泉州灣濱海濕地機械治理互花米草對土壤理化性質的影響

摘" 要：為進一步了解入侵物種互花米草的治理對濱海濕地土壤理化性質的影響，該研究選擇在泉州灣濱海濕地互花米草集中連片區進行機械治理，于2022年6月、9月、12月和2023年3月、6月在互花米草治理區采集0～60 cm土壤樣品，以治理區附近光灘為對照樣地，通過分析機械治理技術下互花米草治理區土壤的理化性質，揭示機械治理互花米草對土壤理化性質的影響。研究結果為機械治理方式下在土壤0～60 cm土層有機質、全氮、全磷含量均顯著增加（Plt;0.05）;光灘有機質、全氮和全磷含量均無顯著變化（Pgt;0.05）;鹽度短時間有顯著差異（Plt;0.05），后又回歸治理前水平;pH在治理前后均無顯著差異（Pgt;0.05）。研究結果對濱海濕地外來入侵物種互花米草的治理提供科學依據，對濱海濕地生態修復和保護具有重要意義。

關鍵詞：入侵物種;互花米草;機械治理;土壤;理化性質

中圖分類號：X173" " " 文獻標志碼：A" " " " "文章編號：2096-9902（2025）02-0021-05

Abstract： To further understand the impact of managing the invasive species Spartina alterniflora （S. alterniflora） on the physicochemical properties of coastal wetland soil， this study selected a concentrated area of S. alterniflora in the coastal wetland of Quanzhou Bay for mechanical management. Soil samples from the 0～60 cm layer were collected in June， September， and December 2022， as well as March and June 2023， from the S. alterniflora management area. The nearby bare tidal flat was used as a control site. By analyzing the physicochemical properties of the soil in the S. alterniflora management area under mechanical management techniques， the study aimed to reveal the impact of mechanical management of S. alterniflora on soil physicochemical properties. The research results are as follows： Under mechanical management， the content of organic matter， total nitrogen， and total phosphorus in the 0～60 cm soil layer increased significantly （Plt;0.05）; there were no significant changes in the content of organic matter， total nitrogen， and total phosphorus in the bare tidal flat （Pgt;0.05）; salinity showed significant differences for a short period （Plt;0.05） and then returned to pre-management levels; there were no significant differences in pH before and after management （Pgt;0.05）. The research results provide a scientific basis for the management of the invasive species S. alterniflora in coastal wetlands and are significant for the ecological restoration and protection of coastal wetlands.

Keywords： invasive species; Spartina alterniflora; mechanical treatment; soil; physical and chemical properties

互花米草最初作為促進灘涂的淤積和穩固海岸線的生態工程被引入中國沿海地區，因其超強的適應能力與強大的繁殖力，加之在新環境中沒有天敵，在引種地迅速擴散蔓延，對濱海濕地原生生態系統構成嚴重威脅，與濱海濕地鄉土植物爭奪生存空間與資源，逐漸在競爭中占據優勢，導致鄉土植物群落被邊緣化乃至替代。這一過程不僅削弱了生態系統的物種多樣性，還嚴重影響了原生生態系統的整體結構與功能，帶來了一系列不利的變化與影響，降低了原生生態系統的生物多樣性，被認定為外來入侵物種[1-2]。濱海濕地是陸水相互作用形成的自然生態系統，有著豐富的生物資源和極高的生態價值[3]，互花米草入侵對濱海濕地生態系統結構和功能產生了一系列影響，包括對地形地貌、潮汐水文過程、根際微生物、動植物及其生境，以及碳、氮、磷等元素循環過程的影響[4-7]，為了保護濱海濕地生態系統，需對互花米草進行治理，然而在互花米草的治理實施過程中不可避免地會對濕地土壤周邊的生態環境產生一系列影響，這些影響不僅是評估治理成效的關鍵指標，也關系到治理技術的科學性。

