全 文 ：第３０卷第４期
２０１６年８月
水土保持学报
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｉｌ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ
Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．４
Ａｕｇ．，２０１６
　
　　收稿日期：２０１６－０３－１０
　　资助项目：国家科技基础性工作专项（２０１３ＦＹ１１１８００）；福建省基本科研专项重点项目（２０１４Ｒ１０３４－１）；国家自然科学基金项目（４１１７１１１９）；福
建省教育厅Ａ类项目（ＪＡ１４０８８）；福建省科技厅重点项目（２０１５Ｒ００９９）
　　第一作者：李家兵（１９７４—），男，安徽六安人，在读博士，主要从事环境科学和生物地球化学循环研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｊｉａｂｉｎｇ＠ｆｊｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
　　通信作者：仝川（１９６４—），男，河北定州人，博士，教授，博导，主要从事生态系统生物地球化学循环研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｏｎｇｃｈ＠ｆｊｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
闽江河口互花米草入侵过程对短叶茳芏湿地土壤氮矿化的影响
李家兵１，２，陈庆燎２，张丽烟３，仝 川１
（１．福建师范大学地理科学学院，湿润亚热带生态－地理过程教育部重点实验室，亚热带湿地研究中心，福州３５０００７；
２．福建师范大学环境科学与工程学院，福州３５０００７；３．福建闽江河口湿地国家级自然保护区管理处，福州３５０２００）
摘要：对闽江河口湿地互花米草入侵对土壤氮矿化影响进行时空变化研究，选择闽江口鳝鱼滩湿地互花米
草入侵斑块中央（Ａ）、互花米草入侵斑块边缘（Ｂ）及未被入侵的短叶茳芏沼泽群落（Ｃ）为研究对象，探讨互
花米草入侵过程对土壤氮矿化的影响，并对其进行原因分析。结果表明：互花米草入侵闽江河口短叶茳芏
湿地后，从时空两个方面均改变了原有湿地土壤氮的矿化水平，总体上互花米草入侵在一定程度上增强了
土壤的矿化作用。从季节上来看，春夏秋冬４个季节互花米草入侵斑块中央（Ａ）矿化速率变化范围分别为
（－２．５０～６．２５），（－５．０～８．５），（－０．３５～０．９），（－０．３７～０．２２）ｍｇ／（ｋｇ·ｄ）；互花米草入侵斑块边缘（Ｂ）分
别为（－３．３７～６．２５），（－７．５～５．５），（－０．１５～０．５５），（－０．２５～０．２１）ｍｇ／（ｋｇ·ｄ）；未被入侵的短叶茳芏沼
泽群落（Ｃ）分别为（－５．８～３．６），（－５．７～５．４），（－０．１２～０．５５），（－０．１３～０．０９）ｍｇ／（ｋｇ·ｄ）。互花米草入
侵对土壤氮矿化速率的影响随着季节变化表现出显著的规律，即入侵过程中３种不同土壤类型均表现为夏
季＞春季＞秋季＞冬季；相同季节３种样地同层土壤氮矿化速率总体表现为Ａ＞Ｂ＞Ｃ。从土壤分层来看，在
培养时期内各土层土壤氮矿化速率总体呈现出随着培养时间的增加而降低的趋势；在同一培养时期内，不同
土层土壤矿化速率总体呈现出随土层深度的增加而降低的现象。这主要是由于互花米草入侵对闽江口湿地
土壤温度、湿度、微生物活动、植物的生长周期以及生长特性等因子随时空变化的改变有关。
关键词：闽江河口；互花米草入侵；土壤氮矿化；时空分布．
中图分类号：　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１００９－２２４２（２０１６）０４－０２４２－０７
ＤＯＩ：１０．１３８７０／ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｔｂｃｘｂ．２０１６．０４．０４１
Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｓｐａｒｔｉｎａ　Ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａ　Ｉｎｖａｓｉｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｎ　Ｓｐａｔｉａｌ
