/SOC、MBN/TN較互花米草土壤隨淹水降低程度更高。可以推斷出蘆葦土壤微生物對淹水的反應可能是將更多的有機養分引導到能量代謝中, 較少養分利用得以維持生物量。而淹水處理下互花米草土壤有機質含量仍較高, 因此MBC/SOC和MBN/TN受影響程度較低。

3.2 鹽度對土壤微生物生物量的影響

鹽度升高顯著降低了蘆葦與互花米草土壤MBC、MBN含量。高鹽度會對土壤微生物產生滲透脅迫和離子脅迫, 減少微生物數量并抑制微生物活性, 進而對土壤中活性養分狀態和周轉產生不利影響[22]。此外, 蘆葦和互花米草土壤鹽度與SOC、TN、SOC/TN、AN、AP和植物地下生物量負相關。鹽度升高會導致植物生長(生物量)下降, 從而減少了土壤有機質的輸入, 微生物可利用的營養底物也隨之減少[23]。比較兩種植被土壤微生物生物量對鹽度升高的響應差異發現, 互花米草土壤MBC、MBN含量隨鹽度升高而減少的幅度明顯小于蘆葦。這說明互花米草土壤微生物對鹽分脅迫的耐受性要強于本土物種蘆葦。之前的研究發現, 互花米草相比于蘆葦在鹽分脅迫下表現出更強的種間競爭能力[15], 這主要是由于互花米草具有鹽腺, 可以通過泌鹽降低植物體內與植物根系周圍土壤的鹽濃度[24]。較高的植物生長特別是地下生物量能夠調節土壤環境來抵御環境壓力[7]。鹽度升高增加了蘆葦和互花米草土壤MBC/MBN, 但未達到顯著性水平。兩種植被土壤MBC/MBN隨鹽度的變化也可能與植物和土壤微生物對土壤可利用氮的競爭有關[25], 植物根系對氮素的吸收會抑制土壤微生物氮獲取, 進而影響MBN合成。

圖4 蘆葦和互花米草土壤微生物指標與土壤因子(包括根系生物量Root)相關性的RDA排序

Figure 4 Relationships between soil microbial characteristics and the soil variables from redundancy analysis (RDA) for theandsoils.

高鹽度影響下土壤微生物生物量占養分的比例(MBC/SOC、MBN/TN)變化與有機質形成和惰性有機質轉化為活性有機質的效率有關[23]。在高鹽度影響下, 蘆葦和互花米草土壤微生物生物量占土壤養分的比例顯著降低(除互花米草土壤MBN/TN)。這可能是由于在高鹽度下, 微生物生長受到限制, 導致微生物群落結構發生變化[26]。還有研究發現鹽分誘導的細菌優勢可能會抑制鹽漬土中復雜有機物的分解[27], 進而降低微生物生物量。土壤微生物生物量在土壤養分中的比例隨鹽度升高而降低也反映了兩種植被土壤有機質質量均有所降低。

3.3 水鹽交互作用對土壤微生物生物量的影響

在淹水+高鹽度處理下, 蘆葦和互花米草土壤MBC、MBN含量最低, MBC/MBN最高。而蘆葦和互花米草土壤微生物生物量占土壤養分的比例(除互花米草土壤MBN/TN)在高鹽度的淹水條件下顯著降低。鹽度升高破壞了土壤團聚體穩定性并增強黏粒的分散性, 原本固定在團聚體中的養分被釋放[28], 在淹水的作用下水溶性有機碳更容易溶解礦化[29], 因此淹水+高鹽度交互作用可能使土壤結構性能和有機質質量退化。在整個生長季過程中, 隨著水、鹽處理的時間延長, 土壤中的有效養分不斷減少, 并在淹水+高鹽度處理下下降到最低值。此外, 淹水+高鹽度共同脅迫下, 植物根系的生長和功能降低程度較單因子處理更高, 并影響根系細胞細胞膜的選擇透過性, 進而限制了養分向土壤的輸送[30], 抑制了土壤中的微生物生物量積累。與蘆葦土壤微生物生物量相比, 淹水+鹽度交互處理下的互花米草土壤微生物生物量及其占土壤養分比例下降程度明顯較低, 而且方差分析結果顯示僅MBC/SOC受到水鹽交互作用的顯著影響。這可能與互花米草對環境壓力的適應性較高有關(見上述討論), 而且其根系生長和土壤養分對淹水和鹽度升高的敏感性較低, 這對于在水、鹽協同壓力下維持土壤微生物生物量相對穩定起到重要作用。