互花米草的治理技術方法包括物理、化學、生物和綜合等方法[8-12]，其中效果較好的是利用鄉土紅樹植物防控互花米草的生物——物理治理方法[13]，該方法主要通過人工刈割、翻耕、鄉土紅樹植物種植等步驟防治互花米草，趙秋毅[14]和段博文[15]已對該方法治理互花米草的生態效應進行深入研究。隨著海上機械的發展，為提高治理互花米草的效率，近期大多采用海上鉤機替代人工進行治理互花米草，但缺乏相應的治理后生態評估的研究。本文選取泉州灣互花米草未入侵的光灘濕地和互花米草機械治理區濕地作為研究樣地，通過對互花米草治理過程中土壤理化性質進行監測，分析機械治理互花米草過程中濱海濕地土壤理化性質的變化規律，評估機械治理方法對濱海濕地土壤的影響，研究結果對濱海濕地外來入侵物種互花米草的治理提供科學依據，對濱海濕地生態修復和保護具有重要意義。

1" 材料與方法

1.1" 試驗設計

試驗樣地位于泉州灣濱海濕地石獅市水頭村（24°47′25.51″N，118°39′28.55″E），互花米草在灘涂上為集中連片分布類型，2022年6月確定機械治理互花米草區域并采集原始土壤樣，2022年7月開始進行機械治理互花米草，采用海上鉤機深挖深翻技術，破壞其根系，對互花米草粗莖、根系進行填埋。不僅地上部分被割除，而且切斷了地上部分向根系的營養輸送，同時表層掃平，利用灘泥黏性形成一層隔層，有利于根部秸稈發熱發酵，大量根系逐漸死亡分解，從而達到機械治理最佳效果。

1.2" 樣品采集

在互花米草治理區近海岸濕地選擇適宜的地塊進行土壤樣采集，并在治理區附近的近海岸濕地光灘選擇適宜的地塊進行土壤樣品采集，采樣區設置3個1 m×1 m的方塊，每組土壤樣的采集分為3層，即為離土面深度0～20 cm、20～40 cm以及20～60 cm。將土壤樣品放入自封袋內帶回實驗室，去除肉眼可見的動植物殘體、石塊等雜質，在陰涼條件下自然風干，避免陽光直射，風干后研磨，過100目篩儲存備用。土壤樣品在互花米草進行治理前采樣1次，即2022年6月28日，治理工作完成后采樣4次，每季度采樣1次，即2022年9月26日、2022年12月28日、2023年3月25日和2023年6月26日。

1.3" 測定指標及方法

測定指標主要包括土壤鹽度、pH、總有機質、全氮和全磷等。土壤鹽度和pH的測定分別采用DSM-5鹽度計和FE-20 pH計測量，土壤總有機質、全氮、全磷含量的測定分別采用馬弗爐灼燒法[16]、自動定氮儀法[17]、堿熔-鉬銻抗分光光度法[18]。

1.4" 數據處理

數據的平均值和標準偏差通過3個重復樣品計算。采用Microsoft Excel 2016軟件進行初步數據處理，實驗結果采用 SPSS 26.0軟件進行單因素方差分析，采用Origin 2024繪制數據圖。

2" 結果與分析

2.1" 互花米草治理土壤全量養分含量的變化

互花米草治理區與光灘對照區土壤有機質含量如圖1（a）所示，治理前互花米草治理區土壤有機質含量為15.34～24.15 g/kg，6個月后治理區土壤有機質含量有所上升，為25.69～33.52 g/kg，40～60 cm土層與光灘存在顯著差異（Plt;0.05）;治理一年后，治理區土壤有機質含量為25.47～34.19 g/kg，顯著高于光灘12.36～19.55 g/kg（Plt;0.05）;光灘與治理區土壤有機質含量均存在顯著差異（Plt;0.05）。各樣點20～60 cm有機質含量均無顯著差異（Pgt;0.05）。互花米草治理區與光灘對照區土壤全氮含量如圖1（b）所示，治理前互花米草治理區土壤全氮含量為0.76～1.12 g/kg，3個月后治理區土壤全氮含量有所上升，為1.05～1.45 g/kg，0～60 cm土層與光灘存在顯著差異（Plt;0.05），治理一年后，治理區土壤全氮含量為0.87～1.29 g/kg，高于光灘0.52～1.12 g/kg（Plt;0.05）;20～60 cm各土層之間不存在顯著差異（Pgt;0.05）。互花米草治理區與光灘對照區土壤全磷含量如圖1（c）所示，治理前互花米草治理區土壤全磷含量為0.56～0.78 g/kg，3個月后治理區土壤全磷含量有所上升，為0.86～1.35 g/kg，0～60 cm土層與光灘存在顯著差異（Plt;0.05），治理一年后，治理區土壤全磷含量為0.67～1.18 g/kg，僅在40～60 cm土層存在顯著差異（Pgt;0.05）;20～60 cm土層的土壤與光灘不存在顯著差異（Pgt;0.05）。