ａｎｄ　Ｔｅｍｐｏｒａｌ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｏｉｌ　Ｎｉｔｒｏｇｅｎ　Ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ
ｉｎ　Ｃｙｐｅｒｕｓ　Ｍａｌａｃｃｅｎｓｉｓ　Ｗｅｔｌａｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｍｉｎ　Ｒｉｖｅｒ　Ｅｓｔｕａｒｙ
ＬＩ　Ｊｉａｂｉｎｇ１，２，ＣＨＥＮ　Ｑｉｎｇｌｉａｏ２，ＺＨＡＮＧ　Ｌｉｙａｎ３，ＴＯＮＧ　Ｃｈｕａｎ１
（１．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｈｕｍｉｄ　Ｓｕｂ－ｔｒｏｐｉｃａｌ　Ｅｃｏ－ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，
Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｒｅ　ｏｆ　Ｗｅｔｌａｎｄｓ　ｉｎ　Ｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ　Ｒｅｇｉｏｎ，Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｆｕｊｉａｎ
Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０００７；２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｆｕｊｉａｎ　Ｎｏｒｍａｌ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０００７；３．Ｆｕｊｉａｎ　Ｍｉｎ　Ｒｉｖｅｒ　Ｅｓｔｕａｒｙ　Ｗｅｔｌａｎｄ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｎａｔｕｒｅ　Ｒｅｓｅｒｖｅ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０２００）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　Ｓｐａｒｔｉｎａ　ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａｉｎｖａｓｉｏｎ　ｏｎ　ｔｅｍｐｏｒａｌ　ａｎｄ　ｓｐａｔｉａｌ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｍｉｎ　Ｒｉｖｅｒ　Ｅｓｔｕａｒｙ　Ｗｅｔｌａｎｄ，ｗｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｔｈｅ　ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　ｉｎｖａｓｉｖｅ　ｐａｔｃｈ　ｏｆ
Ｓｐａｒｔｉｎａ　ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａ　ｗｅｔｌａｎｄｓ（Ａ），Ｓｐａｒｔｉｎａ　ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａ　ｉｎｖａｓｉｖｅ　ｐａｔｃｈ　ｅｄｇｅ（Ｂ）ａｎｄ　Ｃｙｐｅｒｕｓ　ｍａｌａｃｃｅｎｓｉｓ
ｗｅｔｌａｎｄ　ｗｉｔｈｏｕｔ　Ｓｐａｒｔｉｎａ　ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａｉｎｖａｓｉｏｎ（Ｃ）ｉｎ　ｔｈｅ　Ｓｈａｎｙｕｔａｎ　ｗｅｔｌａｎｄ，ｓｔｕｄｉｅｄ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｓｐａｒｔｉｎａ
ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａｉｎｖａｓｉｏｎ　ｏｎ　ｓｏｉｌ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ
ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｉｎｖａｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｐａｒｔｉｎａ　ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａ　ｃａｕｓｅｄ　ｔｅｍｐｏｒａｌ　ａｎｄ　ｓｐａｔｉａｌ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｓｏｉｌ
ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｙｐｅｒｕｓ　ｍａｌａｃｃｅｎｓｉｓ　ｗｅｔｌａｎｄ　ｉｎ　Ｍｉｎ　Ｒｉｖｅｒ　Ｅｓｔｕａｒｙ．Ｇｅｎｅｒａｌｙ，ｔｈｅ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ
ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｗａｓ　ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　Ｓｐａｒｔｉｎａ　ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａｉｎｖａｓｉｏｎ．Ｆｒｏｍ　ｓｐｒｉｎｇ　ｔｏ　ｗｉｎｔｅｒ，ｔｈｅ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ
ｒａｔｅ　ｏｆ　Ｓｐａｒｔｉｎａ　ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａｉｎｖａｓｉｖｅ　ｐａｔｃｈ　ｃｅｎｔｅｒ（Ａ）ｗａｓ－２．５０ｔｏ　６．２５ｍｇ／（ｋｇ·ｄ），－５．０ｔｏ　８．５ｍｇ／
（ｋｇ·ｄ），－０．３５ｔｏ　０．９ｍｇ／（ｋｇ·ｄ）ａｎｄ－０．３７ｔｏ　０．２２ｍｇ／（ｋｇ·ｄ），ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄ　ｔｈａｔ　ｏｆ　Ｓｐａｒｔｉｎａ
ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａｉｎｖａｓｉｖｅ　ｐａｔｃｈ　ｅｄｇｅ（Ｂ）ｗａｓ－３．３７ｔｏ　６．２５ｍｇ／（ｋｇ·ｄ），－７．５ｔｏ　５．５ｍｇ／（ｋｇ·ｄ），－０．１５ｔｏ
０．５５ｍｇ／（ｋｇ·ｄ）ａｎｄ－０．２５ｔｏ　０．２１ｍｇ／（ｋｇ·ｄ），ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　Ｃｙｐｅｒｕｓ
ｍａｌａｃｃｅｎｓｉｓ　ｗｅｔｌａｎｄ　ｗｉｔｈｏｕｔ　Ｓｐａｒｔｉｎａ　ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａｉｎｖａｓｉｏｎ（Ｃ）ｗａｓ－５．８ｔｏ　３．６ｍｇ／（ｋｇ·ｄ），－５．７ｔｏ
５．４ｍｇ／（ｋｇ·ｄ），－０．１２ｔｏ　０．５５ｍｇ／（ｋｇ·ｄ）ａｎｄ－０．１３ｔｏ　０．０９ｍｇ／（ｋｇ·ｄ），ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｓｏｉｌ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ
ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ　ｂｙ　ｉｎｖａｓｉｏｎ　ｓｈｏｗｅｄ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ　ｗｉｔｈ　ｓｅａｓｏｎｓ，ｗｈｉｃｈ　ｌｉｓｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｏｒｄｅｒ　ｏｆ
ｓｕｍｍｅｒ＞ｓｐｒｉｎｇ＞ａｕｔｕｍｎ＞ｗｉｎｔｅｒ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｓｅａｓｏｎ，ｓｏｉｌ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｓｏｉｌ
ｌａｙｅｒ　ｉｎ　３ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｐｌｏｔｓ　ｌｉｓｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｏｒｄｅｒ　ｏｆ　Ａ＞Ｂ＞Ｃ．Ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｓｔｒａｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｓｏｉｌ
ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｇｅｎｅｒａｌｙ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｃｕｌｔｕｒｅ　ｔｉｍｅ．Ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｃｕｌｔｕｒｅ　ｐｅｒｉｏｄ，ｔｈｅ
ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｄｅｐｔｈ．Ｔｈｅｓｅ　ｗｅｒｅ　ｍａｉｎｌｙ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｏｒａｌ　ａｎｄ
ｓｐａｔｉａｌ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｕｍｉｄｉｔｙ，ｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ａｃｔｉｖｉｔｙ，ｐｌａｎｔ　ｇｒｏｗｔｈ　ｃｙｃｌｅ　ａｎｄ　ｇｒｏｗｔｈ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｉｎｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｉｎｖａｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｐａｒｔｉｎａ　ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａｉｎ　Ｍｉｎ　Ｒｉｖｅｒ　Ｅｓｔｕａｒｙ　ｗｅｔｌａｎｄ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｍｉｎ　Ｒｉｖｅｒ　Ｅｓｔｕａｒｙ；ｉｎｖａｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｐａｒｔｉｎａ　ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａ；ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ；ｔｅｍｐｏｒａｌ　ａｎｄ
ｓｐａｔｉａｌ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
　　氮素是生态系统植物初级生产过程和光合作用
中最受限制因素之一［１］，而相对于一个稳定的湿地生
态系统而言，其可被植物直接利用的氮素水平通常维
持在一定的水平上，且含量相对较低，因此它是湿地
的限制性养分。这种稳定的湿地系统氮素含量一般
较高，但通常难于满足植物的正常生长，这主要是因
为大部分的氮是以有机氮的形式存在，不能被植物直
接吸收利用［２－３］，必须通过氮的矿化将有机氮转化为
铵态氮和硝态氮。湿地氮的供给主要取决于矿化与
固持两个过程［４］，湿地土壤氮素的矿化过程是指土壤
有机氮在微生物及其生物分解作用下的氨化过程，即
有机氮分解后形成 ＮＨ＋４ —Ｎ，包括氨基化和铵化两
个阶段，所以氮的矿化是湿地氮循环与化学过程的重
要环节，因此研究湿地氮的地球化学循环具有重要意
义。在对湿地土壤的矿化研究方面，目前国内外已经
取得了一定的进展，且大部分的研究是基于湿地碳循
环和温室气体的研究［５］，大体停留于一个地块内入侵
种对于土著种土壤矿化速率的影响，而对一个地块内
选取不同植物研究其矿化的规律而后再进行横向对
比研究并不多见。相对森林草地土壤的矿化研究方
法相比，湿地土壤氮素矿化通常采用异位培养法，即
取土样实验室内培养，其他研究方法如原位培养，封
顶埋管法等使用相对较少［６］。闽江口湿地保护区在
植物地理上属亚热带与南亚热带植物区系的过渡带，
湿地上生长的维管束植物主要有短叶茳芏、秋茄、藨
草、芦苇和互花米草等［７］。本文采用实验室培养法对
互花米草入侵后对闽江口湿地土壤氮矿化进行研究，
系统分析了互花米草入侵过程中互花米草入侵斑块
中央（Ａ）、互花米草入侵斑块边缘（Ｂ）和短叶茳芏沼
泽群落（Ｃ）土壤在不同季节和不同土层土壤氮素矿
化水平，由于不同植被类型对于土壤中氮素的需求和
植物的生长周期不一样导致该地区的土壤矿化水平也