4 結論

本研究通過水、鹽模擬實驗, 對比了本土植物蘆葦和入侵種互花米草土壤微生物生物量及其在土壤養分中比例對淹水與鹽度脅迫的響應差異。研究結果發現, 淹水處理下蘆葦土壤MBC、MBN、MBC/SOC和MBN/TN顯著降低, 而MBC/MBN增加。互花米草土壤微生物生物量指標(除MBN/TN)變化不顯著。隨鹽度增加, 蘆葦和互花米草土壤MBC、MBN和MBN/TN均顯著降低, 但互花米草土壤微生物生物量指標降低程度相對較低。淹水和鹽度交互作用下兩種植物土壤MBC、MBN、MBC/ SOC和MBN/TN(除互花米草土壤MBN/TN)均下降到最低值, 而MBC/MBN達到最高值。相對于蘆葦, 互花米草土壤微生物對水、鹽變化的敏感性較低, 這可能與互花米草對脅迫環境有更高的耐受性有關, 其地下生物量與土壤養分在淹水和鹽度處理下仍保持相對穩定。因此, 在未來海平面持續上升條件下, 入侵種互花米草與本土種蘆葦相比土壤微生物群落更能適應淹水延長和鹽水入侵等環境變化, 而且互花米草入侵可能將進一步加劇。

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Responses of soil microbial biomass in the soils of native and exotic wetland plants to waterlogging and salinity

XIE Lina1, LI Yalei1, LI Shihua1, TAN Lishan1, GE Zhenming1,2,*

1. State Key Laboratory of Estuarine and Coastal Research, Institute of Eco-Chongming, East China Normal University, Shanghai 200241, China 2. Yangtze Delta Estuarine Wetland Ecosystem Observation and Research Station, Shanghai, 202162, China

In the soils of nativeand exotic(sampled from the coastal wetland in the Yangtze Estuary), the changes in microbial biomass carbon (MBC), microbial biomass nitrogen (MBN), MBC/MBN ratio and their proportion in soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (TN) were investigated under waterlogging and increased salinity treatments. The results showed that the MBC, MBN, MBC/SOC, MBN/TN insoils under waterlogging treatment decreased significantly, by on average 26.0, 46.7, 16.5 and 42.2%, respectively, compared to non-waterlogging treatment. However, insoil, the indices of soil microbial biomass (expect for MBN/TN) did not exhibit notable changes under waterlogging treatment. With increasing salinity, MBC, MBN and MBN/TN significantly decreased in, by on average 26.4, 36.2 and 30.2%, respectively. Relative to, the decrease degree of the soil microbial indices mentioned above insoil was lower. There was no significant effect of salinity on MBC/MBN in soils of both two species. Under the combined waterlogging and increased salinity, the valley-values of MBC, MBN, MBC/SOC, and MBN/TN occurred, and the peak-values of MBC/MBN occurred in bothandsoils. Relative tosoil, the sensitivity of soil microbial biomass and nutrients insoil to waterlogging and increased salinity was lower. The probable reason was that the growth (root biomass) ofshowed a high tolerance to flooding and salinity stress, and the soil nutrient kept a relatively stable level. Compared to the native, the invadedin the coastal wetlands may stabilize the associated soil microbial characteristics under conditions of rising sea level and simultaneous saltwater intrusion, and the invasion ofmay be exacerbated.

soil microbial biomass carbon; soil microbial biomass nitrogen; coastal wetland; hydrological stresses; invasive plant

10.14108/j.cnki.1008-8873.2020.06.023

S157.2

A

1008-8873(2020)06-181-10

2019-12-03;

2019-12-28基金項目:國家自然科學基金(41871088, 41571083); 國家重點研發計劃(2017YFC0506001, 2016YFE0133700); 上海市科委重大項目(19DZ2210200)

解麗娜, 女, 博士研究生, 研究方向為濕地生態學

葛振鳴, 男, 研究員, 博士生導師, 研究方向為濕地生態學, E-mail: zmge@sklec.ecnu.edu.cn

解麗娜, 李亞雷, 李詩華, 等. 本土和外來濕地植物土壤微生物生物量對水、鹽脅迫的響應[J]. 生態科學, 2020, 39(6): 181–190.

XIE Lina, LI Yalei, LI Shihua, et al. Responses of soil microbial biomass in the soils of native and exotic wetland plants to waterlogging and salinity[J]. Ecological Science, 2020, 39(6): 181–190.