2.2" 互花米草治理土壤鹽度和pH的變化

互花米草治理區與光灘對照區土壤鹽度如圖2（a）所示，土壤鹽分含量在互花米草進行治理3個月后有上升，與光灘存在顯著差異（Plt;0.05），0～60 cm各土層間不存在顯著性差異（Pgt;0.05），治理一年后土壤鹽分含量與光灘不存在顯著差異（Pgt;0.05）。治理3個月后治理區土壤鹽度高于光灘，與光灘存在顯著差異（Plt;0.05），治理6個月后，治理區土壤鹽度有所下降，與光灘存在顯著差異（Plt;0.05），治理一年后治理區土壤鹽度與光灘不存在顯著差異（Pgt;0.05）;互花米草治理區與光灘對照區土壤pH如圖2（b）所示，互花米草治理區與光灘對照區土壤pH在治理前后基本保持不變且無顯著性差異（Pgt;0.05），0～60 cm各土層之間也不存在顯著性差異（Pgt;0.05）。

3" 討論

3.1" 互花米草治理對土壤有機質的影響

土壤有機質含量影響著濱海濕地營養物質的生物地球化學循環過程[19]，反映著濱海濕地環境質量和健康狀況的重要指標[20]。治理區土壤有機質含量在機械治理后增加，這是由于互花米草機械治理后地下部分死亡分解，由于其輸入物質的分解速率和周轉速率較低，治理區表層土壤的有機質含量會明顯增加，并隨著時間而不斷累積[21-23]。由于土壤的物理結構疏松透氣，增加了土壤有機質的返還量，翻耕的同時一般來說互花米草殘體和未分解的新鮮植物殘渣是土壤中有機質的主要來源[24]，它們作為輸入物被微生物分解并部分轉化為土壤中的有機質。隨后有機質含量又下降，這是由于互花米草治理區翻耕導致帶入了大量的互花米草莖葉殘體進入土壤，并且翻耕處理在一定時間內增加了土壤的通氣性能，加強了土壤的呼吸強度，可促進有機碳的分解，且缺少外源有機物的輸入，造成了有機質含量逐漸減少。

3.2" 互花米草治理對土壤全氮的影響

土壤的氮含量水平主要受地表覆被狀況、人為干擾等多重因素的影響。濕地土壤中氮元素的輸入主要有4個途徑：第一是大氣中的氮沉降現象;第二是生物固氮作用，包括根瘤菌和藍藻等微生物的參與;第三是人類活動，特別是化肥的施用和污水的排放直接或間接地輸入;第四是地表徑流所攜帶的氮元素。氮元素在濕地生態系統中扮演著重要的角色，其含量已成為評估生態系統生產潛力和健康狀態的關鍵因素，在濕地復雜的物質循環與能量流動網絡中，氮元素有著極高的活躍性，在土壤物質循環過程中涉及物理、化學等多重復雜過程。本研究中在治理后不同層土壤全氮含量較之治理前有所提升，反映了機械治理互花米草盡管短期內能夠有效提升治理區土壤的全氮含量，然而隨著時間的推移在治理區的土壤尤其是上層土壤的全氮含量卻會出現一定程度的下降趨勢。在治理前互花米草治理區土壤全氮含量高于光灘對照區，在治理9個月后，全氮含量有下降趨勢，這可能是由于缺少植物分解可輸入的外源有機氮造成的，土壤中互花米草的殘體可以刺激細菌通過氮的利用、保留和固定來增加氮儲存能力。大量的互花米草殘體被遺留并掩埋在土壤表層，這些殘體并未被潮汐作用帶走，隨后在土壤微生物的活躍作用下互花米草殘體逐漸分解，進而釋放出豐富的氮元素至土壤中，從而顯著提升了土壤表層的氮含量。研究結果揭示實施機械治理互花米草一年后，土壤表層的氮素含量實現了較為明顯的提升，而土壤深層的氮含量則呈現出輕微的增長趨勢。