有差异［８］，因此通过横向的对比揭示该地区互花米草
入侵对土壤氮素地球化学循环的保持与平衡规律，同
时不同季节的采样研究能够体现在季节水平上入侵机
制存在的情况下对植物土壤氮矿化规律性即有效氮供
给与维持的差异特征，为该区湿地生态系统的保护和
维持其稳定提供一定的科学依据。
１　材料与方法
１．１　研究区概况
研究区位于福建省闽江河口区面积最大的天然湿
地—鳝鱼滩湿地（２６°００′３６″—２６°０３′４２″Ｎ，１１９°３４′１２″—
１１９°４１′４０″Ｅ），属于中亚热带与南亚热带的过渡区，气
候暖热湿润，年均温１９．３℃，年降水量１　３８０ｍｍ左
右。鳝鱼滩湿地为琅岐岛与长乐市潭头、文岭与梅花
之间的水道中，闽江水流从上游搬运来的泥沙在梅花
水道中淤积，形成河口浅滩，经过长期的演变在浅滩
上形成一条西北—东南走向，长约２１ｋｍ，宽约２０ｍ
的沙洲，一般潮汐情况下显露于水面。湿地土壤为滨
海盐土和沙土，植被主要为短叶茳芏、芦苇和互花米
草等维管束植被类型，生物多样性较为显著，已于
２００７年建立省级自然保护区。
为了 研 究 互 花 米 草 （Ｓｐａｒｔｉｎａ　ａｌｔｅｒｎｉｆｌｏｒａ
Ｌｏｉｓ．）入侵对土著种短叶茳芏（Ｃｙｐｅｒｕｓ　ｍａｌａｃｃｅｎｓｉｓ
Ｌａｍ．）湿地土壤矿化作用影响，试验分别于２０１４年
４，７，１０月和２０１５年１月分别代表春季、夏季、秋季和冬
季，在鳝鱼滩选择长期受到互花米草入侵的短叶茳芏
一定面积的典型区域，其中互花米草种群呈现完整的
干扰斑块状散布在该区域内（１１８°３４′—１１９°１４′Ｅ，
３１°２３′—３１°４８′Ｎ）。同时采样点的选择还要考虑潮
水淹没、光照、温度等不同条件对土壤矿化的影响，本
次采样点选择在各植物群落分布面积大、无人类活动
干扰、地貌类型典型、地势平坦和长期稳定的湿地地
段，取样点的设置为平行于水岸线的同一等高线上，
以保证取样地的植物生长处在同样的生境条件。采
样点次序根据入侵顺序分别为互花米草入侵斑块中
央（Ａ）、互花米草入侵斑块边缘（Ｂ）和短叶茳芏沼泽
群落（Ｃ），样地标记分别为Ａ、Ｂ、Ｃ。
１．２　样品采集
在闽江口湿地野外试验场短叶茳芏、互花米草、两
３４２第４期 　　　 　　李家兵等：闽江河口互花米草入侵过程对短叶茳芏湿地土壤氮矿化的影响
者交界处分别采集４个０—３０ｃｍ土壤柱状样品，每６
ｃｍ分为１层，共分５层，然后对４个柱状样品进行等
层次混合。分割后的土壤样品立即用自封带封口避光
保存。新鲜土样带回实验室挑出可见的动植物残体，
石头和其余杂物，自然风干后等分成２份：一份研磨过
１ｍｍ和０．１４９ｍｍ土壤筛，装袋备测；另一份土样过
２ｍｍ土壤筛，装袋置于４℃冰箱中保存备测。
１．３　室内培养与测试
称取过ｌ　ｍｍ 筛风干土样２０ｇ，每种土样称３
份，平铺于１００ｍｌ圆口瓶底部，加入２０ｍｌ蒸馏水，
使土层完全浸湿，然后用保鲜膜和皮筋将其密封，在
靠近袋口的地方用针扎一排通气小孔以创造好气环
境。将样品分别置于恒温箱内培养，培养箱的温度为
长乐市的常年平均温度，培养时间分别是０，７，１４，
２１，２８ｄ，分别在后期对培养瓶进行称重并补充失去
水分，使土壤水分保持初始的恒定状态。在第０，７，
１４，２１，２８ｄ进行取样，加入４０ｍｌ　２ｍｏｌ／Ｌ　ＫＣ１溶液
提取，振荡１ｈ，过滤，吸取滤液２～３ｍｌ用荷兰连续
流动分析仪（ＳＫＡＬＡＲＳＡＮ＋＋），测定 ＮＯ－３ —Ｎ 和
ＮＨ＋４ —Ｎ，３次重复。
１．４　数据处理
１．４．１　土壤氮矿化速率计算　土壤矿化速率通过培
养后和培养前土壤硝态氮和铵态氮含量的差值来计算，
净矿化速率为单位时间内无机氮含量变化（本文定义无
机氮为硝态氮和铵态氮之和），具体计算公式为：
Δｔ＝ｔｉ＋１－ｔｉ
Ａａｍｍ＝Ｃ ＮＨ４＋［ ］－Ｎ　ｉ＋１－Ｃ ＮＨ４＋［ ］－Ｎ　ｉ
Ａｎｉｔ＝Ｃ ＮＯ３－［ ］－Ｎ　ｉ＋１－Ｃ ＮＯ３－［ ］－Ｎ　ｉ
Ａｍｉｎ＝Ａａｍｍ＋Ａｎｉｔ
Ｒｍｉｎ＝Ａａｍｍ／Δｔ
式中：ｔｉ为培养起始时间；ｔｉ＋１为培养结束时间；Δｔ为
培养时间；Ｃ ＮＨ４＋［ ］－Ｎ　ｉ和Ｃ ＮＨ４＋［ ］－Ｎ　ｉ＋１分别为培养
前后土壤样品 ＮＨ＋４ —Ｎ浓度（ｍｇ／ｋｇ）；Ｃ ＮＯ３－［ ］－Ｎ　ｉ
和Ｃ ＮＯ３－［ ］－Ｎ　ｉ＋１分别为培养前后土壤样品 ＮＯ
－
３ —
Ｎ浓度（ｍｇ／ｋｇ）；Ａａｍｍ和Ａｎｉｔ分别为一定培养时间内
ＮＨ＋４ —Ｎ、ＮＯ－３ —Ｎ 和无机氮（ＮＨ＋４ —Ｎ＋ＮＯ－３ —
Ｎ）积累量；Ａｍｉｎ分别为一定培养时间内 ＮＨ＋４ —Ｎ、
ＮＯ－３ —Ｎ和无机氮（ＮＨ＋４ —Ｎ＋ＮＯ－３ —Ｎ）积累量；
Ｒｍｉｎ为净氮矿化速率［ｍｇ／（ｋｇ·ｄ）］，土壤氮矿化速
率的单位都换算为单位风干土重［ｍｇ／（ｋｇ·ｄ）］［９］。
１．４．２　统计方法　采用Ｅｘｃｅｌ分析软件对试验数据
进行前期的分析整理，对３种不同类型样地土壤培养
液中ＮＨ＋４ —Ｎ、ＮＯ－３ —Ｎ含量的进行分析整理，最后
用Ｏｒｉｇｉｎ　８．１对处理后的数据进行制图；利用ＳＰＳＳ软
件模拟分析培养时间和土壤深度与矿化速率的关系。
２　结果与分析
２．１　春季互花米草入侵过程土壤氮矿化速率时空变化
根据图１可知，互花米草入侵斑块中央（Ａ）、互花
米草入侵斑块边缘（Ｂ）和短叶茳芏沼泽群落（Ｃ）土壤的
矿化速率与培养时间和土壤深度呈现明显的变化特
征，即矿化速率均表现为同一土壤层深度的土壤矿化
速率随着培养时间的增长呈现下降的趋势，而对于同
一培养时间而言，随着土壤深度的下移土壤矿化速率
呈现递减的规律，且培养期至２１ｄ左右矿化速率开始
出现负值，这表明土壤矿化产生的无机氮在大部分时
期被微生物和土壤动物固持后仍有剩余有关。具体来
看，互花米草的表层土壤随着培养时间的增长矿化速
率变化的最为明显，从培养初期的７ｄ时的６．２５ｍｇ／
（ｋｇ·ｄ）到培养至２８ｄ的－２．５ｍｇ／（ｋｇ·ｄ），其余土
层均表现出较为稳定的状态，在２１ｄ培养期之后呈
现随着土壤深度的增长矿化速率随之增大，互花米草
入侵斑块中央（Ａ）土壤矿化速率总体表现为随着土
壤深度的增加矿化速率下降；互花米草入侵斑块边缘
（Ｂ）各个土层也表现为在特定的培养时期内土壤矿
化速率总体呈减小的趋势，也是土壤表层变化最为明
显，从７ｄ时的６．２５ｍｇ／（ｋｇ·ｄ）到２８ｄ的－３．７３
ｍｇ／（ｋｇ·ｄ），入侵斑块边缘（Ｂ）的土壤矿化速率在
１４ｄ培养期之后开始上升，这可能由于入侵机制的
存在使得不同物种间的竞争加强，对土壤中可利用资
源争夺影响了土壤氮的转化方式，在同一培养时间内
矿化速率也都是表现为随土壤深度的增加而减少；短
叶茳芏沼泽群落（Ｃ）土壤矿化速率表现为表层土壤
趋势变化较大从初期的３．６０ｍｇ／（ｋｇ·ｄ）到末期的
－５．８０ｍｇ／（ｋｇ·ｄ），而６—３０ｃｍ土层的速率差异
不大，这可能是由于短叶茳芏植物在季节上枯死的时
间较早导致对土壤的矿化速率有着相当大的影响。
对比图１Ａ、图１Ｂ和图１Ｃ，春季土壤从数值上看
矿化速率均处于较高的水平，这是因为闽江口春季有
适宜的水热条件，植物处于生长期为微生物提供足够
的新鲜有机质促进了土壤微生物活性极大提高，同时
植被的新陈代谢速率加快，凋落物的分解加快，根系分
泌物也增多［１０］。在同等条件下，互花米草的矿化速率
明显比短叶茳芏的高，而入侵边缘的土壤矿化速率表现
的比两者更高且变化幅度大，这表明互花米草入侵机制
的存在确实影响着土壤的矿化速率，入侵情况下在入侵
边缘区域内植物的生长相互影响且对营养物质的竞争
使得土壤矿化水平发生改变，在数值上看入侵情况下加
强了原土著种土壤的矿化。１４ｄ后空间上随着土壤深
度的增加矿化速率也增加，而前期却是相反的，这有可
能是因为表层枯落物的存在使得土壤矿化作用、生物固
４４２ 水土保持学报　　　 　　 第３０卷
持和硝化作用强弱表现的有差异［１１］，有研究认为，凋落
物的氮素含量与氮矿化速率呈显著相关关系［１２］。
注：Ａ－互花米草入侵斑块中央；Ｂ－互花米草入侵斑块边缘；Ｃ
－短叶茳芏沼泽群落。下同。
图１　春季互花米草入侵过程中培养时间和
土壤深度与矿化速率关系　 　
２．２　夏季互花米草入侵过程土壤氮矿化速率时空变化
根据图２可知，夏季３种样地类型的土壤矿化速
率呈现出较强的规律性，主要是由于夏季高温对植被
的生长和对氮转化有影响，加之夏季雨水较多导致湿
地积水土壤通气状况较差对矿化的影响。总体来看，
在同一土壤层上随着培养时间的进行矿化速率表现为
下降的趋势，到了一定的培养期后（大概２周后）出现
负值后又有上升的趋势，三者都是表层土壤变化最为
明显；在同一培养期间，在１４ｄ之前基本上随着土壤
深度的增加矿化速率表现为下降的趋势，除了互花米
草群落外其它在１４ｄ之后随着土壤深度的增加矿化
速率变大。具体来说，互花米草入侵斑块中央（Ａ）总
体呈现的是随着培养时间增加同一土层矿化速率随
之减小，在０—６ｃｍ土层，土壤矿化速率变化较大，从
７ｄ的８．５０ｍｇ／（ｋｇ·ｄ）到最后一次取样的－５．００
ｍｇ／（ｋｇ·ｄ），在前两周的培养时间内随着土壤深度
的增加矿化速率下降，大概两周之后则反之，同时在