3.3" 互花米草治理對土壤全磷的影響

土壤內的營養元素受到植物根系吸收活動以及地下根莖降解后礦化過程的雙重影響，進而調節了氮、磷等營養元素的分配。互花米草的機械治理會對土壤的理化性質帶來一定程度的改變與影響。土壤全磷含量與土壤全氮含量的變化趨勢相同，在翻耕后升高是由于互花米草地下部分死亡分解，土壤磷元素的返還量得到了提升。土壤中磷元素的主要形態是正磷酸鹽且多與有機質緊密結合[25]，這決定了土壤磷的垂直分布特性深受有機質垂直分布模式的影響。土壤全磷含量沿土壤剖面向下呈現逐漸降低的總體趨勢，盡管其間存在細微波動，但整體變化較為平穩。本研究結果表明，在治理前互花米草治理區土壤全磷含量與光灘土壤全磷含量差異不大，而在治理后土壤全磷含量增加，光灘土壤全磷含量變化不大，治理結果表明20～60 cm土層土壤影響較小，互花米草的機械治理可能引發了土壤表層的擾動，進而影響了表層磷元素的分布狀態。

3.4" 互花米草治理對土壤鹽度的影響

初期觀測到土壤鹽度有所上升，但隨后又恢復至治理前的水平，這一現象可能歸因于機械翻耕過程中，在治理區域內遺留了大量互花米草的殘體，基于欽佩等[26]的研究成果，互花米草濕地生態系統中，主要離子的濃度分布遵循植物體內高于土壤，土壤又高于海水的規律，因此，當大量互花米草殘體留存在土壤中并經歷分解過程時會釋放出豐富的離子鹽，這可能是機械翻耕初期土壤鹽度上升的一個原因。此外，機械治理還可能加速土壤水分的蒸發，進一步影響了土壤鹽度的變化，從而增加了土壤中的含鹽量[27]。但6個月后，互花米草大量殘體所帶來的鹽度上升效應逐漸減弱，這一過程的最終結果是土壤鹽度的下降，這表明土壤系統具有一定的自我調節能力，能夠逐步恢復到較為穩定的鹽度狀態。機械治理對土壤不同土層鹽度的影響不一樣，在40～60 cm下層土壤的鹽度是最高的，其次是20～40 cm中層，最后是0～20 cm上層，治理區與光灘土壤規律一致，可以說明，機械治理對土壤下層40～60 cm土層的鹽度影響是最大的，其次是中層土壤，最后才是上層土壤。可能原因之一是互花米草殘體在淋溶作用下遷移分解大量鹽回歸土壤，導致40～60 cm層土壤鹽度最高。

3.5" 互花米草治理對土壤pH的影響

濱海濕地的土壤pH主要受到潮汐、有機質含量、硫化物含量等多重因素的影響[28]。本研究結果表明，機械治理互花米草集中連片區對治理區土壤pH沒有顯著影響，在治理區僅有輕微變化，原因可能與土壤微生物有關，在互花米草集中連片區土壤質地為黏土質，生物活動豐富，機械治理能夠顯著改善土壤透性，為微生物活動創造有利條件，從而加速互花米草殘體的分解過程，這一過程中產生的有機酸含量增多，進而導致了土壤pH的下降。然而在機械治理后缺乏持續的維護，土壤可能逐漸回歸自然狀態，微生物活動減弱，有機酸生成減少，最終促使土壤pH回升;光灘土壤pH在治理前后均無明顯變化。

4" 結論

在機械治理互花米草對土壤理化性質的研究中，分析了機械治理方式下互花米草集中連片分布區的土壤理化性質變化，在實施機械治理后，0～60 cm土層深度的土壤有機質、全氮及全磷含量均呈現出顯著的增加趨勢，表明該治理方式有效促進了土壤有機質的積累，對40～60 cm土層土壤有機質含量的影響最為顯著;光灘部分在治理前后其有機質、全氮及全磷的含量均未發生顯著變化，機械治理對光灘土壤理化性質不會產生影響;土壤鹽度在治理初期出現了顯著差異，但隨后鹽度又逐漸回歸到治理前的狀態，說明機械治理對土壤鹽度的影響并不持久;土壤的pH無論是在治理前還是治理后，均未觀察到顯著變化，表明機械治理方式對土壤pH的直接影響較小。

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基金項目：福建省高校產學合作項目（2021Y4013）

第一作者簡介：楊睿（1999-），男，碩士研究生。研究方向為漁業資源養護與利用。

*通信作者：李元躍（1968-），男，博士，教授。研究方向為海洋生態學。