两周之后矿化速率出现负值，此时土壤中的氨态氮和
硝态氮处在较低的水平；互花米草入侵斑块边缘（Ｂ）
土壤矿化速率则出现了波动的情况，０—６ｃｍ土层在
２１ｄ的时候达到最低值－７．５ｍｇ／（ｋｇ·ｄ），然后到
２８ｄ时又上升到一个较高的值２．６ｍｇ／（ｋｇ·ｄ），而
在６—３０ｃｍ土层则表现为在前两周的培养时间内矿
化速率先下降，此时的矿化速率为负值而后两周又上
升，但矿化速率始终处在较低的水平，对于同一培养
时间内各个土层的土壤矿化速率随着土壤深度增加
而下降，但是在２１ｄ的时候则出现了相反的态势；短
叶茳芏沼泽群落（Ｃ）土壤矿化速率除了０—１２ｃｍ表
现出先下降后趋于微微上升的状态，其余土壤层都随
着培养时间的增加呈现“波浪形”的变化，即一开始先
是下降到一个趋于零的值然后又上升而后又下降为
负值，在同一培养期内７ｄ和２８ｄ时表现为随着土壤
深度的增加矿化速率减少，而在１４，２１ｄ时总体为随
着深度增加矿化速率增加。
图２　夏季互花米草入侵过程中培养时间和
土壤深度与矿化速率关系　 　
５４２第４期 　　　 　　李家兵等：闽江河口互花米草入侵过程对短叶茳芏湿地土壤氮矿化的影响
对比图２可以发现，夏季土壤矿化在数值上达到
了很高的水平，在一定的时期内矿化速率出现了负值
表明了夏季氮的损失也很严重，夏季的温度和雨水对
土壤中的微生物繁殖与生存起着关键的作用，所以这
也间接的影响了土壤矿化速率，同时夏季的物质交换
较快导致矿化速率变化较为频繁［１３］。同等条件下互
花米草和入侵边缘矿化速率明显高于短叶茳芏，在图
中不难发现短叶茳芏矿化规律浮动很大，但是入侵边
缘呈现的规律明显较强于短叶茳芏群落土壤，这表明
互花米草的入侵对土壤的矿化产生影响，在不同土壤
深度所呈现的也是入侵边缘（Ｂ）和入侵斑块中央（Ａ）
有区别于短叶茳芏沼泽群落（Ｃ），即在空间分布上同
一土层的不同样地表现出差异性。
２．３　秋季互花米草入侵过程土壤氮矿化速率时空变化
由图３可得，秋季植物地下土壤的矿化速率处于
１．０ｍｇ／（ｋｇ·ｄ）以下很低的水平，有时出现负值，表
明此时土壤氮的转化很弱，铵态氮和硝态氮含量较
低，随着土壤矿化进行土壤氮的损失也较为严重，这
是由于秋季植物枯死对土壤的生物固持、土壤微生物
的活动等有着较大的影响，导致其矿化速率无论是在
培养时间上和土壤深度方向上出现差异性。具体而
言，互花米草入侵斑块中央（Ａ）土壤矿化速率在培养
期间呈现为先上升后下降的趋势，而且都在２１ｄ矿
化速率达到峰值然后到２８ｄ基本上各层都降到负
值，在垂直方向上表现出较强的规律性，即随着深度
增加出现递减规律；互花米草入侵斑块边缘（Ｂ）土壤
矿化规律和互花米草入侵斑块中央（Ａ）基本相似，而
且在时空上规律性强于互花米草入侵斑块中央（Ａ）
出现极小波动，数值上来看速率值也很接近互花米
草，这可能是由于短叶茳芏植物枯死的时期较早使得
这两者出现相似的规律；短叶茳芏沼泽群落（Ｃ）土壤
矿化规律较为复杂，在０—６ｃｍ表层土壤呈现持续上
升，而６—３０ｃｍ土层大体表现为波浪形变化，在培养
中期矿化速率基本达到峰值，在垂直方向上随着土壤
深度的增加矿化水平下降。
综合以上分析，３种植被类型土壤在秋季所表现
出来的矿化特征是源于季节性特点以及植物本身的
生长机制，秋季微量的雨水和植物的枯死导致土壤的
理化性质改变，生物固持和微生物活动减弱［１４］，同时
在同等条件下短叶茳芏的枯死期比互花米草提前，这
就导致了入侵边缘土壤性质有异于其他季节，即此时
由于短叶茳芏的枯死入侵边缘基本是互花米草覆盖，
这使得入侵边缘没有了竞争的机制存在而使矿化规
律接近于互花米草入侵斑块中央（Ａ）［１５］，可见入侵存
在的情况下确实影响了原土著种土壤的矿化机制，从
数值上可以看出互花米草群落和入侵边缘土壤的矿
化速率在同等条件下明显高于短叶茳芏，这就表明了
互花米草的入侵对原本土著种土壤氮矿化有着重要
的影响。
图３　秋季互花米草入侵过程中培养时间和
土壤深度与矿化速率关系　 　
２．４　冬季互花米草入侵过程土壤氮矿化速率时空变化
由图４可知，３种地带的植物冬季土壤矿化速率
基本上在０．３０ｍｇ／（ｋｇ·ｄ）以下，而且在培养期内大
都处于负值的情况。可见由于在该季节此时的植物都
已经枯死，土壤中氮的转化和流动都处于很低的状态，
生物固持和微生物活动减少而枯落物增加必然的影响
到土壤的矿化过程。总体来说，３种植物都在时空上
表现出规律性，即在培养时间上来看随时间变化矿化
速率呈“凸”型变化，各个土层的变化趋势较为一致；在
垂直方向上随着土壤深度的增加矿化速率随之减少且
在培养中期各个土层的矿化速率达到峰值约０．２０
ｍｇ／（ｋｇ·ｄ），由于冬季和秋季的植物生长状态相似，
这在一定程度上土壤矿化速率所表现出来也有相似
性。互花米草入侵斑块中央（Ａ）各个土层在各培养期
表现出一致的变化趋势，在前期略微上升然后再下降，
在垂直方向上前期并不是表层的土壤速率较大而是
６４２ 水土保持学报　　　 　　 第３０卷
６—１２ｃｍ较大，总体的趋势表现为随土壤深度的增加
速率随之下降；对比互花米草的变化规律发现互花米
草入侵斑块边缘（Ｂ）土壤矿化规律和它极为相似，均表
现出在培养中期达到较高的状态即先降后升，在垂直
方向上沿着土壤深度的增大矿化速率下降；从图４还
可看出，短叶茳芏沼泽群落（Ｃ）冬季的矿化速率处于
极低的水平约在０．１０ｍｇ／（ｋｇ·ｄ）以下，在时间上的
波动情况也复杂了许多，０—６，１２—１８，１８—２４ｃｍ土
层在１４ｄ培养期时达到峰值即先上升后下降，１２—
１８，２４—３０ｃｍ出现波浪形变化，在垂直方向上随着
土壤深度增加各土层的矿化速率呈下降趋势。
图４　冬季互花米草入侵过程中培养时间和
土壤深度与矿化速率关系　 　
综合图４可得，冬季３种土壤类型矿化均出现波
动，但是在模拟的试验培养条件下大致符合植物在野
外的生长规律。冬季低温和植物枯死以及枯落物的
分解使得不同土壤机制较为相似从而对矿化速率的
影响也较为同步［１６］，从数值上分析可以得出在同等
条件下互花米草入侵斑块中央（Ａ）矿化速率略微高
于短叶茳芏沼泽群落（Ｃ）土壤，互花米草入侵斑块边
缘（Ｂ）土壤矿化速率也略微比短叶茳芏沼泽群落（Ｃ）
土壤矿化速率高，对比分析可得，互花米草入侵确实
加强了土壤的矿化。
结合３种不同土壤类型做季节性分析，不同植物
类型土壤矿化速率均表现出明显的季节动态，在同等
条件下３种植物类型的土壤矿化速率最大值出现在夏
季，分析表明，在０—６ｃｍ土层，土壤净矿化速率３种
植被在春季、夏季、秋季和冬季存在显著性差异，在夏
季达到最大值，春季次之，秋季和冬季差异不大且数值
较小，可见互花米草的入侵对原土著种短叶茳芏土壤
矿化的影响表现为夏季＞春季＞秋季＞冬季。植被类
型不同对土壤质量和有机质数量的返还程度不同，土
壤内部环境差异较大，有机碳的分解转化程度各
异［１７－１８］，同时植物在不用季节的生长周期和生长季不
同以及植被土壤环境、根系分布、生物活动、人工扰动
等影响因子不同，不同类型土壤所呈现的氮矿化规律
也不同，春夏季植物进入生长期，植物此时的根系发达
土壤的物质交换达到最大的量，地下凋落物分解加快，
根系分泌物的极大增多为土壤微生物提供了足够的新
鲜有机质，适宜的水热条件，极大地提高了土壤微生物
活性和植被的新陈代谢速率，这样必然导致土壤的理
化性质发生改变进而影响到土壤矿化速率；再来看在
同等条件下互花米草的入侵对原土著种短叶茳芏土壤
矿化的影响为夏季＞春季＞秋季＞冬季，这表明在夏
季的时候互花米草的入侵对原土著种土壤的矿化速率
影响最大，这是由于夏季植物进入生长期而互花米草
根系比较发达，在同等的生长条件下对地下的可利用
资源摄取较强导致对短叶茳芏的土壤矿化速率形成影
响，这一现象在入侵边缘和这两者在数值上的对比就
能明显的体现出来，春季稍弱于夏季，而秋冬两季则影
响较小。在同等条件下冬季的植物基本已经枯死影响
较弱，但是秋季由于植物的生长周期不一样，短叶茳
芏植物比互花米草枯死期在先，这导致在一定程度上
互花米草能够摄取到的可利用养分较多而枯死的短
叶茳芏则对地下土壤的矿化速率作用影响很小，两者
之间的生长差异导致土壤矿化速率不一样，可见入侵
机制存在的情况下季节上的矿化影响和季节上的各
植物生长周期有着密切相关关系［１９］。
３　结 论
（１）从土壤分层上来看，在培养时期内各土层土
壤氮矿化速率总体呈现随着培养时间的增加而降低
的趋势；在同一培养时期内，不同土层土壤矿化速率
总体呈现随土层深度的增加而降低的现象。
（２）由于土壤温度、湿度、微生物的活动、植物的生
长周期以及生长特性等因子季节变化，导致了互花米
草入侵对原土著种短叶茳芏群落土壤氮矿化的影响表
现为夏季＞春季＞秋季＞冬季；相同季节３种样地同
７４２第４期 　　　 　　李家兵等：闽江河口互花米草入侵过程对短叶茳芏湿地土壤氮矿化的影响
层土壤氮矿化速率总体表现为Ａ＞Ｂ＞Ｃ。总体上互
花米草入侵短叶茳芏群落增强了土壤氮矿化作用。
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